که B کمیتی وابسته به میدان مغناطیسی و طول مسیر ذره اما مستقل از e،m وv است. اگر ذره را به شکل همزمان تحت تاثیر نیروی مغناطیسی والکتریکی قرار دهیم و مکان پرتو منحرف نشده را هم به عنوان مبدا انتخاب کنیم پرتو در نقطه زیر(رابطه (۲-۱۴)) به صفحه برخورد خواهد کرد:
(۲-۱۴)
از این رو هیچ دو ذره ای در یک مکان به صفحه برخورد نمی کند مگر این که سرعت v و نسبت برابر داشته باشد. همچنین می بینیم که اگر مقدار y وz را داشته باشیم، می توانیم از معادله (۲-۱۴) مقادیر v و را محاسبه کنیم و بنابراین سرعت و ماهیت ذرات تشکیل دهنده پرتوهای مثبت را بیابیم.[۲۲]

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

با توجه در رابطه(۲-۱۴) می بینیم که:
(۲-۱۵) و
از این رو همه ذراتی که مقدار مشخص دارند روی یک سهمی به صفحه برخورد می کنند که می‌توان با تاباندن ذرات روی یک صفحه عکاسی، آن را ترسیم کرد. هر نوع ذره در پرتوهای مثبت، سهمی جداگانه‌ای تشکیل خواهد داد بنابراین بررسی صفحه در یک نگاه نشان می دهد چند نوع ذره در پرتوها وجود دارد. اندازه گیری سهمی‌ها و استفاده از معادله (۲-۱۵) ما را قادر می‌سازد تا مقادیر متناظرشان را بفهمیم و یک تحلیل کلی از گازهای درون پرتوهای مثبت انجام دهیم. برای مقایسه مقادیر متناظر با سهمی‌های متفاوت، تنها نیاز است که بر روی این سهمی‌ها z متناظر با یک مقدار ثابت y را اندازه بگیریم. از معادله(۲-۱۵) می بینیم که مقادیر متناسب با مربع مقادیر z هستند. بنابراین اگر مقدار را برای یک سهمی بدانیم، می توانیم بسیار راحت مقادیر را برای همه سهمی‌ها نتیجه بگیریم. از آنجائیکه سهمی متناظر با اتم هیدروژن عملا روی همه صفحات یافت می‌شود و می‌توان آن را به خاطر انحراف بیشینه اش بلافاصله تشخیص داد، بنابراین با یافتن مقدار برای اتم هیدروژن، یافتن مقدار برای دیگر ذرات کار بسیار آسانی است.[۲۲]

• • ساختار تحلیل گر تامسون

تحلیل‌گر تامسون ساختاری شبیه به طیف سنج مغناطیسی دارد. در طیف سنج مغناطیسی یون ها تحت تاثیر میدان مغناطیسی بر اساس انرژی شان منحرف می شدند و بر اساس فاصله رد های یون بر روی آشکارساز انرژی یون ها تشخیص داده می‌شد. در تحلیل گر تامسون نیز یون ها توسط یک روزنه بسیار کوچک ، تنها منفذ بین محفظه پلاسمای کانونی و محفظه تحلیل گر، به داخل محفظه تحلیل گر تامسون هدایت می شوند وتحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند، یون ها بعد از این مرحله تحت تاثیر یک میدان الکتریکی قرار می گیرند که از انحراف یون در میدان الکتریکی می توان نوع ذرات را تشخیص داد. در حالی که در طیف سنج مغناطیسی امکان تشخیص نوع ذرات غیر دوترونی وجود ندارد.
Herold و همکارانش [۳۴] در تحلیل‌گر تامسون به منظور جداسازی باریکه یونی از محیط پلاسما، یک سیستم استخراج یونی خاص به کار گرفتند. این سیستم از یک اِسکیمر^[۲۷] ورودی و یک لوله طویل پمپاژ شده تشکیل شده است. اِسکیمر یک استیل ضدزنگ با یک روزنه ۱mm به همراه یک حفاظ خارجی مسی، به منظور کاهش اختلال پلاسما به وسیله حذف موج شوک منعکس شده، طراحی شده است. کولیماسیون باریکه های یونی توسط اولین دیافراگم به قطر ۱mm ایجاد می شود، این دیافراگم به فاصله ۱۰cm از اِسکیمر ورودی قرار گرفته است. بعد از اِسکیمر یک لوله آهنی به طول ۱۲۵cm و قطر ۲.۵cm قرار گرفته است. این لوله یون ها را به بخش انحراف مغناطیسی هدایت می کند. به منظور کاهش تعامل یون‌های مورد بررسی با گاز، لوله اِسکیمر در یک فشار پایین، ، ولوله طویل در یک فشار پمپاژ می‌شود. در شکل (۲-۷) به صورت شماتیک سیستم استخراج یونی طراحی شده است.[۳۴]
دیافراگم ۱
محل پمپاژ
skimmer
لولهskimmer

