EP3025355A1 - Creation d'isotopes par faisceaux laser - Google Patents

Creation d'isotopes par faisceaux laser

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EP3025355A1
EP3025355A1 EP14750565.5A EP14750565A EP3025355A1 EP 3025355 A1 EP3025355 A1 EP 3025355A1 EP 14750565 A EP14750565 A EP 14750565A EP 3025355 A1 EP3025355 A1 EP 3025355A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
target
particles
laser beams
isotopes
plasma condition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14750565.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Christine LABAUNE
Johann Rafelski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole Polytechnique
Original Assignee
Ecole Polytechnique
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Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Polytechnique filed Critical Ecole Polytechnique
Publication of EP3025355A1 publication Critical patent/EP3025355A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
    • G21G1/04—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators
    • G21G1/10—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators by bombardment with electrically charged particles
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
    • G21G1/04—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators
    • G21G1/06—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators by neutron irradiation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
    • G21G1/04—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators
    • G21G1/12—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators by electromagnetic irradiation, e.g. with gamma or X-rays
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0012—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry
    • H05H1/0043—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry by using infrared or ultraviolet radiation

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for creating isotopes by plasma laser beams.
  • Plasma is a partially or completely ionized medium, composed of ions and electrons, with no presupposition of temperature and / or equilibrium.
  • the isotopes created can be stable or unstable isotopes, then called radioisotopes, in their state of fundamental or excited energy, then called nuclear isomers. For the rest of the text, they will be grouped under the term "isotopes".
  • isotopes are used in medicine for diagnostics and therapies. They can also be used for other scientific or industrial applications, for example for product tracing.
  • isotopes are usually produced by particle accelerators, circular (cyclotrons) or linear, or in nuclear reactors.
  • US 6,909,764 discloses a method for creating isotopes, in which a target is bombarded by particles generated using a laser beam. Isotopes are created by nuclear reactions produced by the interaction between the target and the particles.
  • the use of a laser beam reduces the size and cost of the isotope creation system. It is thus possible to install the isotope creation system near their place of use, eliminating the problem of transport, which is particularly interesting for short-lived isotopes.
  • PET positron emission
  • the invention proposes a method for creating isotopes by laser beams, comprising steps:
  • the fuel and the particles being chosen so that the interaction between the target in the plasma condition and the particles produces nuclear reactions
  • Step / 2 / can be repeated one or more times on the same target.
  • a characteristic duration of the pulses produced by the set of laser beams is for example between 50 femtoseconds and 300 picoseconds.
  • Step / 2 / may comprise an operation for producing the particles by irradiating a second solid target, solid structured, gaseous or liquid, by the set of laser beams.
  • the set of laser beams used to bombard the target is a first set of laser beams, the target being set in plasma condition using a second set of laser beams synchronized with the first.
  • a characteristic duration of the pulses produced by the second set of laser beams is for example between one picosecond and twenty nanoseconds.
  • the target is placed in plasma condition using a machine with axial necking.
  • the target comprises a hollow, the particles bombarding the target inside the hollow.
  • the target is disposed in an envelope having an opening, the particles bombarding the target through the opening
  • the fuel and the particles can be chosen so that the interaction between the target in the plasma condition and the particles produces nuclear chain reactions.
  • the invention also proposes a computer program comprising instructions for the implementation of the method when this program is executed by a processor.
  • the invention also proposes a system for creating isotopes by laser beams, comprising:
  • / l / ionization means configured to set a target in a plasma condition, / 2 / a set of laser beams configured to irradiate the target in plasma condition by particles, the laser beam assembly being synchronized with the means ionization, the fuel and the particles being chosen so that the irradiation of the target in plasma condition by the particles produces nuclear reactions,
  • isotope recovery means configured to recover isotopes generated by the nuclear reactions.
  • Figure 1 is a block diagram showing an isotope creation system according to one embodiment of the invention
  • Figure 2 is a flowchart illustrating the steps of a laser beam isotope creation method according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a system for creating isotopes by laser beams.
  • Isotopes can be stable isotopes, radioisotopes, or nuclear isomers.
  • the system comprises a first set of laser beams 1 configured to allow irradiation of a target 2 in a plasma condition by a particle beam 3.
