ciclotron 2

7/27/2019 ciclotron 2

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CICLOTRON

ROSARIO DEL PILAR BRUNO RAMOS



CICLOTRON

• Creado por Ernesto OrlandoLawrence en 1931

• El ciclotrón permitió producir artificialmente mas de 300

substancias radioactivas . Elementosartificiales como: radiofósforo,radiosodio podían darse a un pacientey seguir su trayectoria dentro delcuerpo gracias a la emisión de rayosgamma de gran velocidad que

despiden. Estas experienciasresultaron de mucha importancia en lalucha contra el cáncer.



DEFINICIÓN• Es un acelerador de

partículas circular que,mediante la aplicacióncombinada de uncampo eléctrico

oscilante y otromagnético consigueacelerar los ioneshaciéndolos girar enórbitas de radio yenergía crecientes.



PARTES DEL CICLOTRON• El imán: Un polo sobre las “D” (Norte) y otro debajo (Sur ), generando un

campo magnético, perpendicular a la partícula y uniforme, para confinar el

haz de partículas. A medida que ganan energía el campo les obliga a

describir una trayectoria espiral creciente.



• Electrodos huecos: Tienen forma de “D”, se encuentran

ligeramente separados y están conectados a un oscilador de

alto voltaje. Alternando la carga positiva y negativa a estas“des” conseguimos acelerar la partícula.



• La fuente de iones: Está formada por cátodos

para la producción de protones y deuterones.Estos iones son insertados radialmente en la

zona central del imán.



• Sistema de extracción del haz: Se encarga de dirigir el haz de iones

hacia el blanco utilizando una placa con voltaje negativo una vez que

las partículas han llegado al borde externo de las D.



• Blancos: Es el lugar donde las partículas impactan.



• Sistema de Radiofrecuencia (RF): alimenta a la “D´s” que serán

generalmente de cobre macizo, refrigeradas.



• Sistema de vacío: Su finalidad es la de evitar que los iones

acelerados colisionen con átomos de gases residuales, con el fin de

evitar la creación de neutrones que dejarían de ser acelerados.

Bomba sistema de vacío



• Sistema de refrigeración: Su finalidad es controlar y mantener la

temperatura correcta, así como llevar a cabo la desionización del

agua utilizada para dicha función.

Detalle Intercambiador agua-agua

Bomba de recirculación

Refrigeración ciclotrón



FUNCIONAMIENTO• D1 y D2 son dos cámaras metálicas

de forma semicilíndrica huecasllamadas “dees, por su similitud conla letra D. El punto S es dónde seencuentra la fuente de iones situadaen el centro de la des. Las dos des

se hallan separadas una de la otra ylas dos están en el seno de uncampo magnético uniforme yperpendicular (normal) al plano delas “dees”. Las dos des estánconectadas a los bordes de uncircuito eléctrico que crea unadiferencia de potencial alterna defrecuencia.



MOVIMIENTO DE LA PARTICULA:

• Se detalla inicialmente el funcionamiento de lapartícula cargada que entra en D2 con

velocidad v1 debido a la aceleración que leproduce al campo eléctrico existente entre lasdos des. Bajo la acción del campo magnéticodescribe una circunferencia de radio r1 yfrecuencia. Cuando q sale de D2 se ha invertidoal campo eléctrico siendo la partícula acelerada

entre las dos des, por lo cual entra en D1 conuna velocidad v2 > v1 describiendo unacircunferencia de radio r2>r1 . Siendo R el radiode las des, la velocidad máxima con que sale lapartícula es . Su energía cinética final serátantas veces mayor que la que corresponde al

voltaje aplicado a los electrodos multiplicadospor el número de veces que el ion ha pasado por la región intermedia entre las “dees”.



• El sincrotrón presenta algunas ventajas con

respecto a los aceleradores lineales y los

ciclotrones. Principalmente que son capaces de

conseguir mayores energías en las partículas

aceleradas. Sin embargo necesitan

configuraciones de campos electromagnéticos

mucho más complejos, pasando de los simples

dipolos eléctricos y magnéticos que usan el resto

de aceleradores a configuraciones de cuádruplos,

séxtuplos, óctuplos y mayores.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Sch%C3%A9ma_de_principe_du_synchrotron.jpg



TevatrónNombre del acelerador de partículas circular del Fermilabubicado en Batavia, Illinois (EE. UU.). Es un sincrotrón que

acelera protones y antiprotones en un anilllo de 6.3 km decircunferencia hasta energías de casi 1 TeV, de dondeproviene su nombre.



