- Trang Chủ
- Năng lượng
- Triển khai các nghiên cứu, ứng dụng máy gia tốc KOTRON13 tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội
Xem mẫu
- THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
TRIỂN KHAI CÁC NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG
MÁY GIA TỐC KOTRON 13
TẠI TRUNG TÂM CHIẾU XẠ HÀ NỘI
Theo thỏa thuận hợp tác giữa Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Hàn Quốc, phía Hàn
Quốc đã viện trợ cho Việt Nam một Trung tâm PET-Cyclotron (đặt tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội)
bao gồm một máy gia tốc KOTRON13 gia tốc hạt proton tới năng lượng 13 MeV, hệ bia mẫu tạo đồng
vị phóng xạ 18F và hotcell tổng hợp dược chất phóng xạ 18FDG cùng hệ chia liều. Chức năng chính
của Trung tâm PET-Cyclotron này là sản xuất dược chất phóng xạ sử dụng cho thiết bị chụp ảnh
phóng xạ PET như 18FDG, 11C,... Ngoài ra Trung tâm còn là nơi nghiên cứu về công nghệ gia tốc, hóa
phóng xạ và đào tạo nhân lực về các lĩnh vực này cho Viện Năng lượng Nguyên tử Việt nam. Ngày
22 tháng 8 năm 2014, Trung tâm gia tốc KOTRON13 đã được nghiệm thu kỹ thuật và chính thức đưa
vào hoạt động từ cuối năm 2014.
I. Giới thiệu về máy gia tốc cyclotron là 43,5o. Điện áp gia tốc đạt tới 45 kV tại mỗi khe
KOTRON13 gia tốc. Sau mỗi vòng chuyển động, hạt proton
Máy gia tốc cyclotron KOTRON13, do nhận được năng lượng tăng thêm khoảng 180 keV.
Công ty SAMYUONG cung cấp, thuộc loại máy Nguồn ion tạo ra hạt điện tích H- chuyển động
có tần số RF và từ trường nam châm cố định. trong máy KOTRON13 được chế tạo theo công
Nam châm bao gồm 4 sectors với góc của “Dee” nghệ PIG. Năng lượng chùm hạt tại bia khoảng
Số 51 - Tháng 6/2017 1
- THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
13 MeV và dòng trên bia trong chế độ hoạt động Hiện tại, Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội đang
thường xuyên đạt tới 50 µA. Hạt proton được tiến hành các thủ tục xin cấp phép cho hoạt động
đưa ra khỏi máy gia tốc và hướng tới bia theo sản xuất 18FDG từ Bộ Y tế.
công nghệ Stripper. Máy được sử dụng để sản
Bảng 1. Kết quả kiểm tra chất lượng
xuất dược chất phóng xạ 18FDG dùng trong kỹ 18
FDG với tổng số 12 chỉ tiêu
thuật chụp ảnh PET/CT nhằm chuẩn đoán bệnh
ung thư sớm. TT Các chỉ tiêu Phương pháp
Quan sát qua
Giá trị trên mẫu
Dung dịch trong suốt,
Tiêu chuẩn BP
Dung dịch trong suốt,
Kết
luận
1 Cảm quan không màu hoặc vàng Đạt
kính chì không màu
nhạt
2 Độ pH So màu 7 4,5 – 8,5 Đạt
Độ sạch hóa
3 Radio- TLC 99,23 – 100% > 95% Đạt
phóng xạ
4 Độ sạch hóa học Radio- HPLC 97,37 – 98,73% > 95% Đạt
Độ sạch hạt nhân Phổ gamma > 99,95% (511 KeV
5 100% (511 KeV) Đạt
phóng xạ (MCA) hoặc 1022 KeV)
6 Thời gian bán rã Dose Calibrator 108,48 -110,94 phút 105 - 115 phút Đạt
7 Acetone GC Không phát hiện thấy < 5 mg/ml Đạt
8 Methanol GC Không phát hiện thấy < 5 mg/ml Đạt
9 Ethanol GC 0,0008 - 0,01 mg/ml < 5 mg/ml Đạt
10 Acetonitrile GC 0,008 - 0,018 mg/ml < 0,4 mg/ml Đạt
Hoạt độ mẫu 60 - 80
mCi/ml, Endotoxin có