  • Target 2 can have different forms. According to the embodiment of the invention shown in Figure 1, the target 2 is disposed in an envelope 4 having an opening.
  • the target 2 comprises a hollow.
  • the particles include ions and electrons.
  • the first set of laser beams 1 may comprise one or more laser beams. In Figure 1, three beams have been shown.
  • a characteristic duration of the pulses produced by the laser beams 1 is for example between 50 femtoseconds and 300 picoseconds.
  • the intensity, the wavelength, the duration and the shape of the pulses produced by the laser beams 1 are furthermore determined so that the bombardment particles have an energy which is close to or greater than that of the resonances of the laser beam. cross section of the nuclear reaction considered. Higher energy makes it possible to take into account the energy losses associated with the crossing of the plasma surrounding the target 2.
  • the intensity of the laser beams 1 is for example of the order of, or greater than, 18 W / cm 2 .
  • the system also comprises ionization means 5, configured to put the target 2 in plasma condition.
  • the ionization means comprise a second set of laser beams 5.
  • the second set of laser beams 5 may comprise one or more laser beams.
  • two laser beams have been shown.
  • the pulses that are produced by the second set of laser beams 5 have a characteristic duration between one picosecond and twenty nanoseconds.
  • the intensity of the laser beams 5 is for example of the order of 10 12 -10 15 W / cm 2 .
  • the ionization means 5 comprise a machine with axial necking (Z-pinch).
  • the system also comprises synchronization means 7, configured to synchronize the first set of laser beams 1 and the ionization means 5.
  • synchronization means 7 configured to synchronize the first set of laser beams 1 and the ionization means 5.
  • the system also includes isotope recovery means (not shown) configured to recover isotopes generated by nuclear reactions.
  • the steps of a method for creating isotopes by laser beams are described below.
  • the method can be implemented by the system described above.
  • the method comprises: a synchronization initialization step S1, a target conditioning step S2 of a target 2,
  • step S1 the synchronization means 7 are started, so as to control the instants of realization of the steps S2 to S4.
  • the creation of the plasma and its bombardment by the particles 3 must be synchronized. In the embodiment of the invention shown, this can be achieved by synchronizing the first and second sets of laser beams 1, 5.
  • step S2 the target 2 is put in plasma condition.
  • Target 2 can be solid, structured solid, gaseous or liquid.
  • step S3 the particles 3 are generated by irradiating a second target 6 with the first set of laser beams 1.
  • the initial state of the target 6 may be solid, structured solid, gaseous or liquid.
  • the target 6 is for example a metal sheet of limited thickness.
  • step S4 the target 2 in the plasma condition is bombarded by the particles 3.
  • the fuel and the particles are chosen so that the interaction between the target 2 in the plasma condition and the particle beam 3 produces nuclear reactions.
  • the fuel and the particles are selected so that the interaction between the target 2 in the plasma condition and the particle beam 3 produces nuclear chain reactions.
  • the production of nuclear chain reactions increases the production of isotopes.
  • the electrons of the particle beam 3 interact with the target 2, in parallel with the interaction between the ions of the particle beam 3 and the target 2 This double interaction also makes it possible to increase the production of isotopes.
  • the particles 3 bombard the target 2 inside the hollow.
  • the particles 3 bombard the target 2 through the opening.
  • Step S4 may be repeated one or more times on the same target 2.
  • the accumulation of laser shots on the same target 2 increases the production of isotopes.
  • the repetition rate is for example of the order of 10 3 Hz.
  • step S5 isotopes generated by the nuclear reactions are recovered.
  • the isotopes can be recovered directly from the target, in particular when they have been confined in the target 2 or in the envelope 4. The recovery is thus facilitated.
  • an isotope recovery device is disposed near the target 2. Calculations and first experimental results show a sharp increase in reaction rates when target 2 is in plasma condition, leading to much higher isotope production efficiencies than currently proposed laser methods. Moreover, thanks to the process, the emission zone is denser and smaller, which facilitates the recovery of isotopes.
  • the isotopes created can be stable isotopes, radioisotopes, or nuclear isomers, depending on the applications considered.