حفاظ مسی
محل پمپاژ
بخش انحراف مغناطیسی
دیافراگم۲

لوله طویل
شکل(۲-۷): سیستم استخراج یونی در تحلیل گر سهمی تامسون برای مطالعه باریکه های یونی در دستگاه پلاسمای کانونی[۳۴]
در بخش انحراف مغناطیسی یون ها تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند و منحرف می‌شوند. آنها در بخش انحراف مغناطیسی دو تکه آهن نرم () استفاده کردند که در یک محفظه خلاء آلومینیومی نصب شده است و به وسیله یک یوغ مغناطیسی خارجی مجهز به یک سیم پیچ ۲۵۰۰ دور متصل شده است. میدان مغناطیسی (تا۰.۸T ) عمود بر محور باریکه یونی، می تواند به آسانی توسط تغییر جریان در سیم پیچ تنظیم شود. در مجاور بخش مغناطیسی یک محفظه استوانه‌ای از جنس استیل ضد زنگ شامل سیستم انحراف الکترواستاتیکی و نگهدارنده آشکارساز می باشد. میدان الکتریکی موازی میدان مغناطیسی بین دوصفحه الکترود که در نزدیکی شکاف خروجی بخش مغناطیسی قرار گرفته است، تشکیل می شود. برای ایجاد آنالیز یون‌های پرانرژی، ولتاژ نسبتا بالا در حدود۲۰ kV توسط H.V.Feed اعمال می شود. به منظور از بین بردن نوسانات ولتاژ مشاهده شده به ویژه در طول جریان بالای تخلیه پلاسمای کانونی، سیستم الکترود توسط دو خازن سرامیکی و مقاومت مناسب() مسدود می‌شود. بخش مغناطیسی و محفظه استوانه‌ای تحلیل‌گر در فشار پمپ می شود. یک نگاه کلی از تحلیل گر تامسون در شکل (۲-۸) نشان داده شده است[۳۴].

شکل(۲-۸): تصویری از تحلیل گر سهمی تامسون مورد استفاده در مطالعات پلاسمای کانونی[۳۴]
برای آشکارسازی از یک صفحه اسپکتروسکوپی نوع Schumann یا یک آشکارساز ردیاب هسته‌ای حالت جامد^[۲۸] استفاده می‌شود. تحلیل گر طراحی شده با انواع آشکارسازهای مختلف سازگار است ولی در اندازه گیری های انجام شده بیشتر سلولز نیترات(CN) استفاده شده است. در شکل (۲-۹) یک نمونه از طیف جرمی تامسون نشان داده شده است. با اندازه گیری قطر ردهای تک ذره‌ی ثبت شده در آشکارساز (بعد از فرایند اِچ) و با آگاهی از وابستگی پارامترهای منحنی به انرژی و نسبت جرم به بار می‌توان منحنی‌ها را تعیین کرد. شکل (۲-۱۰) بیانگر طیف انرژی دوترون های تولید شده در پلاسمای کانونی که با تحلیل‌گر تامسون اندازه گیری شده است می‌باشد.[۳۴]
شکل(۲-۹): مثالی از طیف نگار تامسون در فشارهای مختلف[۳۴]