Endosafe PTS
11 Endotoxin giá trị 0,050 EU/ml < 175 EU/ liều tiêm Đạt
1000
(0,014 - 0,15 EU/ liều
tiêm)
Tiệt trùng 100% theo Tiệt trùng 100% theo
12 Độ vô trùng Đạt
dược điển BP dược điển BP
2. Đánh giá năng lực sản suất đồng vị
phóng xạ 18F trên máy KOTRON13
Đặt vấn đề: Trong quá trình sản xuất đồng
Hình 1. Máy gia tốc cyclotron KOTRON13
vị phóng xạ 18F sử dụng cho PET/CT trên máy gia
II. Các nghiên cứu, triển khai hoạt động của tốc cyclotron, một vấn đề được quan tâm là dự
KOTRON13 đoán được cường độ dòng proton trên bia và thời
gian bắn bia thích hợp để sản xuất ra một lượng
Các nghiên cứu triển khai được tiến hành
phóng xạ vừa đủ cho nhu cầu thực tế. Khi bắn bia
tại Trung tâm gia tốc KOTRON13 với hai mục
nước nặng H2O18 tạo đồng vị 18F, hai quá trình vật
tiêu cơ bản: Triển khai các công việc nhằm đưa
lý chính xảy ra là quá trình tạo đồng vị phóng xạ
sản phẩm đầu ra của hệ thiết bị là dược chất phóng 18
F qua phản ứng hạt nhân hợp phần:
xạ 18FDG vào sử dụng cho thiết bị ghi hình PET/
CT và tiến hành các nghiên cứu khoa học trong 8
O18 + 1H1 9F18 + 0n1
lĩnh vực công nghệ gia tốc và hóa phóng xạ. Và quá trình phân rã hạt nhân 18F với chu
kỳ bản rã của Flo là 109,74 phút.
1. Hoàn thiện hệ thiết bị kiểm tra chất
lượng dược chất phóng xạ 18FDG Hoạt độ phóng xạ suy giảm theo công
thức sau:
Dược chất phóng xạ 18FDG được kiểm tra
chất lượng tại phòng thí nghiệm QA/QC Trung −
t
ln 2
T1 / 2
tâm Chiếu xạ Hà Nội và được kiểm tra chéo tại A = A0 e
phòng thí nghiệm QA/QC Bệnh viện Trung ương
Trong đó :
quân đội 108. Kết quả là chất lượng thuốc đảm
bảo các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn dược điển Anh. + Ao: Hoạt độ phóng xạ tại thời điểm ban đầu.
Quá trình thử nghiệm lâm sàng trên động vật và + A: Hoạt độ phóng xạ còn lại sau thời gian t.
quét ảnh trên máy PET/CT tại Bệnh viện Trung
+ T1/2: Chu kỳ bán ra của đồng vị phóng xạ.
ương quân đội 108 cho thấy hình ảnh phân bố rõ
theo đặc điểm sinh lý. Để đánh giá khả năng tạo đồng vị phóng
2 Số 51 - Tháng 6/2017
- THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
xạ từ các máy gia tốc PET Cyclotron, người ta chu kỳ bán rã của 18F và hoạt độ ngoại suy EOB
đã đưa ra thông số về giá trị bão hòa tạo đồng vị ta có kết quả Ysat theo bảng sau:
phóng xạ Ysat. Bảng 3. Giá trị suất bão hòa Ysat
Dòng trung bình Thời gian bắn Chu kì bán rã 18F Hoạt độ EOB Suất bão hòa
trên bia (µA) bia (phút) (phút) (Ci) Ysat
(mCi/µA)
43 126 109,74 2,222 94,16
42 113 109,74 2,244 104,72
Trong đó :
43 126 109,74 2,222 94,16
+ Ysat: Được gọi là suất bão hòa tạo đồng vị 43 120 109,74 2,156 94,36
phóng xạ có thứ nguyên là mCi/µA. 42 123 109,74 2,136 94,28
+ Activity EOB: Hoạt độ phóng xạ được tạo
ra tại bia sau khi kết thúc bắn. Với 5 kết quả trên của giá trị Ysat, kết quả
+ T1/2: Chu kỳ bán rã của 18F thứ 2 (Ysat=104,72) lệch nhiều so với 4 kết quả
+ Tirradiation: Thời gian bắn bia. Ysat còn lại. Trong kết quả tính toán giá trị trung
bình của Ysat, tạm thời bỏ giá trị này.