  • This process makes it possible in particular to produce the carbon 11 isotope ( 1: L C) from the nuclear reaction 14 N (p, a) 1: L C produced by a proton beam (p) bombarding a target 2 containing Nitrogen 14 ( 14 N), or from the nuclear reaction 11 B (p, n) 11 C by bombarding a target containing boron 1: L B by protons.
  • isotopes such as Fluorine 18 ( 18 F), Nitrogen 13 ( 13 N), and Oxygen 15 ( 15 O)
  • the isotopes created depend on the fuel 2 and the particles 3 used.
  • the first set of laser beams 1 comprises in this example a laser beam producing a laser pulse delivering 20J in lps at wavelength 0.53 ⁇ .
  • the laser beam 1 is focused on an aluminum sheet 6 of 20 ⁇ of initial thickness.
  • the generated beam of particles 3 is a beam of energetic protons. Protons having an exponentially decreasing energy spectrum with a maximum energy of about 12 MeV are sent on a natural boron target 2 (20% of 10 B and 80% of 1: L B) transformed into plasma just before the arrival of the proton beam.
  • Plasma conditioning is performed by another laser beam 5 delivering 300J in 1.5ns at wavelength 0.53 ⁇ .
  • Carbon 11 ( 1: L C) produced on a boron target by reaction 11 B (p, n) 11 C is measured after firing by activation of target 2.
  • the 1 C product is then measured in the target 2.
  • a solid boron target is also bombarded by a proton beam under the same conditions.
  • the method and system described above thus allow the realization of less expensive, more efficient and site-based facilities, particularly for the production of isotopes for diagnostic purposes and therapy in medicine.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de création d'isotopes par faisceaux laser, comprenant des étapes:/l/ mettre une cible (2) en condition de plasma, /2/ bombarder la cible (2) en condition de plasma par des particules (3) générées en utilisant un ensemble de faisceaux laser (1), l'ensemble de faisceaux laser étant synchronisé avec la mise en condition de plasma, le combustible et les particules étant choisis de manière que l'interaction entre la cible en condition de plasma et les particules produise des réactions nucléaires, /3/ récupérer des isotopes générés par les réactions nucléaires.

Description

CREATION D ' ISOTOPES PAR FAISCEAUX LASER
La présente invention concerne un procédé et un système de création d'isotopes par faisceaux laser en milieu plasma.
On appelle « plasma » un milieu partiellement ou complètement ionisé, composé d'ions et d'électrons, sans présupposition de température et/ou d'équilibre.
Les isotopes créés peuvent être des isotopes stables ou instables, appelés alors radio-isotopes, dans leur état d'énergie fondamentale ou excitée, appelés alors isomères nucléaires. Pour la suite du texte, ils seront regroupés sous le terme « isotopes ».
Des isotopes sont notamment utilisés en médecine, dans le cadre de diagnostics et de thérapies. Ils peuvent également être utilisés pour d'autres applications scientifiques ou industrielles, par exemple pour le traçage de produits.
Actuellement, les isotopes sont généralement produits par des accélérateurs de particules, circulaires (cyclotrons) ou linéaires, ou dans des réacteurs nucléaires.
Cependant, du fait du coût et de la taille de ces installations, la production doit être réalisée sur un site dédié, éloigné des lieux d'utilisation. Cela implique d'organiser un transport rapide et sécurisé entre les lieux de fabrication et d'utilisation. Cela empêche également l'utilisation d'un certain nombre d'isotopes, dont les durées de vie sont trop courtes pour traverser ce processus, mais qui présenteraient des avantages du point de vue des applications .
Le document US6 909 764 décrit un procédé de création d'isotopes, dans lequel une cible est bombardée par des particules générées en utilisant un faisceau laser. Des isotopes sont créés par des réactions nucléaires produites par l'interaction entre la cible et les particules.
L'utilisation d'un faisceau laser permet de réduire la taille et le coût du système de création d'isotopes. Il est ainsi possible d'installer le système de création des isotopes à proximité de leur lieu d'utilisation, éliminant le problème du transport, ce qui est particulièrement intéressant pour les isotopes de courte durée de vie.