BEVATRÓNUno de los primeros sincrotrones, que acelera protones, fueconstruido en el Lawrence Berkeley National Laboratory que comenzóa operar en 1954.

• En este acelerador fue descubierto el antiprotón el año 1955.

• premio Nobel de física a Emilio Segrè y a Owen Chamberlain.

• Fue desmantelado en 1993, aunque el edificio se conserva y es

visible en imágenes por satélite.



SINCROCICLOTRÓN

• Versión mejorada del ciclotrón, por esta razón también se conoce bajo

el nombre de "ciclotrón sincronizado". Por razones que atañen a Teoría

de la Relatividad, la energía de un ion en un ciclotrón no puede alcanzar

valores mayores a los 12MeV. Se debe a que la masa de un cuerpotiende a aumentar a medida que aumenta su velocidad (solamente

apreciable cuando la velocidad es aproximadamente un 10% menor que

la velocidad de la luz). Al acelerar una partícula en el ciclotrón, ésta

adquiere altas velocidades y su masa comienza a aumentar por lo cual

el período también aumenta.



• Esta variación en el período rompe el sincronismo con el

cual la partícula se mueve y por tanto puede que ingreseen alguna de las cámara metálicas del ciclotrón con campoeléctrico en sentido contrario al movimiento, dejando asíde transferírsele energía al ion acelerado.

• Este "problema" se corrige en el sincrociclotrón medianteun sistema automático que varía el período del campoeléctrico alternante empleado para transferir energía a las

partículas, de manera que sea siempre igual al período delmovimiento de los iones acelerados.



• Parte del

electroimán del

sincrociclotrón de

Orsay (Francia),usado en la

actualidad en el

centro de terapia

con protones.



RADIOFÁRMACOS QUEPRODUCE EL CICLOTRÓN:

RADIOFARMCO VIDA MEDIA

Flúor-18 109 minutos

Carbono-11 20 minutosNitrógeno-13 10 minutos

Oxígeno-15 2,05 minutos

Rubidio -82 1,26 minutos

Galio-68 68,1 minutos

Yodo 4,18 días

Tecnecio 52 minutos



INFRESTRUCTURA :

REQUERIMIENTOS DE LA SALA:

Área mínima 4 m x 4 m y Altura mínima 3m). El

ciclotrón, debido a su peso, tiene que estar ubicadoen el nivel de más bajo posible.

Hoyo debajo del ciclotrón 40 cm profundo.Debe

instalarse una toma de tierra (10 Ohms) accesibledesde el hoyo del ciclotrón.



Todos los pisos, el techo y muros

incluyendo el interior de lastrincheras y otras aberturas

recibirán una mano de un productorepelente contra el polvo.

PROTECCIÓN CONTRA EL POLVO:



El suministro del fluido eléctrico debe ser:

Corriente alterna 380 V.

Instalación de 5 cables (3 fases + tierra +neutro).

Consumo de energía eléctrica: 70 kV.

El suministro eléctrico del ciclotrón debe ser

diferenciado del resto del edificio y del quesuministre luz, ventilación o agua. En cada saladeben preverse varios enchufes monofásicos.

ELECTRICIDAD:



Debe clocarse un alumbrado adecuado y suficiente

en todas las áreas de trabajo.

En sala del ciclotrón 500 Lux.En sala de suministro de energía 500 Lux.

En la sala de control 500 Lux.

Es recomendable un alumbrado de emergencia.

ALUMBRADO:



Se debe instalar un sistema secundario derefrigeración por agua como soporte al sistemaprimario del cambiador de calor del ciclotrón.

Debe preverse una línea de suministro deagua.

En lugar de un sistema para la extracción de

calor mediante un circuito de agua puedeutilizarse un sistema de intercambiador decalor.

SUMINISTRO DE AGUA REFRIGERADA:



Se debe contar con depósitos para los gases deproceso (para el ciclotrón, blancos y sistemas de

química), la provisión de gases necesarios y losreguladores para las botellas del gas. Hay quetener todas las líneas de gas y conexiones con los

depósitos de gas para el sarcófago del ciclotrón,gas de enfriamiento, y para las células calientes.