Để xác định được giá trị Ysat cho mỗi máy
PET Cyclotron, người ta đã sử dựng phương pháp Kết quả cuối cùng: Ysat = 94,24 ± 0,05.
bán thực nghiệm: Biết giá trị của ActivityEOB, Giá trị này cũng tương đương với các máy PET
dòng trên bia, chu kỳ bán rã của đồng vị phóng cyclotron đang hoạt động tại Hàn Quốc do
xạ và thời gian bắn bia có thể tính giá trị Ysat cho SAMYUONG chế tạo.
máy gia tốc. Dự đoán hoạt độ phóng xạ 18F tạo thành
Tính toán suất bão hòa hoạt độ 18F của với thời gian bắn bia khác nhau
cyclotron KOTRON13 Tính toán hoạt độ 18F tạo thành (EOB) và
Bảng 2. Số liệu thực nghiệm liên quan kết quả đo sau 10 phút chuyển từ bia sang hotcell
giữa dòng trên bia, thời gian bắn bia và hoạt độ với dòng bắn 42 µA với thời gian bắn lần lượt là
phóng xạ tạo ra trên bia 10, 30, 50, 70, 90, 110 và 150 phút.
Dòng trung bình Thời gian Hoạt độ phóng xạ Hoạt độ ngoại Điều kiện tính: Giá trị Ysat = 94,24 và chỉ
trên bia (µA) bắn bia (phút) đo được (Ci) suy EOB (Ci)
tính giá trị hoạt độ EOB.
43 126 2,020 2,222
42 113 2,040 2,244 Kết quả: Sự phụ thuộc thời gian bắn và
43 126 2,020 2,222 hoạt độ tại Hotcell sau 10 phút chuyển từ bia
43 120 1,96 2,156 được mô tả trên hình 2.
42 123 1,945 2,136
Từ đồ thị tính toán trên và thực tế sản suất
đồng vị phóng xạ 18F, với dòng trên bia khoảng 40
µA, thời gian bắn 1,5 giờ có thể tạo ra một lượng
Tính toán suất bão hòa của máy gia tốc phóng xạ với hoạt độ khoảng 1,5 Ci. Với hiệu
KOTRON13 suất tổng hợp 18FDG trung bình 40% thì lượng
Từ công thức Ysat, với các giá trị thực dược chất phóng xạ tạo ra khoảng 0,7 Ci đủ để
nghiệm của dòng trên bia, thời gian chiếu bia, dùng cho 2 máy PET/CT trong 1 ngày hoạt động.
Số 51 - Tháng 6/2017 3
- THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
kháng lối ra của khối RF là 50 Ω. Khi có việc bảo
dưỡng sửa chữa phải mở máy gia tốc, trở kháng
buồng cộng hưởng phải điều chỉnh lại giá trị 50
Ω. Hệ số phản xạ RF từ buồng cộng hưởng về
khối RF phải nhỏ hơn 3% trong chế độ hoạt động
bình thường của máy. Khi phối hợp trở kháng
giữa khối công suất RF và buồng cộng hưởng
không tốt sẽ gây ra hiện tượng cháy nổ trong khối
công suất RF.