La mise en œuvre du procédé décrit dans le document US
6 909 764 a permis de mesurer une activité de 2xl05 Bq avec l'installation laser Vulcan (Rutherford Laboratory, UK) pour la production de Carbone 11 (1:LC) avec une intensité laser de 1020W/cm2, une durée d'impulsion de 750 femtosecondes , un seul faisceau laser et une seule impulsion lors de l'interaction du faisceau de protons avec une cible solide d'Azote 14 (14N)
Cependant, une imagerie par émission de positrons (PET) nécessite une activité d'environ 5xl08 Bq. Le procédé décrit dans le document US 6 909 764 ne permet donc pas d'obtenir, avec les lasers actuels, un niveau de production d'isotopes suffisant .
Il existe donc un besoin de systèmes de création d'isotopes de taille et de coût réduits, pouvant être installés à proximité du lieu d'utilisation des isotopes, et permettant d'obtenir un niveau de production suffisant. La présente invention vient améliorer la situation.
A cet effet, l'invention propose un procédé de création d'isotopes par faisceaux laser, comprenant des étapes :
/l/ mettre une cible en condition de plasma,
/2/ bombarder la cible en condition de plasma par des particules générées en utilisant un ensemble de faisceaux laser, l'ensemble de faisceaux laser étant synchronisé avec la mise en condition de plasma,
le combustible et les particules étant choisis de manière que l'interaction entre la cible en condition de plasma et les particules produise des réactions nucléaires,
/3/ récupérer des isotopes générés par les réactions nucléaires .
L'étape /2/ peut être répétée une ou plusieurs fois sur la même cible.
Une durée caractéristique des impulsions produites par l'ensemble de faisceaux laser est par exemple comprise entre 50 femtosecondes et 300 picosecondes.
L'étape /2/ peut comprendre une opération de production des particules par irradiation d'une deuxième cible solide, solide structurée, gazeuse ou liquide, par l'ensemble de faisceaux laser.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble de faisceaux laser utilisé pour bombarder la cible est un premier ensemble de faisceaux laser, la cible étant mise en condition de plasma en utilisant un deuxième ensemble de faisceaux laser synchronisé avec le premier.
Une durée caractéristique des impulsions produites par le deuxième ensemble de faisceaux laser est par exemple comprise entre une picoseconde et vingt nanosecondes.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la cible est mise en condition de plasma en utilisant une machine à striction axiale.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la cible comporte un creux, les particules bombardant la cible à l'intérieur du creux. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la cible est disposée dans une enveloppe comportant une ouverture, les particules bombardant la cible par l'ouverture
Le combustible et les particules peuvent être choisis de manière que l'interaction entre la cible en condition de plasma et les particules produise des réactions nucléaires en chaîne .
L'invention propose également un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
L'invention propose également un système de création d'isotopes par faisceaux laser, comprenant :
/l/ des moyens d'ionisation configurés pour mettre une cible en condition de plasma, /2 / un ensemble de faisceaux laser configuré pour irradier la cible en condition de plasma par des particules, l'ensemble de faisceaux laser étant synchronisé avec les moyens d' ionisation, le combustible et les particules étant choisis de manière que l'irradiation de la cible en condition de plasma par les particules produise des réactions nucléaires,
/3/ des moyens de récupération d'isotopes configurés pour récupérer des isotopes générés par les réactions nucléaires.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la Figure 1 est un schéma fonctionnel montrant un système de création d'isotopes selon un mode de réalisation de l'invention ; et la Figure 2 est un organigramme illustrant les étapes d'un procédé de création d'isotopes par faisceaux laser selon un mode de réalisation de l'invention.
La Figure 1 représente un système de création d'isotopes par faisceaux laser. Les isotopes peuvent être des isotopes stables, des radio-isotopes, ou des isomères nucléaires .
Le système comprend un premier ensemble de faisceaux laser 1 configuré pour permettre l'irradiation d'une cible 2 en condition de plasma par un faisceau de particules 3.
La cible 2 peut présenter différentes formes. Selon le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1, la cible 2 est disposée dans une enveloppe 4 comportant une ouverture .
Selon un autre mode de réalisation de l'invention non représenté, la cible 2 comporte un creux.
Les particules comprennent des ions et des électrons.
Le premier ensemble de faisceaux laser 1 peut comprendre un ou plusieurs faisceau (x) laser. Sur la Figure 1, trois faisceaux ont été représentés.
