CZ2007195A3

CZ2007195A3 - Zpusob výroby tenkých kalifornium obsahujících drátu pro radioaktivní zdroje

Info

Publication number: CZ2007195A3
Application number: CZ20070195A
Authority: CZ
Inventors: Gross@Ian; A. Pierce@Larry
Original assignee: Ut-Battelle, Llc
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-05-30
Also published as: CA2581071C; CN101039763A; US7093476B2; CA2581071A1; RU2007110630A; US8088056B2; WO2007001362A1; RU2391160C2; US20060195003A1; US20060053856A1; CN100496784C

Abstract

Zpusob výroby tenkých kalifornium obsahujících drátu pro radioaktivní zdroje, konkrétne zpusob tvarování cermetového drátu zahrnuje první krok umístení cásti cermetového drátu do pneumaticky ovládaného kleštinového upínacího prípravku, druhý krok aplikování rízeného tlakového impulsu na povrch cermetového drátu za použití uvedeného kleštinového upínacího prípravku, tretí krok otácení drátu o cástotácky a posunování drátu o krátkou vzdálenost skrze kleštinový upínací prípravek s uvedeným rízeným tlakovým impulsem a opakování druhého a tretího kroku až do té doby, dokud není prumer drátu redukován po délce drátu. Výrobek vyrobený tímto zpusobem zahrnuje drátový produkt.

Description

Oblast vynálezu

Vynález se týká výroby drátů obsahujících kalifornium252. Zejména tenčích radioaktivních drátů, majících přibližně téměř kruhový příčný průřez docílený prostřednictvím řady kroků zvýšeného tlaku za použití kleštinového upínacího přípravku používaného jako tvarovací nástroj.

Dosavadní stav techniky

Brachyterapie je metoda léčení rakoviny, při které se radioaktivní zdroj umísťuje do těla k místu nádoru. Neutronová brachyterapie za použití kaliíornium-252 (Cf-252) radioaktivních zdrojů se praktikovala po 30 let, typicky za použití buď léčení s nízkou intenzitou dávky (LDR) nebo, pro některé nádory, léčení s vysokou intenzitou dávky (HDR). HDR terapie se upřednostňuje kvůli kratší době léčby. Nicméně, dodnes pouze relativně velké zdroje (o vnějším průměru přibližně 3-mm) obsahují dostatečné množství Cf-252 pro « 2 •·· *» zajištění hustot neutronů v HDR rozsahu. Současné HDR zdroje jsou příliš velké pro použití k intersticiálnímu (nitroorgánovému) léčení, jsou však ideální pro nitro-dutinové léčení {gynekologická léčení, léčení konečníku, léčení hlavy, léčení krku, a léčení dutiny ústní, atd.). V důsledku toho byla íntersticiální léčení omezena na LDR režim.

C1252 zdrojový materiál vysoké specifické aktivity (HSA) nebyl dříve k dispozici v dostatečně tenké formě pro použití v menších zdrojích o velikostech vhodných pro íntersticiální léčení (např. mozku, prostaty, prsou, plic, atd.). Předložený vynález se snaží překonat toto omezení poskytnutím tenčího Cf-252 zdrojového materiálu vysoké specifické aktivity.

Oak Ridge National Laboratory (ORNL) je jediným produkčním zdrojem Cf-252 ve Spojených státech. Jedno další produkční středisko je v Rusku. Na obou pracovištích se vyrábějí Cf-252 zdroje pro zdravotnické účely. Ruské Cf-252 zdrojové formy nemají tak vysokou specifickou aktivitu jako je specifická aktivita, kterou poskytují Cf-252 cermetové drátové formy dosažitelné z ORNL.

Výroba velmi tenkých gama nebo fotony emitujících zdrojových drátů pro použití ve zdrojích pro brachyterapii není typicky tak obtížná jako výroba Cf-obsahujícího cermetového drátu. Velká výhoda běžných gama zdrojů spočívá v tom, že velmi tenké dráty je možné nejprve zhotovit z neradioaktivního materiálu, a pak je umístit do aktivní zóny nukleárního reaktoru, ve které jsou aktivovány na požadovanou radioaktivitu. Úseky těchto aktivovaných drátů se pak hermeticky uzavřou jako radioaktivní zdroje a jako tyto

I · · * * ·

Β »»····· · se použijí. Ve zdrojích pro brachyterapii bylo zaznamenáno použití iridium-192 drátů tenkých až 0,0134.