شکل(۲-۱۰): طیف انرژی دوترون اندازه گیری شده با تحلیل گر سهمیِ تامسون [۳۴]
۲-۲-۱-۴ زمان پرواز یون^[۲۹]
طیف سنج زمان پرواز(TOF) یک روش طیف سنج جرمی است که درآن انرژی یون از طریق زمان اندازه گیری می‌شود. یون ها توسط یک میدان الکتریکی قوی شتاب می‌گیرند که این شتاب منجر می‌شود یون هایی که بار یکسان دارند انرژی جنبشی یکسان داشته باشند. سرعت یون وابسته به نسبت جرم به بار است. زمانی که طول می کشد ذرات، در یک فاصله مشخص، به آشکارساز برسند اندازه‌گیری می شود. ذرات سبکتر سرعت بیشتری نسبت به ذرات سنگین تر دارند بنابراین در فاصله زمانی کمتری به آشکار ساز می رسند.( شکل۲-۱۱). بنابراین با توجه به زمان رسیدن ذره به آشکار ساز و پارامترهای آزمایشگاهی مشخص می توان انرژی یون را تخمین زد.

شکل(۲-۹): زمان پرواز به صورت شماتیک(دایره های سیاه نشان دهنده ذرات سبکتر و دایره های توخالی نشان دهنده ذرات سنگین)
محفظه زمان پرواز عاری از میدان الکتریکی است بنابراین سرعت ذرات باردار بعد از شتاب و وارد شدن به محفظه زمان پرواز تغییر نمی کند. اگر طول مسیری که ذرات می پیمایند تا به آشکارساز برسند راL در نظر بگیریم و زمان پرواز یون ها t باشد. سرعت ذرات باردار با بهره گرفتن از رابطه (۲-۱۶) محاسبه می‌شود.
(۲-۱۶)
انرژی جنبشی ذرات با انرژی پتانسیل برابر است بنابراین با توجه به رابطه (۲-۱۶) و با بهره گرفتن از زمان پرواز می توان نسبت جرم به بار یون ها را با بهره گرفتن از رابطه (۲-۱۷) تشخیص داد.
(۲-۱۷)
از آشکارساز سیلیکون پین برای تشخیص یون های پر انرژی استفاده می شود. آشکارساز سیلیکون پین حساسیت بسیار بالایی نسبت به یون‌های پر انرژی دارد. آشکار ساز پین دیود یون های کم انرژی را می‌تواند مشخص کند. ضخامت آشکارساز حداقل انرژی یون ها را تعیین می‌کند. هنگامی که از این آشکارساز برای اندازه گیری یونهای شتاب گرفته از پلاسمای کانونی استفاده می‌شود، سیگنال اشعه x و سیگنال یون ها هر دو بر روی آشکارساز ثبت می‌شود. اگر دو آشکارساز را در فاصله های مختلف از آند قرار دهیم، سیگنال اشعهx را می توان از سیگنال یونها به وسیله روش زمان پرواز تفکیک کرد. اشعهx با سرعت نور، نسبت به یون ها سریعتر به آشکارساز می رسد و از این اختلاف زمانی می توان سرعت یون ها وبه دنبال آن انرژی شان را تخمین زد. [۲۰]
فصل سوم
بررسی تولید رادیوایزوتوپ های کوتاه عمر در
دستگاه پلاسمای کانونی