Une durée caractéristique des impulsions produites par les faisceaux laser 1 est par exemple comprise entre 50 femtosecondes et 300 picosecondes. L'intensité, la longueur d'onde, la durée et la forme des impulsions produites par les faisceaux laser 1 sont en outre déterminées pour que les particules de bombardement présentent une énergie qui est proche de, ou supérieure à, celle des résonances de la section efficace de la réaction nucléaire considérée. Une énergie supérieure permet de prendre en compte les pertes d'énergie liées à la traversée du plasma entourant la cible 2. L'intensité des faisceaux laser 1 est par exemple de l'ordre de, ou supérieure à, 1018 W/cm2.
Le système comprend également des moyens d'ionisation 5, configurés pour mettre la cible 2 en condition de plasma.
Selon le mode de réalisation de l'invention représenté sur la Figure 1, les moyens d'ionisation comprennent un deuxième ensemble de faisceaux laser 5.
Le deuxième ensemble de faisceaux laser 5 peut comprendre un ou plusieurs faisceau (x) laser. Sur la Figure 1, deux faisceaux laser ont été représentés.
Les impulsions qui sont produites par le deuxième ensemble de faisceaux laser 5 présentent une durée caractéristique comprise entre une picoseconde et vingt nanosecondes. L'intensité des faisceaux laser 5 est par exemple de l'ordre de 1012-1015 W/cm2.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention non représenté, les moyens d'ionisation 5 comprennent une machine à striction axiale (Z-pinch) .
Le système comprend également des moyens de synchronisation 7, configurés pour synchroniser le premier ensemble de faisceaux laser 1 et les moyens d'ionisation 5. Ainsi, la production des particules est synchronisée avec la production du plasma, de manière que la cible 2 soit irradiée pendant qu'elle est en condition de plasma.
Le système comprend également des moyens de récupération d'isotopes (non représentés) configurés pour récupérer des isotopes générés par des réactions nucléaires.
En se référant à la Figure 2, on décrit ci-dessous les étapes d'un procédé de création d'isotopes par faisceaux laser selon un mode de réalisation de l'invention. Le procédé peut être mis en œuvre par le système décrit ci-dessus. Le procédé comprend : une étape SI d'initialisation de la synchronisation, une étape S2 de mise en condition de plasma d'une cible 2,
une étape S3 de génération d'un faisceau de particules 3,
une étape S4 de bombardement de la cible 2 par les particules 3, et
une étape S5 de récupération d'isotopes.
A l'étape SI, les moyens de synchronisation 7 sont mis en marche, de manière à contrôler les instants de réalisation des étapes S2 à S4.
En effet, la création du plasma et son bombardement par les particules 3 doivent être synchronisés. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté, cela peut être réalisé par la synchronisation des premier et deuxième ensembles de faisceaux laser 1, 5.
A l'étape S2, la cible 2 est mise en condition de plasma. La cible 2 peut être solide, solide structurée, gazeuse ou liquide.
A l'étape S3, les particules 3 sont générées par irradiation d'une deuxième cible 6 par le premier ensemble de faisceaux laser 1. L'état initial de la cible 6 peut être solide, solide structuré, gazeux ou liquide. La cible 6 est par exemple une feuille métallique d'épaisseur limitée.
A l'étape S4, la cible 2 en condition de plasma est bombardée par les particules 3.
Le combustible et les particules sont choisis de manière que l'interaction entre la cible 2 en condition de plasma et le faisceau de particules 3 produise des réactions nucléaires.
Selon des modes de réalisation de l'invention, le combustible et les particules sont choisis de manière que l'interaction entre la cible 2 en condition de plasma et le faisceau de particules 3 produise des réactions nucléaires en chaîne. La production de réactions nucléaires en chaîne permet d'augmenter la production d'isotopes.
En outre, du fait de l'utilisation d'une cible 2 en condition de plasma, les électrons du faisceau de particules 3 interagissent avec la cible 2, en parallèle de l'interaction entre les ions du faisceau de particules 3 et la cible 2. Cette double interaction permet également d'augmenter la production d'isotopes.
Lorsque la cible 2 comporte un creux, les particules 3 bombardent la cible 2 à l'intérieur du creux.
