^۱۶O

^۱۳N

(p,n)

^۱۳C

^۱۵O

(p,n)

^۱۵N

^۱۱C

(p,n)

^۱۱B

^۱۸F

(p,n)

^۱۸O

اگر گاز سبکی (LZ) که در محفظه خلاء وارد می کنیم، دوتریوم فرض شود. یک گزینه‌ی مناسب برای مطالعه تولید رادیوایزوتوپ در پلاسمای کانونی، واکنش هسته ای ^۱۲C(d,n)¹³N می‌باشد. مزیت این واکنش سطح مقطع بالا ، انرژی آستانه کم، نیمه عمر کوتاه و در دسترس بودن مواد هدف می‌باشد[۲۰].

واکنش هسته ای ^۱۲C(d,n)¹³N به روش بیرونی انجام می شود. هدف جامد، گرافیت(^۱۲C) از دوده ذوب شده در پلی اورتان^[۳۴] ساخته شده است. این مواد به اندازه کافی انعطاف پذیر وهمچنین مقاوم در مقابل موج شوک حاصل از پلاسمای کانونی می‌باشد.[۲۸]
۳-۳ فرایند تولید نیتروژن۱۳ از طریق واکنش^۱۲C(d,n)¹³N
به وسیله بمباران هدف گرافیت توسط دوترون های پر‌انرژی نیتروژن۱۳ از طریق واکنش زیر تولید می شود: ^۱۳N+n+Q ^۱۲C +²H
که درآن است. انرژی آستانه این واکنش می باشد.
اندرکنش دوترون های شتاب گرفته با هدف گرافیت منجر به تولید نیتروژن۱۳ می‌شود. نیتروژن۱۳ یک رادیوایزوتوپ کوتاه عمر است و با نیمه عمر تقریبا ۱۰ دقیقه واپاشی می‌کند و یک پوزیترون تولید می‌کند. پوزیترون در داخل گرافیت متوقف می‌شود (سرعت پوزیترون درگرافیت کم می‌شود) و با یک الکترون نابود می‌شود. بر اثر نابودی هر زوج الکترون-پوزیترون، دو اشعه ی گامای ۵۱۱ keV در دو جهت مخالف تولید می‌شود. آشکارساز سوسوزنBGO به همراه یک سیستم تحلیل گر چند کاناله برای اندازه گیری اشعه گاما استفاده می شود.
تولید رادیوایزوتوپ در پلاسمای کانونی از مدت ها قبل مورد توجه قرار گرفته است که از جمله می‌توان به گروه برزسکو در آمریکا، آنجلی^[۳۵]در ایتالیا، روشن در سنگاپور اشاره کرد. میزان اکتیویته تولید شده در گروه سنگاپور به میزان قابل توجهی افزایش یافته است.
روشن و همکارانش[۱۵] آزمایشات خود را بر روی یک دستگاه پلاسمای کانونی NX2 انجام داده اند. آنها هدف گرافیت را در مقابل باریکه دوترون در دستگاه NX2 قرار دادند( شکل ۳-۱). فاصله بین چشمه دوترون (تنگش) و گرافیت در نظر گرفته و دوترون ها با زاویه فضایی گرافیت را بمباران می‌کنند[۱۵].

شکل(۳-۱): نمایی از فعال سازی گرافیت در دستگاه NX2،[۱۵]
بعد از هر سری شات (۳۰ شات با نرخ تکرار ) هدف گرافیت از محفظه پلاسمای کانونی بیرون آورده می شود و برای اندازه‌گیری اکتیویته القاء شده در هدف گرافیت توسط دوترون های شتاب گرفته از ستون پلاسما، گرافیت درتماس با یک آشکارساز سوسوزن BGO قرار می‌گیرد. (شکل۳-۲) . کریستال BGO با قطر و به ضخامت استفاده کرده‌اند. پالس خروجی از آشکارساز سوسوزن توسط سیستم تحلیل گر چند کاناله اندازه گیری می شود. شرح کامل آزمایش وآشکارسازی در مرجع ۱۵ آورده شده است.

شکل(۳-۲): آشکارسازی گرافیت به صورت شماتیک
تعداد فوتون شمارش شده از هدف گرافیت اکتیو شده در این آزمایش، بعد از ۱۸۰۰ ثانیه آشکارسازی گرافیت، تعیین شده است. بنابراین اکتیویته گزارش شده توسط گروه روشن در دستگاه NX2 با نرخ تکرار ۱Hz بعد از۳۰ ثانیه بمباران گرافیت، برابر با ۵.۲ kBq بود. که این مقدار در این دستگاه کوچک (۱.۷kJ) در مقایسه با اکتیویته گزارش شده در دستگاه های بزرگتر بهتر است. اما همچنان برای استفاده های پزشکی اهمیت زیادی ندارد. در این پروژه به بررسی و مطالعه‌ی شرایط بهبود نتایج بدست آمده توسط گروه روشن پرداخته می‌شود.
فصل چهارم
بهینه سازی تولید رادیوایزوتوپ های کوتاه عمر
در دستگاه پلاسمای کانونی
در این فصل به محاسبه اکتیویته نیتروژن۱۳ برای یک طیف آزمایشگاهی دوترون پرداخته و مقدار آن با مقادیر گزارش شده مقایسه می‌شود. سپس برای بررسی رابطه بین توان تابع نمایی در طیف دوترون (n) با میزان اکتیویته (A) ابتدا به محاسبه اکتیویته ۳ مجموعه طیف دوترون در فشارهای مختلف که توسط طیف سنج مغناطیسی اندازه گیری شده است پرداخته می‌شود و از روی طیف‌های آزمایشگاهی رابطه بینn وA نشان داده می‌شود و سپس به وسیله یک فرمول تئوری این رابطه نشان داده می‌شود و نمودارهای مربوطه رسم می‌شود و در انتها به بهینه‌سازی رادیوایزوتوپ پرداخته می‌شود و عوامل موثر بر مقدار اکتیویته و محدودیات موجود در دستگاه پلاسمای کانونی مورد بررسی قرار می گیرد.
۴-۱ فرایند محاسبه اکتیویته طیف دوترون
۴-۱-۱ نرخ واکنش
برای محاسبه تعداد هسته های نیتروژن۱۳ ودر نتیجه محاسبه اکتیویته نیاز به بازده هدف ضخیم داریم. بازده هدف ضخیم، نرخ واکنش را به ما نشان می دهد. به عبارتی دیگر با بهره گرفتن از بازده هدف ضخیم می توان تعداد دوترون های فرودی در هدف گرافیت را تخمین زد.
برای محاسبه نرخ واکنش داریم: [۱۵]
(۴-۱)

n : تعداد هسته های گرافیت در
(۲-۴)
: توان توقف دوترون ها در هدف گرافیت (MeV/m)
: سطح مقطع واکنش^۱۲C(d,n)¹³N