CONDUCCIONES Y ABASTECIMIENTO DEGAS:



Las salas de control y de suministro de energía debenestar refrigeradas por aire para asegurar una operación

óptima de los equipos electrónicos. Las otras áreasrequieren una climatización estándar. La humedadrelativa nivel no excederá 50 % en todas las áreaspertinentes. Debe asegurarse una presión negativa de25 a 40 Pa, en la salas de radioquímica y en elsarcófago del ciclotrón. El sistema de ventilación sediseñará conforme a los códigos locales y a las reglasde salud y de seguridad.

VENTILACIÓN Y REFRIGERACIÓN:



La temperatura mínima mantenida entodas las áreas pertinentes deberá ser de 18ºC.y la temperatura máxima será25 ºC.

CALEFACCIÓN:



Se tienen que cumplir todos las leyes y reglas locales en relación con la

seguridad y radio protección.

Se necesita el siguiente equipo:

Detector gamma dentro y fuera del sarcófago respectivamente

con monitorización de la tasa de radiación localizada en la sala

de suministro de energía y alarmas visuales y sonoras en caso

de sobrepasar el umbral de actividad.

Control de acceso al sarcófago según el nivel de la tasa de la

radiación.

Vestimenta de seguridad.

PROTECCIÓN DE LARADIACIÓN:



PLANTA DEL UN CICLOTRÓN:1. Cuarto del ciclotrón.

2. Control.3. Procesador de agua.

4. Estación hidráulica.

5. Gas.

6. Gabinete de gas frío.

7. Agua.

8. Gabinete de gasradiactivo.

9. Intercambiador de He.

10. Aire.11. Blanco de irradiación.



PAISES DE LATINOAMERICA QUE

CUENTAN CON CICLOTRON

a) Argentina:

Tiene un ciclotrón, pertenece a la ComisiónNacional de Energía Atómica (CNEA),

emplazado en el Centro Atómico. Se instaló en

1954 es un sincrociclotrón Philips de 56 MeV.



b) Brasil:

Tiene 2 ciclotrones iguales, unopertenece al Instituto de Ingeniería

Nuclear (IEN), de Río de Janeiro y el otroal Instituto de Pesquisas Energéticas yNucleares (IPEN) de San Pablo. Se

instalaron en 1975 son un ciclotrón CV-28Ciclotrón de 28 MeV.



c) Paraguay:

No tiene ciclotrón.

d) Uruguay:

Adquirió para el 2011 un ciclotron elcual esta Centro Uruguayo de

Imagenología Molecular (CUDIM)



e) Chile:

Nuevo equipo instalado en la

Comisión Chilena de Energía

Nuclear, en el Centro de EstudiosNucleares la Reina, en el2003 y es

un ciclotrón IBA Cyclone 18/9.



f) Perú:

Ciclotrón Perú S.A.primer laboratorioespecializado en la producción de

radioisótopos necesarios para eldiagnóstico por imagen molecular.

Fecha Inicio Actividades: 17 / Abril /

2009.



2.El PET CICLOTRON EN EL ES SALUD:

Descripción: Área requerida: varia según fabricante de

30m² a 40m².

Peso: dependiendo del fabricante de3100 kg a 4600kg.

Potencia: 110 KVA en el peor de loscasos para un equipo PET/CT.

Voltaje: 220 – 380 - 480 VAC – 50/60trifásico.



APLICACIONES

• Medicina nuclear • Identifica presencia de células tumorales

• Facilita la investigación para el tratamiento del cáncer

• Producción de radioisótopos necesarios para las exploraciones

con la técnica de tomografía de emisión de positrones (PET)

• Técnicas de irradiación con protones de materiales de interés

tecnológico y/o biológico para estudios de daño por irradiación e

implantación iónica.• Exploraciones de pacientes por técnica PET

• Estudio y desarrollo de nuevos fármacos para la técnica PET

Ó



CONCLUSIÓN:

En este estudio se analizó el ciclotrón que es

un acelerador de partículas cargadas por

acción de campos eléctricos y magnéticos. El

cual tiene mucho beneficio en su aplicación ala salud. Por lo cual el Perú está poniéndose

a la vanguardia comprando este equipo que

esperamos

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