Lorsque la cible 2 est disposée dans une enveloppe 4 comportant une ouverture, les particules 3 bombardent la cible 2 par l'ouverture.
L'utilisation d'un creux ou d'une enveloppe permet de confiner les isotopes produits à l'intérieur de la cible 2 ou de l'enveloppe 4.
L'étape S4 peut être répétée une ou plusieurs fois sur la même cible 2. L'accumulation de tirs laser sur la même cible 2 permet d'augmenter la production d'isotopes. Le taux de répétition est par exemple de l'ordre de 103 Hz.
A l'étape S5, des isotopes générés par les réactions nucléaires sont récupérés.
Les isotopes peuvent être récupérés directement dans la cible, en particulier lorsqu'ils ont été confinés dans la cible 2 ou dans l'enveloppe 4. La récupération est ainsi facilitée .
Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, un dispositif de récupération d'isotopes est disposé à proximité de la cible 2. Les calculs et les premiers résultats d'expériences montrent une forte augmentation des taux de réaction lorsque la cible 2 est en condition de plasma, conduisant à des rendements de production d'isotopes beaucoup plus élevés que les méthodes proposées actuellement par laser. De plus, grâce au procédé, la zone d'émission est plus dense et plus petite, ce qui facilite la récupération des isotopes.
Les isotopes créés peuvent être des isotopes stables, des radio-isotopes, ou des isomères nucléaires, en fonction des applications considérées.
Ce procédé permet notamment de produire l'isotope Carbone 11 (1:LC) à partir de la réaction nucléaire 14N (p, a) 1:LC produite par un faisceau de protons (p) bombardant une cible 2 contenant de l'Azote 14 (14N) , ou à partir de la réaction nucléaire 11B(p,n)11C en bombardant une cible contenant du bore 1:LB par des protons.
D'autres isotopes, tels que Fluorine 18 (18F) , Azote 13 (13N) , et Oxygène 15 (150) , peuvent être produits à partir des réactions suivantes : 180 (p, n) 18F, 20Ne (d, n) 18F, 1S0 (p, a) 13N, 13C(p,n)13N, 14N(d,n)150, et 15N(p,n)150.
Les isotopes créés dépendent du combustible 2 et des particules 3 utilisés.
On décrit ci -dessous un exemple de mise en œuvre du procédé de création d'isotopes. Le premier ensemble de faisceaux laser 1 comprend dans cet exemple un faisceau laser produisant une impulsion laser délivrant 20J en lps à la longueur d'onde 0.53 μπι.
Le faisceau laser 1 est focalisé sur une feuille d'aluminium 6 de 20μπι d'épaisseur initiale. Le faisceau de particules 3 généré est un faisceau de protons énergétiques. Des protons ayant un spectre d'énergie décroissant exponentiellement avec une énergie maximum d'environ 12 MeV sont envoyés sur une cible 2 de bore naturel (20% de 10B et 80% de 1:LB) transformée en plasma juste avant l'arrivée du faisceau de protons.
La mise en condition de plasma est réalisée par un autre faisceau laser 5 délivrant 300J en 1.5ns à la longueur d'onde 0.53 μπι.
Le Carbone 11 (1:LC) produit sur une cible de bore par la réaction 11B(p,n)11C est mesuré après le tir par l'activation de la cible 2. Le 1C produit est alors mesuré dans la cible 2.
Pour évaluer l'amélioration du rendement de production, une cible de bore solide est également bombardée par un faisceau de protons dans les mêmes conditions.
Une forte augmentation de la production de 1:LC a été observée lorsque la cible de bore est sous forme de plasma comparé au solide.
Le procédé et le système décrits ci-dessus permettent ainsi la réalisation d'installations moins coûteuses, plus efficaces et pouvant fonctionner sur site, notamment pour la production d'isotopes à des fins diagnostics et de thérapie en médecine.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemples ; elle s'étend à d'autres variantes.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de création d'isotopes par faisceaux laser, comprenant des étapes :
/l/ mettre une cible (2) en condition de plasma,
/2/ bombarder la cible (2) en condition de plasma par des particules (3) générées en utilisant un ensemble de faisceaux laser (1), l'ensemble de faisceaux laser étant synchronisé avec la mise en condition de plasma, le combustible et les particules étant choisis de manière que l'interaction entre la cible en condition de plasma et les particules produise des réactions nucléaires ,
/3/ récupérer des isotopes générés par les réactions nucléaires .
