DE10037439A1 - Radioactive isotope production comprises firing laser at material to produce plasma, and directing emitted X-rays to neutron donator to release neutrons which are then captured - Google Patents

Radioactive isotope production comprises firing laser at material to produce plasma, and directing emitted X-rays to neutron donator to release neutrons which are then captured

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DE10037439A1
DE10037439A1 DE2000137439 DE10037439A DE10037439A1 DE 10037439 A1 DE10037439 A1 DE 10037439A1 DE 2000137439 DE2000137439 DE 2000137439 DE 10037439 A DE10037439 A DE 10037439A DE 10037439 A1 DE10037439 A1 DE 10037439A1
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Abstract

Activating the radioactivity of atomic nuclei by neutron capture, especially for activating short lived radioactive isotopes for medical purposes, comprises firing a high impulse intensity laser at a material, at a pressure of less than 1 millibar, to create a plasma. X-rays are emitted from the plasma and are directed to a neutron donator in order to release neutrons. The latter are moderated to reduce their energy over the capture region. The isotopes capture the neutrons and are converted into radioactive isotopes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aktivierung der Radioaktivität von Atomkernen durch Neutroneneinfang, insbesondere zur Aktivierung kurzlebiger radioaktiver Isotope für medizinische Zwecke.The invention relates to a method and a device for activating the Radioactivity of atomic nuclei through neutron capture, especially for activation short-lived radioactive isotopes for medical purposes.

Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich beispielsweise für die radiologische Diagnostik und Therapie: Tumorlokalisation (Schilddrüse, Nieren, Skelett, Gehirn, Blut, Leber, Spinalkanal, Herz u. a.), Tumorbestrahlung (Schilddrüse, Prostata, Ovarien, Leukämie u. a.), sowie lokale Bestrahlung von Arterien nach Öffnung von Stenosen zur Verhinderung von Restenosen.Possible applications arise, for example, for radiological diagnostics and therapy: tumor localization (thyroid, kidney, skeleton, brain, blood, liver, Spinal canal, heart and a.), tumor radiation (thyroid, prostate, ovaries, leukemia, etc.), as well as local radiation of arteries after opening of stenoses to prevent Restenosis.

Radioaktive Nuklide für Strahlendiagnostik und -therapie werden gegenwärtig durch Beschuss mit hochenergetischen Protonen, Deuteronen oder α-Teilchen aus Ring­ beschleunigern (Zyklotrons) und Linearbeschleunigern oder mit Neutronen aus Neutronenreaktoren aktiviert bzw. sind selbst Spaltprodukte großer radioaktiver Kerne oder Tochterkerne längerlebiger radioaktiver Mutternuklide (Karl Heinrich Lieser, Nuclear and Radiochemistry, Fundamentals and Applications, Weinheim: VCH 1997, Kap. 12 und 19). Sowohl Ringbeschleuniger als auch Neutronenreaktoren bedingen einen extrem hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand, so dass medizinische Einrichtungen für ihre diagnostischen und therapeutischen Anwendungen statt eigener Isotopenaktivierung das radioaktive Material von zentralen Erzeugeranlagen beschaffen. Diese auf Grund des Transportweges notwendigerweise längerlebigen Isotope - obgleich selbige medizinisch lediglich kurzzeitig zur Anwendung kommen - bedürfen entsprechender Vorkehrungen und organisatorischer sowie sicherheitstechnischer Maßnahmen sowohl für die Beschaffung als auch für Aufbewahrung und Entsorgung. Nicht selten stehen deshalb Kliniken je nach Infrastruktur vor Problemen und hohen Kosten.Radioactive nuclides for radiation diagnosis and therapy are currently being developed by Bombardment with high-energy protons, deuterons or α-particles from a ring accelerate (cyclotrons) and linear accelerators or with neutrons Neutron reactors are activated or are themselves fission products of large radioactive nuclei or daughter cores of long-lived radioactive mother nuclides (Karl Heinrich Lieser, Nuclear and Radiochemistry, Fundamentals and Applications, Weinheim: VCH 1997, Chap. 12 and 19). Both ring accelerators and neutron reactors require an extremely high one technical and economic effort, so that medical facilities for their diagnostic and therapeutic applications instead of own isotope activation Obtain radioactive material from central production facilities. This due to the Transport route necessarily longer-lived isotopes - although medically are only used for a short time - require appropriate precautions and organizational and security measures both for procurement and also for storage and disposal. It is therefore not uncommon for clinics to be different Infrastructure facing problems and high costs.

