Acelerador de partículas Cíclotron CV-28

O cíclotron modelo CV-28, fabricado pela "The Cyclotron Co.", foi montado e instalado no IEN em 1974, sendo na época o primeiro cíclotron compacto de energia variável instalado no país. Foi inaugurado no dia 31 de dezembro de 1974, com o propósito de ser utilizado em pesquisa básica em física atômica e nuclear, e na produção de radioisótopos para uso em medicina nuclear, biologia, agricultura e indústria, como também em análise por ativação e estudos de danos por irradiação em materiais empregados em reatores. O CV-28 tem capacidade de acelerar quatro tipos de partículas, as quais são produzidas a partir de gases. A tabela abaixo mostra os gases utilizados e as respectivas partículas ou íons que são produzidas, como também as energias máximas para cada uma delas.

Tabela 1 – Partículas produzidas pelo Cíclotron CV-28 do IEN-CNEN/RJ

Apesar dessa máquina apresentar uma boa versatilidade com relação aos tipos de partículas aceleradas, ela está ajustada para acelerar apenas prótons com energia máxima. Isso ocorre em função da grande necessidade que se tem em produzir radiofármacos para a área de medicina nuclear, um dos principais objetivos do IEN/CNEN-RJ. No caso do CV-28, são rotineiramente produzidos 123I, 18F e MIBG. Para produzir esses radioisótopos trabalha-se com feixes de prótons a energia máxima (24 MeV) e com uma faixa de corrente que varia entre 10 µA e 30 µA. Cabe esclarecer que, como a quantidade de radioisótopo produzida é diretamente proporcional à corrente (µA) e ao tempo de irradiação (horas), devido às limitações de corrente essas irradiações se estendem por um longo tempo consecutivo. Dessa forma, torna-se impraticável modificar os parâmetros operacionais da máquina necessários a experimentos para pesquisa em geral com o emprego de outros tipos de feixes, pois não haveria tempo suficiente para voltar às condições necessárias à produção rotineira de radioisótopos. Assim, as pesquisas são adaptadas para serem feitas com prótons, e com energia máxima de 24 MeV.

Basicamente, o cíclotron pode ser dividido em duas grandes partes principais: o corpo central, onde as partículas são geradas e aceleradas e as linhas de feixe, por onde o feixe de partículas é conduzido até os dispositivos que contêm os materiais a serem irradiados.

O corpo do cíclotron possui uma câmara de vácuo, a qual é mantida com um nível de vácuo em torno de 10-6 mbar por meio de duas bombas difusoras. Este vácuo é suficiente para ionizar apenas o gás injetado pela fonte de íons e garantir o isolamento elétrico dos eletrodos expostos às altas tensões geradas pelos sistemas de radiofrequência e de extração. Nessa câmara está situado um eletroímã com forma circular, dividido em três regiões de aproximadamente 60° cada, com a função de corrigir efeitos relativísticos ao longo da trajetória de aceleração das partículas.

As partículas são geradas por uma fonte de íons tipo "penning", montada na posição radial e localizada no centro da câmara, onde as mesmas são aceleradas.

Por se tratar de um cíclotron clássico, a extração das partículas é feita por meio de um defletor (canal eletrostático), construído em cobre e com capacidade de produzir um campo eletrostático suficientemente alto para possibilitar a extração das partículas. Após a extração, estas passam por um canal magnético e são enviadas para um distribuidor magnético, que tem a função de desviar o feixe de partículas para cada uma das sete linhas de feixe externas, posicionados a 0°, ±20°, +40° e ±60°.

A figura 1 mostra um desenho do cíclotron CV-28, onde podem ser visualizadas algumas partes da máquina e de suas linhas de feixe externas.

Figura 1 - Desenho esquemático do cíclotron CV-28 do IEN/CNEN-RJ.

Na sequência de figuras abaixo são mostrados diferentes aspectos do Cíclotron CV-28, como a câmara de aceleração e bobinas principais (Figura 2), e a linha principal de irradiação com lente quadripolar e distribuidor magnético (Figura 3).

Figura 2 - Cíclotron CV-28: câmara de aceleração, bobinas principais e peças polares.

Figura 3 - Linha principal do CV-28: lente quadripolar e distribuidor magnético.