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• Danii Pavez

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{ Ciclotron } Hace 18 años existe el Ciclotrón en Chile. ¿Qué es? → Un tipo de acelerador de partículas circular en el cual las partículas cargadas son propulsadas por un campo eléctrico alterno entre dos grandes electrodos en un campo magnético constante creado por dos imanes grandes. Las partículas son inyectadas en el centro del imán y salen en forma de espiral a medida que aumenta la energía. Los protones los protones producidos por ciclotrón pueden crear radioisótopos para procedimientos médicos nucleares. ¿Cómo funciona? → La máquina tiene dos cámaras de vacío huecas, llamadas des, cuya forma es la de dos D opuestas entre sí. Un campo magnético producido por un potente electroimán hace que las partículas se muevan en una trayectoria curva. Las partículas cargadas se aceleran cada vez que atraviesan el hueco entre las des. A medida que las partículas acumulan energía (10 a 20 meV), se mueven en espiral hacia el borde externo del acelerador, por donde acaban saliendo, impactan con un blanco generando elementos inestables (radioactivos) y rayos gamma de vida media muy corta.

❖ Las dos des están conectadas a los bornes de un circuito eléctrico con una diferencia de potencial alterna en Watts. El método directo de acelerar iones utilizando la diferencia de potencial presentaba grandes dificultades experimentales asociadas a los campos eléctricos intensos. El ciclotrón evita estas dificultades por medio de la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.

D2

D1

A las des, se le aplican oscilaciones de alta frecuencia que producen un campo eléctrico oscilante en la región diametral entre ambas. Las des se mantienen a una diferencia de potencial alterna, al mismo tiempo no existe campo magnético entre las des debido al blindaje metálico. Las partículas cargadas positivamente se inyectan en la D1 con una velocidad pequeña, se mueven en la semicircunferencia en D1 debido a la acción del campo magnético y llegan al hueco entre D1 y D2 (región diametral)

Las partículas con carga pueden ser: - Protones - Deuterones - Partículas alfa Mientras mayor es la energía de la partícula acelerada, menor es la longitud de onda (↑ fr) de la radiación. El ciclotrón genera radionuclidos diferentes ya que no utiliza electrones para bombardear si no que partículas con carga. Ej de radionúclidos: O15, N13, C11, F18, Co57, I123, In111 TI201, Ga67. →Para poder vencer la fuerza de repulsión electroestática la partícula debe ser acelerada. →Para estar al lado del ciclotrón es necesario que se encuentre frio y sin emisión de radiación ESTRUCTURA INTERNA ❖ D1 y D2 son dos cámaras semicirculares metálicas huecas. ❖ El punto S es donde se encuentra la fuente de iones. ❖ Las dos des se hallan separadas una de la otra, las dos están en el seno de un campo magnético uniforme y perpendicular.

El potencial variable se ajusta de modo que la D1 está a mayor potencial que la D2. Cada partícula acelera a través de ese hueco a causa del campo eléctrico que gana energía cinética. Cuando el ion completa una semicircunferencia, se invierte la polaridad por lo que el ion es nuevamente acelerado por el campo existente en la región diametral o intermedia. El ion de nuevo incrementa su energía cinética. BABY CICLOTRON Son de dimensiones más pequeñas por lo tanto trabajan con baja energía (10 – 18 meV). Son autoblindados, capacidad de acelerar H+ y bombardear núcleos con neutrones (11 meV) para poder generar radionúclidos de positrones. Produce cuatro radionúclidos clásicos para uso PET: - O15, N13, C11, F18 El Fluor18 es el radionúclido más utilizado, útil en estudios de cáncer → la glucosa es la forma principal de obtención de energía, en procesos tumorales hay mayor acumulación de glucosa, el Fluor18 (FDG)se une a ella como trazador y entonces podemos visualizarlo en estudios PET.

TIPOS DE CICLOTRÓN Inicialmente la partícula cargada “q” entra en D2 con velocidad v1 debido a la aceleración que le produce al campo eléctrico existente entre las dos des.

1. SEGÚN PLANO DE GIRO DE PARTÍCULAS a) Ciclotrón vertical: la partícula sigue una trayectoria vertical. Es autoblindado. b) Ciclotrón horizontal: la partícula sigue una trayectoria horizontal. No tiene blindaje 2. SEGÚN DIMENSIÓN / TALLA a. Pequeños: producen radionuclidos de baja energía b. Medianos: baby ciclotrón. c. Altos: producen todos los radionúclidos mencionados COMPONENTES DE UN CICLOTRÓN Imán Sistema de RF

Fuente de iones

Sistema de extracción del haz

Sistema de diagnóstico

Sistema de vacío Sistema de control

Sistema de refrigeració n

Sistema de blanco

De tipo resistivo, genera el campo magnético Alimenta a las des que son de cobre y las mantiene refrigeradas. Es bueno que sean refrigeradas por conducción en vez de agua, ya que se así se minimizan fugas Cátodos producen protones y deuterones. Estos iones son insertados en la zona “intermedia, central, diametral o punto S”. Dirige el haz de iones hacia el puerto de salida. Antes de la incidencia en el sistema de extracción, el haz contiene iones negativos, que trazan una órbita en forma de espiral. Al incidir en el sistema de extracción, el ión negativo atraviesa una delgada lámina de grafito, donde se le arrancan sus dos electrones, pasando a tener carga positiva. Cambia de trayectoria y se dirige al puerto de saluda. Todo el sistema de producción del haz debe seguirse mediante lecturas de intensidad del haz en: - Láminas de extracción de electrones. - Colimador del blanco - Propio blanco Evita que los iones acelerados colisionen con átomos de gases residuales presentes en el interior del sistema de aceleración. Actúa sobre el funcionamiento propio del ciclotrón, sobre los blancos y sobre los módulos de síntesis. Es un control. Formado por un sistema primario y secundario. → Primario: intercambiador de calor agua-agua, columna para desionización del agua, sonda para control de T°, bomba de recirculación. → Secundario: extrae el calor del primario a través de intercambiador agua-agua. El n° de puertas de salida es igual al n° de blancos que pueden estar montados. Hay modelos que permite la producción simultánea de dos radionucleidos diferentes o bien, en caso de elevada demanda de un mismo tipo de radionucleido, la producción simultánea del mismo radionucleido en ambos blancos. Blancos utilizados: O15, N13, C11, F18

Cuando q sale de D2 se ha invertido el campo eléctrico siendo la partícula acelerada entre las dos des, por lo cual entra en D1 con una velocidad v2 > v1. ANIQUILACIÓN

La aniquilación electrón-positrón ocurre cuando un electrón y un positrón (antipartícula del electrón) colisionan. El resultado de la colisión es la aniquilación del electrón y el positrón, y por consiguiente la creación de 2 fotones de rayos gamma de una energía de 511 keV (0.511 MeV) emitidos en dirección opuesta en un ángulo de 180°. Los fotones al interactuar con los tejidos del cuerpo se atenúan por diferentes interacciones: - Dispersión coherente o de Rayleigh - Efecto fotoeléctrico - Dispersión Compton REACCIONES 1. DEUTERON-NEUTRÓN Produce C11, N13, O15 2. ALFA NEUTRÓN-PROTÓN Produce F18 3. ALFA NEUTRÓN-NEUTRÓN Produce I123