Die Methode zur Aktivierung der Radioaktivität von Atomkernen ist unter anderem von der Art der gewünschten Strahlung abhängig:
The method for activating the radioactivity of atomic nuclei depends, among other things, on the type of radiation desired:

  • a) α-Strahler kommen nur sehr selten zum Einsatz und werden dann nur in der Therapie eingesetzt.a) α-emitters are used very rarely and are only used in therapy used.
  • b) Kurzlebige β+-Strahler für die Positronen-Emissions-Tomographie werden über Proto­ nen- oder Deuteroneneinfang aktiviert, z. B. 11B (p,n) 11C (heißt: 11B + p → 11C + n) oder 12C (d,n) 13N.
    Dies ist nur an aufwendigen Zyklotrons oder Linearbeschleunigern möglich und erfordert wegen der kurzen Lebensdauer von Minuten (15O) bis wenigen Stunden (75Br) deren Nähe.    b) Short-lived β + emitters for positron emission tomography are activated via proton or deuteron capture, e.g. B. 11 B (p, n) 11 C (means: 11 B + p → 11 C + n) or 12 C (d, n) 13 N.
    This is only possible on complex cyclotrons or linear accelerators and, because of the short lifespan of minutes ( 15 O) to a few hours ( 75 Br), requires their proximity.
  • c) Kurzlebige β--Strahler wie z. B. 32P, 47Ca und 131I müssen durch Neutroneneinfang produziert werden.
    Zum Einsatz kommen für medizinische Verwendung der Nuklide nur ebenfalls aufwendige (Forschungs-) Reaktoren.    c) Short-lived β - emitters such. B. 32 P, 47 Ca and 131 I must be produced by neutron capture.
    Only complex (research) reactors are used for medical use of the nuclides.
  • d) γ-Strahler für Therapie und Diagnostik werden durch Protonenstoß oder Neutroneneinfang produziert, wie zum Beispiel 123I (Halbwertszeit 13,2 Std.) durch eine (p,2n) Reaktion mit 30 MeV Protonen aus 124Te oder 131I (Halbwertszeit 8 Tage) aus 130Te + n für Schilddrüsen- und Nierendiagnostik.d) γ-emitters for therapy and diagnostics are produced by proton impact or neutron capture, such as 123 I (half-life 13.2 hours) by a (p, 2n) reaction with 30 MeV protons from 124 Te or 131 I (half-life 8 Days) from 130 Te + n for thyroid and kidney diagnostics.
  • e) Die einzige derzeitige Methode, kurzlebige Nuklide (Stunden) ohne aufwendige Beschleuniger oder Reaktoren zu erhalten und damit ggf. auch unmittelbar am Ort der Verwendung zu erzeugen, sind die sogenannten Generatoren, in denen das gewünschte Nuklid als Tochternuklid eines radioaktiven, etwas längerlebigen Mutternuklids (Tage - Wochen) entsteht und von diesem separiert werden kann.e) The only current method, short-lived nuclides (hours) without expensive Obtain accelerators or reactors and thus possibly directly at the location of the Generating use are the so-called generators, in which the desired Nuclide as daughter nuclide of a radioactive, somewhat longer-lived mother nuclide (days - Weeks) arises and can be separated from it.

Bekanntestes und häufigstes Beispiel ist der 99Mo → 99mTc-Generator, dessen Tochternuklid 99mTc (Halbwertszeit 6 Std.) ein reiner γ-Strahler ist und in der Diagnostik eingesetzt wird.The best known and most common example is the 99 Mo → 99m Tc generator, whose daughter nuclide 99m Tc (half-life 6 hours) is a pure γ-emitter and is used in diagnostics.

Der Nachteil ist allerdings, dass man zur Gewinnung des Muttemuklids 99Mo selbst wiederum einen besagten Reaktor benötigt. 99Mo (Halbwertszeit 67 Std.) muss vorher in einem Neutronenreaktor aus dem natürlichen 98Mo hergestellt werden oder aus einer neutroneninduzierten 235Uran-Spaltung gewonnen werden. Damit bestehen zur Beschaffung, Lagerung und Entsorgung wieder die vorbeschriebenen Probleme. The disadvantage, however, is that in order to obtain the 99 Mo mother muclide, a reactor in turn is required. 99 Mo (half-life 67 hours) must be produced in a neutron reactor from the natural 98 Mo or obtained from a neutron-induced 235 uranium fission. This means that the problems described above again apply to procurement, storage and disposal.

Es ist ferner bekannt (W.L. Kruer, The physics of Laser Plasma Interactions, Addison Wesley, New York, 1988), dass die Bestrahlung gasförmiger, flüssiger oder fester Stoffe mit hochintensiven Laserimpulsen ein Plasma des jeweiligen Stoffes erzeugt, welches Röntgenstrahlung emittiert.It is also known (W.L. Kruer, The physics of Laser Plasma Interactions, Addison Wesley, New York, 1988) that the irradiation of gaseous, liquid or solid substances generates a plasma of the respective substance with high-intensity laser pulses, which X-rays emitted.