رادیوایزوتوپ‌های کوتاه عمر از قبیل ^۱۱C,¹³N,¹⁵O,¹⁸F معمولا در کاربردهای پزشکی به ویژه در پرتونگاری گسیل پوزیترونی^[۳۰] استفاده می‌شوند. این رادیوایزوتوپ‌ها محصولات هدف های کربن، برن، نیتروژن و نئون می باشند که به وسیله بمباران این اهداف با پرتوهای یونی شتاب گرفته (شامل پروتون یا دوترون) از شتاب‌دهنده ها به ویژه شتاب دهنده سیکلوترون ایجاد می‌شوند. به علت نیمه عمر کوتاه این رادیوایزوتوپ ها، که یکی از مزایای این روش نسبت به سایر تکنیک‌هاست، تولید آنها باید در محلی باشد که قرار است مورد استفاده قرار گیرند. به همین منظور شتابدهنده ها باید در بیمارستان ها مورد استفاده قرار گیرند. سیکلوترون دستگاه گران قیمتی بوده ونیاز به تدابیر حفاظتی شدیدی در برابر اشعه دارد. یکی از روش های جایگزین که اخیرا مورد توجه جدی قرار گرفته است استفاده از شتاب‌دهنده‌های پلاسمایی می باشد. دستگاه پلاسمای کانونی به دلیل سادگی کار با آنها، هزینه بسیار کم و تعمیر ونگهداری آسانتر یکی از سیستم های مناسب برای تولید رادیوایزوتوپ های کوتاه عمر است.
در این فصل به بررسی تولید رادیوایزوتوپ ها در دستگاه پلاسمای کانونی پرداخته ایم.
۳-۱ فرایند تولید رادیوایزوتوپ در دستگاه پلاسمای کانونی
در سالهای اخیر استفاده از دستگاه پلاسما ی کانونی به عنوان تولید کننده چندین رادیوایزوتوپ کوتاه عمر با نرخ نسبتا بالا در هر شات با موفقیت روبه رو بوده است. دستگاه پلاسمای کانونی به عنوان شتابدهنده دوترون قابلیت تولید رادیوایزوتوپ های مورد نیاز در تصویر برداری PET را دارد. همان طور که در فصل های گذشته اشاره شد شتاب یون ها در این دستگاه فرآیندی بسیار ساده است. به کمک این یون های شتاب گرفته شده می توان رادیوایزوتوپ های موردنظر را تولید کرد.
فرایند تولید رادیوایزوتوپ های کوتاه عمر در دستگاه پلاسمای کانونی به دو روش است: روش درونی و روش بیرونی
۳-۱-۱ روش درونی^[۳۱]
در روش درونی محفظه خلاء پلاسمای کانونی را با مخلوطی از یک گاز با عدد اتمی پایین(LZ) مثلا(H, D, ^۳He) و یک یا چند گاز با عدد اتمی بالا (HZ) پر می‌کنند. انتخاب گازها بستگی به رادیوایزوتوپ مورد نظر برای تولید دارد. طبق فرایند گفته شده ستون پلاسما در مرکز آند تشکیل می‌شود و واکنش های هسته‌ای که منجر به تولید رادیوایزوتوپ ها می‌شود در داخل ستون پلاسما انجام می‌گیرد.
طبق مقالات گزارش شده، مزیت اصلی تولید رادیوایزوتوپ‌ها در این روش، نرخ واکنش بالاتر است[۱۲,۱۳]. به طوری که برزسکو^[۳۲] و همکارانش نشان دادند تولید ^۱۷F در داخل پلاسما (روش درونی) ۴۵ بار بزرگتر از رادیونوکلید^۱۷F تولید شده در هدف جامد^۱۶O می‌باشد[۱۳].
۳-۱-۲ روش بیرونی^[۳۳]
در این روش محفظه خلاء را با یک گاز با عدد اتمی پایین (LZ) پر می‌کنند وطبق فرایند گفته شده تنگش حاصل می‌شود و یون ها (معمولا دوترون) شتاب می‌گیرند. در مسیر این یون های شتاب گرفته هدف جامد مورد نظر قرار گرفته می شود و اندرکش یون های شتاب گرفته با هدف جامد منجر به تولید رادیوایزوتوپ مورد نظر می شود.
۳-۱-۳ مقایسه روش درونی با روش بیرونی
با توجه به اینکه در روش درونی نرخ واکنش بالاتر است ولی به دلیل معایب بسیار روش درونی، می‌توان به برتری تولید رادیوایزوتوپ در روش بیرونی اشاره کرد.