- Bảo dưỡng, vệ sinh nguồn ion theo công
Hình 2. Đồ thị mô tả hoạt độ phóng xạ nghệ PIG trong máy gia tốc: Nguồn ion PIG có
18
F tại Hotcell với dòng bắn 42 µA cấu tạo gồm một anode hình trụ và 2 cathode
phẳng đặt tại hai đầu anode. Vùng Plasma được
3. Tiến hành các công việc về bảo
tạo ra tại vùng tâm của anode. Sau một thời gian
dưỡng, sửa chữa nhỏ nhằm từng bước làm chủ
hoạt động, anode, cathode và các vùng lân cận
hoạt động máy gia tốc KOTRON13
nguồn ion bị cháy và cần lau chùi, thay thế các
linh kiện mới. Dòng ra của máy gia tốc phụ thuộc
rất nhiều vào cấu hình của nguồn ion, vị trí các
linh kiện khi lắp đặt nguồn ion và vị trí 3 chiều
của nguồn ion trong vùng lõi của máy gia tốc.
Nguồn ion sau khi được bảo dưỡng sửa chữa phải
đạt được dòng ra trên bia khoảng 30 µA trong
các điều kiện sau: Dòng Arc Current: 1,5 A; Lưu
lượng dòng khí H2: 10 sccm; Giá trị Duty Cycle:
35%. Dòng nam châm tạo từ trường: 135,200 A.
- Bảo dưỡng khối phát công suất RF:
Hình 3. Các cán bộ tự bảo dưỡng, sửa Phần điện tử tạo RF của KOTRON13 gồm các bộ
chữa một số trường hợp tại KOTRON13 phận chính sau.
Thông thường với các máy gia tốc + Khối tạo dao động RF: Khối điện tử tạo
cyclotron, việc bảo dưỡng định kỳ cùng các công dao động điện tần số 77,3 Mhz
việc sửa chữa máy đều do các hãng chế tạo nước
+ Khối tiền khuếch đại: Đây là bộ khuếch
ngoài thực hiện. Kinh phí để thực hiện công việc
đại dải băng thông hẹp với tần số trung tâm 77,3
này rất lớn từ 5 - 7% giá trị thiết bị hàng năm.
Mhz, công suất 50 W.
Với kiến thức và kinh nghiệm của đội ngũ cán bộ
khoa học tại KOTRON13, một phần lớn các công + Khối khếch đại trung gian (IPA): Tần số
việc về bảo dưỡng, sửa chữa đã được tiến hành trung tâm 77,3 Mhz, công suất ra lên đến 1,5 kW.
ngay tại Trung tâm. Một số công việc cơ bản về + Tầng khuếch đại lối ra PA: Tần số trung
bảo dưỡng thiết bị có thể nêu ra như sau: tâm 77,3 Mhz, công suất lên tới 20 kW. Đèn công
- Điều chỉnh phối hợp trở kháng giữa khối suất ra loại Triode 3 cực nhãn hiệu EIMAQC
công suất RF và buồng cộng hưởng gia tốc: Trở 3CW20000A7.
4 Số 51 - Tháng 6/2017
- THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
+ Toàn bộ hệ thống được điều khiển bởi trong chiếu xạ thực phẩm.
một PLC. - Máy gia tốc Cyclotron: Chủ yếu sản
+ Khối nguồn nuôi gồm 2 chức năng: Tạo xuất các dược chất phóng xạ sử dụng chụp ảnh
thế cao áp nuôi điện cực Anode của đèn Triode phóng xạ PET và SPECT. Các đồng vị phóng xạ
(khoảng 8 kV) và thế thấp áp 5 V; 7,5 V nuôi sợi sản xuất ra bao gồm 18F, 11C, 13N, 15O, 201Tl, 67Ga,..
đốt đèn công suất khối IPA và PA. - Ngoài ra còn một máy gia tốc tĩnh điện
loại Tandem Pelletron gia tốc proton năng lượng
thấp và một máy Microtron gia tốc hạt điện tử
được sử dụng trong các nghiên cứu vật lý hạt
nhân.