Bekannt ist auch (G. Musiol, J. Ranft, R. Reif, D. Seeliger: Kern- und Elementarteilchen­ physik Kap. 12.2, Wiley/VCH, Weinheim 1988), dass zur Freisetzung hochenergetischer Neutronen Berylliumkerne oder andere Neutronendonatoren mit hochenergetischer Röntgenstrahlung bestrahlt werden können.It is also known (G. Musiol, J. Ranft, R. Reif, D. Seeliger: core and elementary particles physics chap. 12.2, Wiley / VCH, Weinheim 1988) that release high energy Neutrons beryllium nuclei or other neutron donors with high energy X-rays can be irradiated.

Darüber hinaus ist bekannt (H. Arnould et al., Experimental verification of neutron phenomenology in lead and transmutation by adiabatic resonance crossing in accelerator driven systems, Physics Letters B 458, 1999, S. 167-180), dass Neutronen in Bleivolumen in kleinen Energieintervallen moderiert werden, und somit die Neutroneneinfang­ wahrscheinlichkeit von im Bleivolumen platzierten Nuklide erhöht wird.It is also known (H. Arnould et al., Experimental verification of neutron phenomenology in lead and transmutation by adiabatic resonance crossing in accelerator driven systems, Physics Letters B 458, 1999, pp. 167-180) that neutrons in lead volumes be moderated in small energy intervals, and thus neutron capture probability of nuclides placed in the lead volume is increased.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, auf möglichst einfache und aufwandgeringe Weise radioaktive Strahlung mit kurzer Halbwertszeit zu erzeugen. Insbesondere sollen für Nutzer, die lediglich kurzlebige Isotope für eigene Anwendungen benötigen, aufwendige Vorrichtungen, wie Reaktoren und Teilchenbeschleuniger, bzw. auch besondere Vorkehrungen zur Aufbewahrung, Entsorgung und/oder für den Transport von radioaktiv strahlenden Materialien vermieden werden.The invention is based on the object, as simple and inexpensive as possible Way to generate radioactive radiation with a short half-life. In particular, for users who only want short-lived isotopes for their own applications need complex devices such as reactors and particle accelerators, or also special precautions for storage, disposal and / or transportation of radioactive materials can be avoided.