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape /2/ est répétée plusieurs fois sur la même cible (2) .
Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape /2/ comprend une opération de production des particules (3) par irradiation d'une deuxième cible (6) solide, solide structurée, gazeuse ou liquide, par l'ensemble de faisceaux laser (1).
Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'ensemble de faisceaux laser (1) utilisé pour bombarder la cible (2) est un premier ensemble de faisceaux laser, la cible (2) étant mise en condition de plasma en utilisant un deuxième ensemble de faisceaux laser (5) . Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la cible (2) est mise en condition de plasma en utilisant une machine à striction axiale.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la cible (2) comporte un creux, les particules (3) bombardant la cible à l'intérieur du creux.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la cible (2) est disposée dans une enveloppe (4) comportant une ouverture, les particules (3) bombardant la cible par l'ouverture.
. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le combustible et les particules sont choisis de manière que l'interaction entre la cible (2) en condition de plasma et les particules (3) produise des réactions nucléaires en chaîne.
. Programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8 lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
0. Système de création d'isotopes par faisceaux laser, comprenant :
/l/ des moyens d'ionisation (5) configurés pour mettre une cible (2) en condition de plasma, /2/ un ensemble de faisceaux laser (1) configuré pour irradier la cible (2) en condition de plasma par des particules (3), l'ensemble de faisceaux laser étant synchronisé avec les moyens d'ionisation,
le combustible et les particules étant choisis de manière que l'irradiation de la cible en condition de plasma par les particules produise des réactions nucléaires ,
/3/ des moyens de récupération d'isotopes configurés pour récupérer des isotopes générés par les réactions nucléaires .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10468148B2 (en) * 2017-04-24 2019-11-05 Infineon Technologies Ag Apparatus and method for neutron transmutation doping of semiconductor wafers
CA3187498A1 (fr) * 2020-07-30 2022-02-03 Krishnan Venkatakrishnan Synthese laser ultracourte de nanoparticules d'isotopes
CZ309802B6 (cs) * 2021-04-16 2023-10-25 Extreme Light Infrastructure ERIC (ELI ERIC) Jaderný terčík, způsob indukce jaderné reakce s tímto jaderným terčíkem a zařízení na výrobu radioizotopů s tímto jaderným terčíkem
CN117413322B (zh) 2021-04-16 2025-09-30 极光基础设施埃里克 一种核靶、用于诱导核反应的方法以及适用于实施该方法的装置
WO2023101745A2 (fr) * 2021-09-09 2023-06-08 NU Planet Holding Co. Générateur de radio-isotopes, appareil, système et procédé
HUP2100387A1 (hu) * 2021-11-09 2023-05-28 Wigner Fizikai Kutatokoezpont Eljárás izotópok elõállítására plazmonikus erõsítéssel segített nagyenergiás lézerimpulzusokkal

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3778585A (en) * 1972-04-21 1973-12-11 Battelle Memorial Institute Protection device for preventing damage to radiation source from backscatter
US4504964A (en) * 1982-09-20 1985-03-12 Eaton Corporation Laser beam plasma pinch X-ray system
US4704718A (en) * 1985-11-01 1987-11-03 Princeton University Apparatus and method for generating soft X-ray lasing action in a confined plasma column through the use of a picosecond laser
CA2325362A1 (fr) * 2000-11-08 2002-05-08 Kirk Flippo Methode et appareil pour produire des particules de haute energie et amorcer des reactions nucleaires
JP2002289397A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Takayasu Mochizuki レーザプラズマ発生方法およびそのシステム
EP1453063A1 (fr) * 2003-02-28 2004-09-01 Euratom Méthode pour produire de l'actinium-225
EP1569243A1 (fr) * 2004-02-20 2005-08-31 Ion Beam Applications S.A. Dispositif de cible pour la production d'un radioisotope
JP5629089B2 (ja) * 2009-12-16 2014-11-19 浜松ホトニクス株式会社 核融合ターゲット材、核融合装置、及び核融合方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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