Se synteticky vytvořeným prvkem kalifornium se, bohužel, nemůže manipulovat vně mimo silně odstíněné ochranné nádoby jako například horké komory. Kalifornium-252 se získává prostřednictvím chemického procesu roztavení za mokra, rafinací, precipitaci, a výroby drátů v silně odstíněných a vysoce kontaminovaných horkých komorách. Všechny operace se musí provádět dálkově, a praktické operace s výslednými cermetovými dráty nejsou možné v důsledku intenzivní emise neutronů. Přirozená povaha cermetového drátu, jakožto kovové matrice s keramickými nečistotami (oxid kalifornia), činí miniaturizaci při výrobě drátu pro konstrukci sondy, zejména silně naplněného (>1 % hmotnostní Cf-252) cermetového drátu, stále více obtížnou.

Cermetové dráty z ORNL obsahují oxid kalifornia smíchaný s palladiovou kovovou matricí. Keramický oxid působí v palladiu jako nečistota, a když se koncentrace oxidu zvýší nad 1 % hmotnostní, snižuje zpracovatelnost Pd. Dráty se vytváří válcováním předtím roztavených cermetových pelet průchodem skrze menší a menší drážky válcovací stolice pro klenotníky. Tato válcovací stolice, v současné době používaná ve vybavení horkých komor pro výrobu kalifornia, může produkovat drát s měřitelnými rozměry blížícími se 0,75 mm. Nicméně, skutečný průměr je v důsledku jeho lichoběžníkového příčného průřezu blíže k 1 mm.

Příkladem dřívější výrobní technologie je D.S. Erickson a A. Feiring, Guidewire Steering Handle and Method of Using Same (Řízená manipulace s naváděcím drátem a způsob jejího

Β ·

ΒΒΒΒ» · Β použití, U.S. Patent č. 5,755,695, zveřejněný 26. května 1998.

My jsme vyvinuli efektivní způsob podstatného redukování příčného průřezu silně naplněných (>1 % hmotnostní Cf-252) cermetových drátů z ORNL. Specifickou výhodou je, že nás způsob se dobře hodí pro použití v horkých komorách, ve kterých jsou vyráběny miniaturní Cf-252 zdroje vysoké intenzity.

Podstata vynálezu

Prvním cílem vynálezu je poskytnout miniaturizovaný kalifornium-252 cermetový drát.

Dalším cílem vynálezu je vytvořit kruhovitý válcovitý drát, ve srovnání se stávajícím drátem lichoběžníkového tvaru.

Dalším cílem vynálezu je poskytnout přímý úsek drátu pro zjednodušení procesu obrábění a zabránění jeho přetržení během zpracovávání.

Upřednostňovaným provedením vynálezu je způsob tvarování cermetového drátu. Tento způsob zahrnuje kroky a) umístění části cermetového drátu do pneumaticky ovládaného kleštinového upínacího přípravku; b) aplikování řízeného impulsu zvýšeného tlaku na povrch cermetového drátu za použití kleštinového upínacího přípravku; c) otáčení drátu o část otáčky a posouvání drátu o krátkou vzdálenost skrze kleštinový upínací přípravek s následujícím řízeným tlakovým impulsem; a opakování kroků b) a c) až do té doby, dokud není průměr drátu redukován po délce drátu.

Přehled obrázků na výkresech

Jediným obrázkem je perspektivní pohled na zařízení pro tvarování drátu podle vynálezu.

^íkladj^^t provedení vynálezu

Vynálezem je zařízení pro tvarování drátu a způsob, pří kterém jsou pro aplikaci řízeného tlaku na povrch cermetového drátu radioaktivního zdroje pro brachyterapii použité pneumaticky do činnosti uváděné kleštinové čelisti. Komerční pneumaticky ovládaný kleštinový upínací přípravek je využitý jako tvarovací nástroj pro tvarování drátu. Opakovaným zpracováváním délky drátu prostřednictvím kleštinového upínacího přípravku za postupně se zvyšujícího tlaku se vyrobí mnohem tenčí dráty než by bylo možné docílit dříve.

Standardní kleštinový upínací přípravek 15 s pneumaticky do činnosti uváděnými čelistmi 16 se, viz obrázek, upevní na základnu 14 pro ruční ovládání za použití pneumatického spínače (není znázorněný). Tlak vzduchu uvádí do činnosti kleštinové čelisti, nebo palce, které sevřou část cermetového drátu 17.. Po sevření drátu se tlak vzduchu přeruší, což způsobí, že čelisti upínací kleštiny uvolní drát. Pro postupné zpracovávání drátu byly použity dvě upínací kleštiny s různou velikostí průřezu čelistí. Jedna upínací kleština redukuje průměr drátu získaného z běžné válcovací stolice, a druhá upínací kleština dále zmenšuje drát na cílový průměr.

