ciclotron 2
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CICLOTRON
ROSARIO DEL PILAR BRUNO RAMOS
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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.
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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.
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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.
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• 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.
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• 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.
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• 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.
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• Blancos: Es el lugar donde las partículas impactan.
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• Sistema de Radiofrecuencia (RF): alimenta a la “D´s” que serán
generalmente de cobre macizo, refrigeradas.
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• 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
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• 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
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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.
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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”.
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• 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.
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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.
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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.
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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.
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• 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.
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• Parte del
electroimán del
sincrociclotrón de
Orsay (Francia),usado en la
actualidad en el
centro de terapia
con protones.
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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
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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.
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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:
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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:
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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:
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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:
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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:
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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:
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La temperatura mínima mantenida entodas las áreas pertinentes deberá ser de 18ºC.y la temperatura máxima será25 ºC.
CALEFACCIÓN:
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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:
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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.
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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.
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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.
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c) Paraguay:
No tiene ciclotrón.
d) Uruguay:
Adquirió para el 2011 un ciclotron elcual esta Centro Uruguayo de
Imagenología Molecular (CUDIM)
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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.
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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.
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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.
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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
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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