Analysis of novel technologies of superconducting magnets for compact cyclotrons

Abstract

En los últimos años, las enfermedades cardíacas, degenerativas y cancerígenas han copado los primeros puestos entre las causas de muerte de la población mundial. En esta situación, el sector de la medicina nuclear, y en concreto el radiodiagnóstico se muestra esencial para paliar los avances de estas enfermedades. Por ello en CYCLOMED, spin-off del CIEMAT, se ha desarrollado un ciclotrón superconductor para la producción de radioisótopos PET (Tomografía por emisión de positrones). El uso de tecnología superconductora le permite tener un diseño compacto y ligero, permitiendo su instalación en hospitales con restricción de espacio para facilitar el acceso a este tipo de radiofármacos a una mayor parte de la población. Pensando en una segunda generación se realizará un análisis de las alternativas existentes, en tecnología superconductora, en el diseño de un nuevo ciclotrón clásico superconductor. Se prestará especial atención a aquellos materiales que permitan operar a temperaturas mayores de la actual, pasando de 4.2 K a 10 K, permitiendo así relajar las condiciones de funcionamiento del sistema de refrigeración. El proyecto incluye, el análisis y creación de una base de datos con distintos materiales superconductores disponibles comercialmente, desarrollo de un programa para el análisis y comparación del circuito magnético de un ciclotrón, y finalmente un análisis específico de la solución óptima encontrada en el análisis.

In recent years, heart, degenerative and carcinogenic diseases have taken the first places among the principal causes of death of the world population. In this situation, the nuclear medicine sector, and specifically radiodiagnosis, is essential to mitigate the progress of these diseases. For this reason, at CYCLOMED, ​​a CIEMAT spin-off, a superconducting cyclotron has been developed for the production of PET (Positron Emission Tomography) radioisotopes. The use of superconducting technology allows it to have a compact and light design, allowing it to be installed in hospitals with space restriction to facilitate access to this type of radiopharmaceuticals to a greater part of the population. Thinking of a second-generation, an analysis will be made of the existing alternatives, in superconducting technology, in the design of a new classic superconducting cyclotron. Special attention will be paid to those materials that allow operating at temperatures higher than the current one, going from 4.2 K to 10 K, thus allowing the operating conditions of the refrigeration system to relax. The project includes, the analysis and creation of a database with different commercially available superconducting materials, development of a program for the analysis and comparison of the magnetic circuit of a cyclotron, and finally a specific analysis of the optimal solution found in the analysis.