• · · • · ♦ * • ···· · ·

Stejně významné je, že způsob rovněž tak podstatně zdokonaluje příčný průřez drátu na přibližně téměř kruhový tvar, což ho činí mnohem lépe přizpůsobený pro manipulaci v následujícím postupu zpracovávání. Konkrétně způsob eliminuje použití diamantu nebo drátu s příčným průřezem lichoběžníkového tvaru, který byl vyráběn za použití nej lepšího dřívějšího způsobu. V našem způsobu se tvarovaný drát, až několik palců co do délky, obrábí na krátkých úsecích v kleštinovém upínacím přípravku. Každý úsek se pak umístí do pouzdra zdroje pro zdravotnické účely. Nový způsob tvarování drátu je dostatečně jednoduchý, což znamená, že je ideálně vhodný pro použití při způsobu výroby pouzdra zdroje pro brachyterapii v horkých komorách.

Ξ odvoláním opět na obrázek, nad kleštinovým upínacím přípravkem 15 je upevněný držák 18 drátu. Držák 18 drátu je použitý za účelem posouvání drátu 17 ručně skrze tvarovací nástroj za použití šroubového mechanismu 19 ovládaného rukojetí 20. Držák 18 drátu je použitý jednak pro pevné uchopení, a jednak pro polohování drátu 17 vzhledem ke kleštinovému upínacímu přípravku 15. Každý tlakový impuls zapříčiňuje, že kleštinové čelisti stlačují drát na délce < 1/8 palce, a tak musí být drát mezi impulsy posunován o krátkou vzdálenost skrze upínací kleštinu. Kromě toho se drát pro zajištění, že budou tvarovány oba konce, a že drát bude tvarově rovnoměrný po celé jeho délce, při každém průchodu v držáku, obrací. Rukojeť se mezi impulsy otáčí o část otáčky, a v taktu s tím se celý drát posunuje skrze tvarovací nástroj při každém nastavení tlaku. Postup se opakuje za použití řady nastavení zvyšujícího se tlaku vzduchu až do té doby, dokud není průměr drátu redukován na požadovanou velikost.

Pro tvarování drátu bylo použito výchozí nastavení tlaku 40 psi. Po dokončení tvarování drátu při 40 psi byl· tlak zvýšen o 10 až 2 0 psi, a vykonán další průchod drátu skrze tvarovací nástroj. Zvyšování tlaku pokračuje až do té doby, dokud není dosažen cílový průměr drátu s tvarově rovnoměrným příčným průřezem. Tento byl určen průchodem drátu skrze kalibr s dobrou a zmetkovou stranou pro cílový průměr. Při krocích tvarování drátu se typicky používá rozmezí tlaků 40 až 60 psi, ačkoli bylo pro použití k dispozici maximum 90 psi. Drát vyžaduje periodické žíhání při vysoké teplotě za účelem zmírnit tvarováním vyvolávané mechanické zpevňování, tj. snížit odpor drátu vůči dalšímu tvarování se zmenšováním se jeho průměru. Při menších průměrech drátu se vyžaduje častější žíhání.

Při praktické realizaci byl jako materiál dodávaný do tvarovacího nástroje drátu použitý nejtenčí drát dosažitelný z běžné válcovací stolice. Ačkoli mají nominální průměr -0,75 cm, tyto dráty by skrze kalibr s dobrou a zmetkovou stranou pro tento průměr neprošly. Tento drát byl zpracováván prostřednictvím tvarovacího nástroje drátu, a postup se opakoval až do té doby, dokud nebyl získán drát cílového průměru 0,0225 palce (0,572 mm). Potvrzení bylo zajištěno kalibrem s dobrou a zmetkovou stranou. V principu by pokračujícím tvarováním skrze další, uŽŠí upínací kleštinu mohly být docíleny ještě tenčí dráty. Při laboratorním prokazování za použití drátu ze slitiny mangan-měď jako náhrady cermetového drátu byly docíleny tloušťky drátu tenké až 0,017 palce (0,43 mm).

Pro zajištění ještě tenčích drátů, pod prokázanou výrobní tloušťkou 0,0225 palce (0,57 mm) Cf-obsahujících ···· *· drátů a laboratorním prokázáním 0,017 palce (0,43 mm) náhradních drátů, mohou být použity upínací kleštiny s menšími průřezy čelistí. Skutečná minimální tloušťka drátu za použití tohoto pojetí nebyla stanovena, ale měla by být menší než 0,4 mm.