Erfindungsgemäß erfolgt die Aktivierung der Radioaktivität von Atomkernen durch Einfang von Neutronen, die nicht in aufwendigen Reaktoren, Zyklotrons etc. durch Kernspaltung freigesetzt werden, sondern die infolge einer photoinitiierten Kernspaltung eines Neutronendonators, wie Beryllium, entstehen. Die Kernspaltung des Neutronendonators wird durch eine sog. harte Röntgenbremsstrahlung initiiert, die in an sich bekannter Weise in einem Plasma entsteht, das durch Bestrahlung eines geeigneten Materials, wie Tantal, infolge Bestrahlung mit einem Laser hoher Impulsintensität erzeugt wird. Die Energie der auf diese Weise freigesetzten Neutronen wird im Fangbereich der zu aktivierenden Isotope schrittweise verringert. Es hat sich gezeigt, dass mit dieser sanften Moderierung der durch die besagte photoinitiierte Kernspaltung freigesetzten Neutronen eine hohe Einfangquote zur Aktivierung der im Moderator verteilten, zu aktivierenden Isotope erreichbar ist. Die schrittweise Herabsetzung der Energie von den unmittelbar nach Kernspaltung hoch­ energetischen Neutronen im Isotopenfangbereich schafft mit hoher Wahrscheinlichkeit jeweils einen für den Neutroneneinfang vorteilhaften Energiezustand derselben. Vorteilhaft ist, dass die Aktivierung der Radioaktivität von Atomkernen mit für medizinische Anwendungen ausreichender kurzer Halbwertszeit in einem vergleichsweise zu Zyklotrons und Neutronenreaktoren relativ aufwandgeringen Konstruktionsaufbau realisierbar ist. Hierzu wird ein Neutronendonator, wie Beryllium, in einen Bleikörper eingebettet, in welchem zumindest im Bereich des Neutronendonators ein erneuerbares und zur Plasmaerzeugung von einem Laser bestrahltes Material (zweckmäßigerweise ein durchführbarer Draht, beispielsweise aus poliertem Tantal) angeordnet ist. Durch Öffnungen im Bleikörper und im Neutronendonator wird das zur Plasmaerzeugung verwendete Material mit den intensitätsstarken Laserimpulsen bestrahlt. Das dabei unmittelbar im Bereich des Neutronendonators erzeugte Plasma emittiert die harte Röntgenbremsstrahlung, welche die Kernspaltung des Neutronendonators mit der Freisetzung u. a. von Neutronen bewirkt. Diese zunächst meist hochenergetischen Neutronen treffen in ihrer Bewegung immer wieder auf die Atome des den Neutronendonator umgebenden Bleikörpers und werden dadurch sanft moderiert. Diese Moderierung erfolgt in einem Bereich des Bleikörpers, in welchem sich Öffnungen befinden zur Aufnahme der zu aktivierenden Isotope und somit unmittelbar in ihrem Neutronen-Fangbereich. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens und der konstruktiven Vorrichtung sind in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführt.According to the invention, the radioactivity of atomic nuclei is activated by Capture of neutrons that are not caused by complex reactors, cyclotrons etc. Nuclear fission are released, but that as a result of photo-initiated nuclear fission of a neutron donor, such as beryllium. The nuclear fission of the Neutron donor is initiated by a so-called hard X-ray brake radiation, which in in is known to arise in a plasma, which by irradiation of a suitable Materials such as tantalum are produced as a result of irradiation with a laser of high pulse intensity becomes. The energy of the neutrons released in this way is increased in the capture range activating isotopes gradually decreased. It has been shown that with this gentle moderation, that by the said photo-initiated nuclear fission released a high capture rate for neutrons  Activation of the isotopes to be activated distributed in the moderator can be reached. The gradual decrease in energy from high immediately after fission There is a high probability that energetic neutrons in the isotope capture range will create each have an advantageous energy state for neutron capture. It is advantageous that the activation of the radioactivity of atomic nuclei with for medical applications of a sufficiently short half-life in a comparatively construction structure relatively inexpensive to cyclotrons and neutron reactors is feasible. For this purpose, a neutron donor, such as beryllium, is placed in a lead body embedded, in which at least in the area of the neutron donor a renewable and for plasma generation of material irradiated by a laser (expediently a feasible wire, for example made of polished tantalum) is arranged. By Openings in the lead body and in the neutron donor become plasma generation used material irradiated with the high-intensity laser pulses. That included The hard plasma is emitted directly in the area of the neutron donor X-ray brake radiation, which the nuclear fission of the neutron donor with the Release u. a. caused by neutrons. These initially mostly high-energy In their movement, neutrons repeatedly hit the atoms of the Neutron donor surrounding lead body and are thereby moderated gently. This Moderation takes place in an area of the lead body in which there are openings are located to take up the isotopes to be activated and thus directly in their Neutron-capture range. Advantageous embodiments of the method and the constructive Devices are listed in the respective subclaims.

Durch diesen relativ geringen Aufwand und die vergleichsweise einfache Handhabung zur Isotopenaktivierung wird die Erfindung speziell zur Anwendung in medizinischen Einrichtungen für deren eigene diagnostische und therapeutische Zwecke interessant. Die Labors, Kliniken und Forschungseinrichtungen wären ohne Investitionen von bekannten Neutronenreaktoren, Zyklotrons und anderen aufwendigen Anlagen selbst in der Lage, jederzeit und bedarfsgerecht die Radioaktivität von Atomkernen mit der geforderten kurzen Halbwertszeit zu aktivieren, ohne dass besondere Vorkehrungen zu Transport, Aufbewahrung, Verwendung und Entsorgung strahlungsaktiver Materialien unter erhöhten Sicherheitsbedingungen, erforderlich wären. Durch die Erfindung gelingt es, die zu aktivierenden Atomkerne nur für eine kurze und lediglich für die Verwendungsdauer erforderliche Zeit in den radiaktiven und damit strahlungsgefährlichen Zustand zu versetzen. Für die Zeit davor und danach sind die Isotope strahlungsungefährlich.Due to this relatively low effort and the comparatively simple handling Isotope activation, the invention is specifically for use in medical Institutions interesting for their own diagnostic and therapeutic purposes. The Laboratories, clinics and research facilities would be without investments from well-known Neutron reactors, cyclotrons and other complex systems are able to the radioactivity of atomic nuclei with the required short at any time and according to need Activate half-life without taking special precautions to transport, Storage, use and disposal of radiation-active materials under elevated Security conditions that would be required. The invention manages to activating atomic nuclei only for a short and only for the period of use  required time in the radioactive and thus radiation-hazardous state offset. For the time before and after the isotopes are not dangerous to radiation.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will now be described with reference to one in the drawing Embodiment will be explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Experimenteller Aufbau, bestehend aus einer Bleikugel zur Aufnahme der zu aktivierenden Isotope sowie mit eingebetteter Berylliumkugel, durch deren Zentrum ein Tantaldraht geführt wird, auf dem durch Laserbestrahlung ein Röntgenstrahlung aussendendes Plasma erzeugt wird. Fig. 1 Experimental structure, consisting of a lead ball for receiving the isotopes to be activated and with an embedded beryllium ball, through the center of which a tantalum wire is guided, on which an X-ray emitting plasma is generated by laser radiation.