Sau khi tiếp nhận máy gia tốc IBA30 tại
Bệnh viện Trung ương quân đội 108 và máy gia
tốc KOTRON13 tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội
(thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam),
một hướng nghiên cứu đã được hình thành là từng
bước làm chủ công nghệ gia tốc cyclotron bằng
Hình 4. Sơ đồ khối phần phát công suất cách nghiên cứu lắp đặt, thiết kế chế tạo từng
RF của KOTRON13 phần máy gia tốc. Nguồn ion theo công nghệ PIG
Ngoài ra còn một số công việc khác về là khởi đầu hướng nghiên cứu này. Mục tiêu cần
bảo dưỡng đã được thực hiện bởi các cán bộ trung đạt được của đề tài có thể tóm tắt như sau:
tâm như hệ chân không, hệ làm mát bằng nước,… + Làm chủ công nghệ nguồn ion công
nghệ PIG của máy gia tốc cyclotron KOTRON13.
4. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo từng
phần máy gia tốc cyclotron KOTRON13 + Nghiên cứu thiết kế, chế tạo ra nguồn
ion PIG nhằm thay thế cho nguồn ion nhập khẩu
Phát triển công nghệ gia tốc là một lĩnh
cùng loại của máy gia tốc KOTRON13.
vực khó và tốn kém. Công nghệ này chỉ có thể
phát triển tại các nước có nền kinh tế, kỹ thuật + Lắp đặt vận hành và đồng bộ hóa nguồn
đủ mạnh. Các kiến thức về lý thuyết cơ bản có ion PIG với máy gia tốc KOTRON13.
thể tiếp cận trong các tài liệu, các hội nghị khoa Nguyên lý cơ bản của nguồn ion
học,... song các số liệu thực nghiệm về thiết kế, Penning Ionization Gauges (PIG)
chế tạo, lắp đặt là bí quyết và là quyền sở hữu trí
tuệ riêng của các công ty sản xuất thiết bị. Các Quá trình tạo ion hydro trong nguồn ion
nước muốn phát triển công nghệ gia tốc phải tựPIG dựa trên hiệu ứng bắn phá của các hạt điện tử
vào nguyên tử khí hydro trung hòa. Cấu tạo nguồn
đầu tư nghiên cứu chứ không có trợ giúp từ nước
ion PIG bao gồm 1 ống anode hình trụ rỗng cùng
ngoài. Tại Việt Nam, trong thời gian 10 năm trở
với 2 cathodes nằm ở mỗi đầu ống anode. Toàn
lại đây, các máy gia tốc đã được triển khai nhiều
vào Việt Nam bao gồm các loại máy sau: bộ nguồn PIG được đặt trong từ trường B song
song với trục của anode. Khi điện áp một chiều
- Máy gia tốc LINAC: Sử dụng nhiều được cấp vào các điện cực anode và cathode, các
trong y tế dùng để xạ trị các bệnh ung thư và điện tử phát ra từ bề mặt cathode được gia tốc
Số 51 - Tháng 6/2017 5
- THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
trong điện trường và chuyển động với động năng
lớn về phía anode. Từ trường B làm các hạt điện
tử chuyển động xoáy trôn ốc dọc theo ống anode
và gây ra hiệu ứng ion hóa khí hydro.
Trạng thái plasma được tạo ra tại vùng
tâm của ống anode. Tại đây các điện tử chuyển
động với động năng lớn gây ra các hiệu ứng ion
hóa các phân tử khí H2 tạo ra các ion H+ và tạo ra
các nguyên tử hydro ở trạng thái kích thích H*,… Hình 6. Lắp đặt nguồn ion PIG
Giải thích: L1: Khe trung tâm của buồng
cộng hưởng; L2: Cạnh mép trái của nguồn ion;
L3: Mặt phẳng có khe ra ion H- của anode; L4:
Trục trung tâm của buồng cộng hưởng; L5: Mặt
phẳng tạo bởi hai mép của điện cực puller hướng
về anode; L6- L7: Khoảng cách giữa 2 khe của
điện cực puler được cố định là 2,1 mm.