Ve srovnání s dalšími způsoby výroby drátů, jako například ve válcovacích stolicích, zužováním a tažením, jsme vytvořili podstatně slabší kalifornium obsahující cermetové dráty než předtím. Náš způsob je pracovně jednodušší a má jednodušší konstrukci technického vybavení než jiné možnosti pro výrobu tenčích drátů. Způsob má nižší pravděpodobnost závažného poškození drátu (např., drát neprochází přímo skrze drážku válcovací stolice a smačkává se mezi drážkami). Tento způsob je mírnější než zužování, a existuje tudíž menší pravděpodobnost rozpraskání drátu v důsledku vnitřních defektů neodmyslitelně spojených s cermetovou strukturou silně naplněnou Cf oxidy. O tom svědčí vysoký počet otáček za minutu (RPM) během zužování oproti zanedbatelnému počtu RPM při našem ručně ovládaném způsobu. Pneumatické uvádění našeho tvarovacího nástroje do činnosti poskytuje mnohem spolehlivější dlouhodobý provoz v prostředí horké komory než, například, elektrické motory. Na rozdíl od zužování tento způsob slibuje spolehlivý komorový provoz s malou nebo žádnou údržbou nebo seřizováním. Způsob kromě toho poskytuje vyšší specifické aktivity než další, v současné době dostupné formy zdrojů, které mohou být konfigurovány jako tenké zdroje. Během výrobního postupu může být náš cermetový produkt rozřezán na množství zdrojových segmentů srovnatelné specifické aktivity pro výrobu přesně si odpovídajících zdrojů.

• · « · · »♦·♦·»» » · • · «

Proces tvarování může být motorizován, takže pneumatický spínač a mechanismus pro posunování drátu, které se v současné době ovládají ručně, mohou být synchronizovány pro automatický chod během každého průchodu cermetového drátu skrze tvarovací nástroj.

Pro žíhání drátu, když se tento posunuje skrze tvarovací nástroj, může být použit malý topný límec nebo tepelný zdroj. Díky těmto prostředkům se drát nemusí vyjímat z tvarovacího nástroje a umísťovat do pece pro periodické žíhání.

Tato technologie byla výslovně navržena pro použití k léčení rakoviny pomocí metody brachyterapie, jako její primární aplikace. Nicméně, tutéž technologii by bylo možné použít všude tam, kde se požaduje velmi tenký nebo velmi kompaktní neutronový zdroj. Jedním z příkladů by mohl být lineární zdroj nebo bodový zdroj pro účely kalibrování nástrojů nebo pro specializované fyzikální experimenty.

Ačkoli byl vynález shora objasněn a popsán v rozsahu toho, co se momentálně považuje za jeho upřednostňovaná provedení, bude osobám obeznámeným se stavem techniky zřejmé, že mohou být provedeny jeho různé obměny a modifikace, aniž by došlo k odchýlení se z rozsahu vynálezů vymezených připojenými nároky.

* · · « * • « · * ··«· · * *·»»·· ·· · ·· ·

PV2OO?-19S

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob tvarování cermetového drátu HB , zahrnující kroky:

a) umístění části cermetového drátu do pneumaticky ovládaného kleštinového upínacího přípravku (15);

b) aplikování řízeného tlakového impulsu na povrch cermetového drátu za použití uvedeného kleštinového upínacího přípravku;

c) otáčení drátu o část otáčky a posunování drátu o krátkou vzdálenost skrze kleštinový upínací přípravek s uvedeným řízeným tlakovým impulsem; a d} opakování kroků b) a c) až do té doby, dokud není průměr drátu redukován po délce drátu.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kroky b} a

c) se opakují za použití vyššího tlakového impulsu až do té doby, dokud není průměr drátu redukován po délce drátu.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kroky b) a

c) se opakují za použití upínací kleštiny s průřezem čelisti menší velikosti až do té doby, dokud není průměr drátu redukován po délce drátu.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený cermetový drát obsahuje kaliíornium-252.
5. Výrobek výroby zahrnující drátový produkt vyrobený způsobem podle nároku 1.
6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kroky b) a • « ·

c) jsou motorizovány pro synchronní ovládání během každého průchodu cermetového drátu skrze uvedený kleštinový upínací přípravek.
7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro žíhání drátu během procesu tvarování se použije topný límec.
8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro žíhání drátu během procesu tvarování se použije infrazářič.

• t

4 • · · · * » · »«·*·** «···»· ·· · ·· ·

W20W-495