Fig. 2 Prinzip der lasererzeugten Radioaktivität. Fig. 2 Principle of laser-generated radioactivity.

Fig. 3 Energiespektrum der hochenergetischen Röntgenstrahlung aus dem laser­ erzeugten Plasma. Fig. 3 energy spectrum of high-energy X-rays from the laser-generated plasma.

Fig. 4 Neutronen-Einfangquerschnitt von 127I in Abhängigkeit von der Neutronen­ energie. Fig. 4 neutron capture cross section of 127 I depending on the neutron energy.

Fig. 5 Schema des radioaktiven Zerfalls von 128I mit dem häufigsten Zerfallskanal über Aussendung von γ-Strahlung der Energie 442,9 keV. Fig. 5 Scheme of the radioactive decay of 128 I with the most common decay channel by emitting γ-radiation of energy 442.9 keV.

In Fig. 1 ist ein experimenteller Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In einem evakuierten Raum 1 mit einem Druck kleiner als 1 millibar ist eine Bleikugel 2 aus Vollmaterial mit einem Durchmesser von 50 cm, angeordnet, in welcher konzentrisch eine Berylliumkugel 3 mit einem Durchmesser von 4 cm eingesetzt ist. Durch das Sphärenzentrum 4 beider Kugeln verläuft eine Bohrung 5, durch die ein polierter Tantaldraht 6 geführt wird. Der Tantaldraht 6 wird außerhalb der Bleikugel 2 über Führungselemente 7 geleitet, die eine laterale Positioniergenauigkeit des Tantaldrahts 6 im Sphärenzentrum 4 von 0,02 mm gewährleisten. Damit wird der Tantaldraht 4 zur Erzeugung eines Plasmas exakt durch den Brennfleck eines auf das Sphärenzentrum 4 fokussierten Laserstrahls 8 hoher Impulsintensität geführt, der durch die Fokussierung an dieser Stelle seine höchste Lichtintensität aufweist. Hier kommt ein Ultrakurzpuls- Hochintensitätslaser zur Anwendung, welcher Laserpulse mit folgenden Parametern erzeugt: Impulsenergie = 1 Joule; Impulsdauer = 10-13 s; Laserwellenlänge = 8 × 10-7 m. In Fig. 1 an experimental setup of the inventive device is illustrated. A lead ball 2 made of solid material with a diameter of 50 cm is arranged in an evacuated room 1 with a pressure of less than 1 millibar, in which a beryllium ball 3 with a diameter of 4 cm is inserted concentrically. A bore 5 runs through the spherical center 4 of both spheres, through which a polished tantalum wire 6 is guided. The tantalum wire 6 is guided outside the lead ball 2 via guide elements 7 , which ensure a lateral positioning accuracy of the tantalum wire 6 in the sphere center 4 of 0.02 mm. The tantalum wire 4 is thus guided exactly through the focal spot of a high-intensity laser beam 8 focused on the spherical center 4 , which has its highest light intensity due to the focusing at this point. Here, an ultra-short pulse high-intensity laser is used, which generates laser pulses with the following parameters: pulse energy = 1 joule; Pulse duration = 10 -13 s; Laser wavelength = 8 × 10 -7 m.

Mit dieser Laserbestrahlung, die auf das Sphärenzentrum 4 fokussiert ist, wird im Brennfleck auf dem Tantaldraht 6 eine Intensität 1019 Watt/cm2 erreicht.With this laser radiation, which is focused on the sphere center 4 , an intensity of 10 19 watts / cm 2 is achieved in the focal spot on the tantalum wire 6 .

