Ciclotrone

PRODUZIONE DI RADIOISOTOPI MEDIANTE CICLOTRONE PRESSO IL LABORATORIO ENERGIA NUCLEARE APPLICATA (L.E.N.A.) DELL’UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA

Reazioni nucleari per la produzione di
radioisotopi

Le reazioni nucleari, che portano alla produzione dei radioisotopi di interesse, avvengono quando le particelle accelerate dal ciclotrone al di sopra di una certa energia (protoni) interagiscono con il
bersaglio.
Le reazioni nucleari sono caratterizzate da una sezione d’urto, parametro “geometrico” espresso in barn (1barn =

10^-24 cm²) che rappresenta la probabilità che una particella del fascio incidente induca sul bersaglio una particolare reazione nucleare per il quale è specificata l’energia, il nucleo bersaglio, il canale di reazione ed il nucleo finale.
Nella produzione di radioisotopi ciò che viene normalmente misurata è l’attività del radioisotopo e la relativa grandezza di interesse è dunque la sezione d’urto integrale di produzione. Essa si riferisce alla somma delle sezioni d’urto relative a tutti i possibili canali di reazione su un definito bersaglio il quale
comporta la produzione diretta del radionuclide richiesto.

Descrizione generale del centro

Il centro di produzione è disposto su tre piani in un edificio separato da quello che ospita il reattore nucleare. Al piano sotterraneo si trova il bunker all’interno del quale è posizionato il ciclotrone.
Ciclotrone IBA CYCLONE ® 18/9 – H16 posizionato all’interno del bunker sotterraneo.
Le pareti del bunker (in cemento armato di spessore che varia da 180 a 210 cm) sono dimensionate, in ottemperanza alla legislazione nazionale in materia di radioprotezione [6], in modo da non superare i 0.5 mSv/anno di dose agli operatori (assumendo una produzione annua di 80000 A-anno).

Il sistema di ventilazione di cui è dotato il centro è progettato
in maniera tale da garantire una depressione superiore a 100 Pa all’interno del bunker (rispetto alla pressione esterna) e una depressione di 75 Pa rispetto alla sala controllo, in modo tale da garantire il confinamento degli effluenti aeriformi radioattivi all’interno del bunker stesso. In condizioni di fascio sul bersaglio la depressione all’interno del bunker è mantenuta con la minima portata (inferiore ad un volume di ricambio all’ora) al fine di ridurre il rilascio in ambiente di effluenti aeriformiradioattivi.
L’aria estratta dal bunker è continuamente monitorata da un sistema di controllo automatico che ne effettua una spettrometria gamma mediante un rivelatore a cristallo NaI (ioduro di sodio) e che, nel caso in cui le emissioni in aria dovessero superare i limiti indicati dall’ente di controllo con prescrizione tecnica limitante l’esercizio (1Bq/g), ne impedisce il rilascio in ambiente.
L’accesso del personale al bunker può avvenire solo dopo almeno sei ore dal termine dell’irraggiamento per consentire il decadimento del radioisotopo Argon-41 e permettere al sistema di ventilazione di effettuare un numero opportuno di ricambi d’aria.
Il controllo del ciclotrone da parte degli operatori avviene attraverso un’interfaccia software con un PLC (Programmable Logical Controller) situato nella sala controllo. In essa sono inoltre presenti i PC provvisti di software per il controllo del monitoraggio ambientale delle radiazioni e della ventilazione del centro.

Il laboratorio di radiochimica

Il laboratorio di radiochimica è situato al piano terreno ed è preceduto dal locale di decontaminazione dotato di sistema di controllo della contaminazione superficiale e doccia di emergenza.
Nel laboratorio è collocata la cella di manipolazione in cui viene trasferito, attraverso capillari, il radioisotopo prodotto in stato liquido in appositi flaconi.
La cella, a tenuta d’aria, ha un sistema a flusso laminare verticale e filtri HEPA (High-Efficiency Particulate Air) in ingresso ed uscita e filtro principale ULPA (Ultra-Low Penetration Air) su tutta la superficie del piano di lavoro.
Queste caratteristiche assicurano un ambiente di lavoro di Classe 10 ed alta sterilità.
Considerando una attività all’interno della cella di 111 GBq di 18 F, lo spessore di schermatura (75 mm di piombo su ciascun lato) permette di avere un rateo di dose a contatto inferiore a 5 µSv/h ed inferiore a 0.5 µSv/h ad una distanza di un metro.
Al termine del trasferimento del radioisotopo nel flacone, l’attività è misurata mediante calibratore di dose. In seguito il flacone è collocato per mezzo di telepinze in un contenitore schermato pronto per essere consegnato ai laboratori farmaceutici per la sintesi finale del radiofarmaco.

Attività dell’impianto

L’attività principale del centro è dedicata alla produzione di radioisotopi ( 18 F ed 13 NH 3 ) per applicazioni mediche.
Questi vengono forniti ai laboratori radiofarmaceutici che ne fanno richiesta e che provvedono alla sintesi del prodotto farmaceutico finale, principalmente fluorodeossiglucosio [ 18 F]-FDG, per esami
diagnostici PET.
L’installazione del ciclotrone in un laboratorio universitario consente inoltre il suo impiego in lezioni pratiche nell’ambito dei corsi di fisica degli acceleratori e master universitari.

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