Hình 5. Cấu tạo cơ bản của nguồn ion
theo công nghệ PIG
Nguồn ion tạo ra trong máy KOTRON13
là nguồn ion âm H-. Trong vùng plasma của ống
anode, với động năng của điện tử vào khoảng
~200 eV là điều kiện thuận lợi để tương tác sinh
ra các nguyên tử khí kích thích H2*. Các nguyên
Hình 7. Phổ cường độ dòng trên bia của
tử bị kích thích này dễ dàng kết hợp với các hạt
KOTRON13 đạt 40 µA sau khi lắp đặt
điện tử lạnh (động năng khoảng 1 eV) để tạo ra
các ion âm H-. Các ion H- chuyển động khuếch Các thông số về lắp đặt cũng như các
tán trong vùng plasma, được kéo ra khỏi nguồn thông số hoạt động nguồn ion đã được công bố
ion PIG dưới tác dụng của điện trường và đi vào trong báo cáo tổng kết nhiệm vụ cấp bộ 2014-
vùng gia tốc của cyclotron. 2015 “Nghiên cứu tiếp thu quy trình vận hành,
bảo dưỡng các thiết bị máy gia tốc KOTRON13
Lắp đặt nguồn ion PIG và xác định các thông số tối ưu của thiết bị phục
Để lắp đặt nguồn ion PIG trong máy gia vụ quá trình sản xuất đồng vị phóng xạ F” và
18
tốc cần phải có kinh nghiệm thực tế. Đây gần như trong một số hội nghị khoa học do Viện năng
là các bí quyết của các công ty cung cấp thiết bị. lượng nguyên tử Việt Nam tổ chức.
Sau một thời gian dài tham gia lắp đặt điều chỉnh Công việc tiếp theo trong các năm tới
máy gia tốc, các cán bộ tại Trung tâm Chiếu xạ là nghiên cứu, thiết kế, chế tạo nguồn ion theo
Hà Nội đã có thể tự thực hiện công việc này. công nghệ PIG lắp đặt thành công trong máy
6 Số 51 - Tháng 6/2017
- THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN
KOTRON13. Đây là sự mở đầu cho các nghiên
cứu thực nghiệm về công nghệ gia tốc tại Viện
Năng lượng nguyên tử Việt Nam nhằm tiến tới
từng bước làm chủ về công nghệ gia tốc phục vụ
cho nhu cầu trước mắt là vận hành, sửa chữa máy
KOTRON13 phục vụ quá trình sản suất đồng vị
phóng xạ 18F.
III. Kết luận
Các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng của
cyclotron KOTRON13 là một nhiệm vụ được
quan tâm tại Trung tâm Chiếu xạ Hà nội. Sau
khi nhận bàn giao kỹ thuật máy KOTRON13 từ
Công ty SAMYUONG Hàn Quốc, về cơ bản các
cán bộ kỹ thuật của Trung tâm đã làm chủ được
công việc vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ
thiết bị. Các công việc chuẩn bị đưa thiết bị đủ
điều kiện để sản suất dược chất phóng xạ 18FDG
cũng được đồng thời triển khai. KOTRON13 đã
có giấy phép về an toàn bức xạ của Cục An toàn
bức xạ và hạt nhân. Hiện tại Trung tâm đã gửi
các hồ sơ xin cấp phép hoạt động lên Bộ Y tế
và đang chờ kết quả cấp phép. Đồng thời với các
công việc trên, hướng nghiên cứu chế tạo từng
phần máy gia tốc cyclotron mà nguồn ion PIG là
bước đi đầu tiên đang được triển khai. Mục tiêu
trước mắt là từng bước làm chủ về công nghệ gia
tốc phục vụ quá trình sản xuất dược chất phóng
xa 18FDG dùng cho các máy PET/CT trên địa bàn
Hà Nội.
Nguyễn Tiến Dũng
Nguyễn Tuấn Anh
Phạm Minh Đức
Phòng Gia tốc KOTRON13,
Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội
Số 51 - Tháng 6/2017 7
nguon tai.lieu . vn