Die Impulse des Laserstrahls 8 gelangen über eine an die Konvergenz des fokussierten Laserstrahles 8 angepasste konische Ausfräsung 9 der Bleikugel 2 und eine in ihrer Form ebenfalls der Konvergenz des Laserstrahles 8 angeglichene konische Ausfräsung 10 der Berylliumkugel 3 zum Sphärenzentrum 4, wo sie auf den Tantaldraht 6 ein aus Übersichtsgründen in Fig. 1 nicht explizite dargestelltes sog. Plasma 11 (vgl. Fig. 2) erzeugen (Milliarden Grad heiße ionisierte Materie). Dieses Plasma 11 emittiert im Zentrum der Berylliumkugel 3 in alle Richtungen Röntgenstrahlung, insbesondere eine Röntgenstrahlung 12 mit Photonenenergien größer 1 MeV (vgl. Fig. 3). Die Röntgen­ strahlung 12 durchdringt die Berylliumkugel 3 und löst eine Spaltung des Berylliums 13 jeweils in zwei Heliumkerne 14 und ein Neutron 15 aus. Die jeweils im Beryllium 13 freigesetzten Neutronen 15 dringen in die Bleikugel 2 ein und werden in dieser vielfach gestreut, jedoch nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit absorbiert. Bei jedem streuenden Stoß eines Neutrons 15 mit einem (nicht explizite dargestellten) Bleiatom der Bleikugel 2, gibt das Neutron 15 maximal 2% seiner Energie an das Blei ab. Infolge dieses kleinen Wertes werden die Neutronen 15 in vielen kleinen Energieintervallen abgebremst (moderiert) und besitzen mit großer Wahrscheinlichkeit eine für den Neutroneneinfang durch Iod als zu aktivierendes Isotop 16 günstige Energie. Der Vorgang der schrittweisen Energieabstufung der Neutronen 15 in der Bleikugel 2 ist in Fig. 2 symbolisch durch einen Moderator 17 dargestellt.The pulses of the laser beam 8 pass via a matched to the convergence of the focused laser beam 8 conical cut-out 9 of the lead ball 2 and in their form also the convergence of the laser beam 8 conformed conical countersink 10 of the Berylliumkugel 3 for spheres center 4 where it on the tantalum wire 6 generate a so-called plasma 11 (cf. FIG. 2) which is not explicitly shown in FIG. 1 (billion-degree hot ionized matter). This plasma 11 emits X-rays in all directions in the center of the beryllium ball 3, in particular X-rays 12 with photon energies greater than 1 MeV (cf. FIG. 3). The X-ray radiation 12 penetrates the beryllium ball 3 and triggers a split of the beryllium 13 into two helium nuclei 14 and a neutron 15 . The neutrons 15 released in the beryllium 13 penetrate into the lead ball 2 and are scattered many times in it, but are only absorbed with a very low probability. With each scattering impact of a neutron 15 with a (not explicitly shown) lead atom of the lead ball 2 , the neutron 15 releases a maximum of 2% of its energy to the lead. As a result of this small value, the neutrons 15 are braked (moderated) in many small energy intervals and are very likely to have an energy which is favorable for the neutron capture by iodine as the isotope 16 to be activated. The process of gradual energy gradation of the neutrons 15 in the lead ball 2 is symbolically represented in FIG. 2 by a moderator 17 .

In die Bleikugel 2 sind acht gleichmäßig über die Oberfläche verteilte Bohrungen 18 mit jeweils einem Durchmesser von 15 mm und einer Tiefe von 20 cm eingebracht, die der Aufnahme von Iod als das zu aktivierende Isotops 16 dienen. Iod kommt in der Natur lediglich als das nicht radioaktive Isotop 127Iod vor. Dieses in den Bohrungen 18 der Bleikugel 2 eingelagerte 127Iod wird aufgrund der Vielfachstreuung der Neutronen 15 in der Bleikugel 2 häufig von den aus dem Beryllium 13 freigesetzten und sanft moderierten Neutronen 15 durchstrahlt und fängt mit der in Fig. 4 aufgetragenen Wahrscheinlichkeit ein Neutron 15 ein. Aus 127I wird somit 128I als radioaktiv aktiviertes Isotop 19, welches eine radiaktive Strahlung 20 mit einer Halbwertszeit von 24,99 Minuten γ-Strahlung der Photonenenergie 442,9 keV aussendet. Fig. 5 zeigt ein Schema des radioaktiven Zerfalls von 128I mit dem häufigsten Zerfallskanal über Aussendung von γ-Strahlung der Energie 442,9 keV. Diese γ-Strahlung kann wie die γ-Strahlung des derzeit verwendeten 131I zu radiologisch diagnostischen Zwecken verwendet werden, erlaubt jedoch bei gleicher Dosis während einer halbstündigen Untersuchung eine Reduktion der gesamt inkorporierten Dosis um einen Faktor 100. Eight holes 18 , each with a diameter of 15 mm and a depth of 20 cm, are uniformly distributed over the surface and are introduced into the lead ball 2 , which serve to receive iodine as the isotope 16 to be activated. In nature, iodine only occurs as the non-radioactive isotope 127 iodine. This embedded in the bores 18 of the lead ball 2127 iodine is often released due to the multiple scattering of the neutrons 15 in the lead ball 2 from the from the beryllium 13 and gently moderated neutrons 15 irradiates intercepts with that in Fig. 4 coated probability that a neutron 15 a , 127 I thus becomes 128 I as a radioactively activated isotope 19 , which emits radioactive radiation 20 with a half-life of 24.99 minutes γ-radiation of the photon energy 442.9 keV. FIG. 5 shows a diagram of the radioactive decay of 128 I with the most frequent decay channel via emission of γ-radiation with the energy 442.9 keV. This γ-radiation, like the γ-radiation of the 131 I currently used, can be used for radiological diagnostic purposes, but, with the same dose, allows a reduction of the total incorporated dose by a factor of 100 during a half-hour examination.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

11

evakuierter Raum
evacuated room

22

Bleikugel
plumb

33

Berylliumkugel
Berylliumkugel

44

Sphärenzentrum
spheres center

55

Bohrung
drilling

66

Tantaldraht
tantalum wire

77

Führungselemente
guide elements

88th

Laserstrahl
laser beam

99

, .

1010

Ausfräsung
countersink

1111

Plasma
plasma

1212

Röntgenstrahlung
X-rays

1313

Beryllium
beryllium

1414

Heliumkerne
helium nuclei

1515

Neutron
neutron

1616

zu aktivierendes Isotop
Isotope to be activated

1717

Moderator
presenter

1818

Bohrungen
drilling

1919

aktiviertes Isotop
activated isotope

2020

radioaktive Strahlung
radioactive radiation

Claims (15)

1. Verfahren zur Aktivierung der Radioaktivität von Atomkernen durch Neutroneneinfang, insbesondere zur Aktivierung kurzlebiger radioaktiver Isotope für medizinische Zwecke, bei dem ein Laser mit hoher Impulsintensität zur Erzeugung eines Plasmas unter Umgebungsdruck kleiner als 1 millibar ein Material bestrahlt, wobei aus dem entstehenden Plasma in an sich bekannter Weise harte Röntgenbremsstrahlung emittiert wird, welche zum Zweck einer photoinitiierten Kernspaltung auf einen Neutronendonator zur Freisetzung von Neutronen gelenkt wird, bei dem die auf diese Weise freigesetzten Neutronen zur schrittweisen Verringerung ihres Energiezustandes im Fangbereich der zu aktivierenden Isotope sanft moderiert werden und bei dem die Isotope durch den Einfang der Neutronen in radioaktive Isotope verwandelt werden.1. method for activating the radioactivity of atomic nuclei by neutron capture, especially for the activation of short-lived radioactive isotopes for medical purposes, in which a laser with high pulse intensity for generating a plasma under Ambient pressure less than 1 millibars irradiated a material, resulting from the Plasma is emitted in a conventional manner, hard X-ray brake radiation, which for the purpose of photo-initiated nuclear fission on a neutron donor Release of neutrons is directed at which the released in this way Neutrons for the gradual reduction of their energy status in the catch area of the activating isotopes are moderated gently and the isotopes by capturing of neutrons are turned into radioactive isotopes. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser zur Erzeugung harter Röntgenbremsstrahlung aus dem Plasma ein Material mit hoher Atomzahl, zum Beispiel Tantal, und polierter Oberfläche mit ultrakurzen und hochintensiven Impulse bestrahlt.2. The method according to claim 1, characterized in that the laser for generation hard X-ray brake radiation from plasma a material with a high atomic number, for Example tantalum, and polished surface with ultra-short and high-intensity impulses irradiated. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Plasma emittierte harte Röntgenbremsstrahlung auf Beryllium als Neutronendonator trifft.3. The method according to claim 1, characterized in that the emitted by the plasma hard x-ray brake radiation hits beryllium as a neutron donor. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die infolge der Wechselwirkung der harten Röntgenbremsstrahlung mit dem Neutronendonator freigesetzten Neutronen durch Stöße mit Bleiatomen sanft moderiert werden.4. The method according to claim 1, characterized in that the result of Interaction of the hard X-ray brake radiation with the neutron donor released neutrons are gently moderated by collisions with lead atoms. 5. Vorrichtung zur Aktivierung der Radioaktivität von Atomkernen, insbesondere zur Aktivierung kurzlebiger radioaktiver Isotope für medizinische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem evakuierten Raum mit einem Druck kleiner als 1 millibar angeordneter Bleikörper (2) mit einem eingebetteten Neutronendonator (3) vorgesehen ist, dass im Bleikörper (2) zumindest im Bereich des Neutronendonators (3) ein erneuerbares und durch Laserstrahlung (8) plasmaerzeugendes Material (6) angeordnet ist, dass sowohl der Bleikörper (2) als auch der Neutronendonator (3) jeweils eine Öffnung (9, 10) aufweisen, durch welche die Laserstrahlung (8) auf das plasmaerzeugende Material (6) im Innern des Neutronendonators (3) trifft und dass in den Bleikörper (2) wenigstens eine von außen zugängliche Öffnung (18) zur Aufnahme des zu aktivierenden Isotops (16) eingebracht ist.5. Device for activating the radioactivity of atomic nuclei, in particular for activating short-lived radioactive isotopes for medical purposes, characterized in that a lead body ( 2 ) with an embedded neutron donor ( 3 ) is provided in an evacuated room with a pressure of less than 1 millibar that in the lead body ( 2 ) at least in the area of the neutron donor ( 3 ) there is a renewable material ( 6 ) which generates plasma by laser radiation ( 8 ), that both the lead body ( 2 ) and the neutron donor ( 3 ) each have an opening ( 9 , 10 ), through which the laser radiation ( 8 ) strikes the plasma-generating material ( 6 ) inside the neutron donor ( 3 ) and that in the lead body ( 2 ) at least one opening ( 18 ) accessible from the outside for receiving the isotope to be activated ( 16 ) is introduced. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bleikörper (2) eine Sphärenform besitzt.6. The device according to claim 5, characterized in that the lead body ( 2 ) has a spherical shape. 7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bleikörper (2) eingebettete Neutronendonator (3) ebenfalls sphärenförmig ist.7. The device according to claim 5, characterized in that the embedded lead in the body (2) Neutronendonator (3) is also sphere-shaped. 8. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bleikörper (2) eine an die Konvergenz des fokussierten Laserstrahles (8) angepasste konische Öffnung (9) aufweist.8. The device according to claim 5, characterized in that the lead body ( 2 ) has a conical opening ( 9 ) adapted to the convergence of the focused laser beam ( 8 ). 9. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutronendona­ tor (3) eine an die Konvergenz des fokussierten Laserstrahles (8) angepasste konische Öffnung (10) aufweist.9. The device according to claim 5, characterized in that the neutron donor tor ( 3 ) has a conical opening ( 10 ) adapted to the convergence of the focused laser beam ( 8 ). 10. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als erneuerbares und durch Laserstrahlung (8) plasmaerzeugendes Material ein Draht (6) vorgesehen ist, der durch den Bleikörper (2) mit dem eingebetteten Neutronendonator (3) geführt wird.10. The device according to claim 5, characterized in that a wire ( 6 ) is provided as renewable and plasma-generating material by laser radiation ( 8 ), which is guided through the lead body ( 2 ) with the embedded neutron donor ( 3 ). 11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Führungselemente, beispielsweise Rollen (7) vorgesehen sind, zur Führung und zum Durchschieben des Drahtes (6).11. The device according to claim 10, characterized in that guide elements, for example rollers ( 7 ) are provided for guiding and pushing through the wire ( 6 ). 12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein polierter Tantaldraht (6) Verwendung findet. 12. The device according to claim 10, characterized in that a polished tantalum wire ( 6 ) is used. 13. Vorrichtung gemäß Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutronen­ donator (3) konzentrisch im Bleikörper (2) angeordnet ist, dass die konischen Öffnungen (9, 10) zum gemeinsamen Spärenmittelpunkt (4) fluchten.13. The device according to claims 5 to 9, characterized in that the neutron donor ( 3 ) is arranged concentrically in the lead body ( 2 ), that the conical openings ( 9 , 10 ) to the common center of the sphere ( 4 ) are aligned. 14. Vorrichtung gemäß Ansprüchen 5, 10 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Blei­ körper (2) mit dem eingebetteten Neutronendonator (3) eine durch den Sphärenmittel­ punkt (4) verlaufende Bohrung (5) zur Durchführung des Drahtes (6) aufweist, an welchem jeweils im Spärenmittelpunkt (4) durch den Laserstrahl (8) das Plasma (11) für die Erzeugung harter Röntgenbremsstrahlung (12) erzeugt wird.14. The device according to claims 5, 10 and 13, characterized in that the lead body ( 2 ) with the embedded neutron donor ( 3 ) has a through the spherical center point ( 4 ) extending bore ( 5 ) for the passage of the wire ( 6 ), at which the Spärenmittelpunkt (4) the plasma (11) for the generation of hard X-ray bremsstrahlung (12) generated respectively by the laser beam (8). 15. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bleikörper (2) mehrere über seinen Umfang verteilte und von außen zugängliche Öffnungen, wie Bohrungen (18), Einfräsungen, Nute etc., zur Aufnahme der zu aktivierenden Isotope (16) eingebracht sind.15. The device according to claim 5, characterized in that in the lead body ( 2 ) several distributed over its circumference and accessible from the outside openings, such as bores ( 18 ), milled grooves, grooves etc., introduced to receive the isotopes to be activated ( 16 ) are.
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