Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter December 9, 2017

Investigation of the thermal performance of natTe target for 124I production in the RARS cyclotron

Untersuchung des Wärmeverhaltens eines natTe Targets für die Produktion von 124I im RARS Zyklotron
H. Azizakram, M. Sadeghi, P. Ashtari, F. Zolfagharpour and A. Nikjou
From the journal Kerntechnik

Abstract

Regarding the low thermal conductivity of natTe element, the provision of an effective cooling system is one of the critical issues in cyclotron targetry to prevent melting of target matter during the irradiation to 124I production via natTe(p,xn)124I reaction. Heat transfer on Te target and efficiency of cooling fluid in the solid target system have been simulated based on a Finite Element Analysis (FEA) code for the thermal behavior of the target during the irradiation and under different beam currents, coolant flow rates, substrate matters and target geometry. The results on the routinely used solid target in Radiation Application Research School (RARS) cyclotron showed that in a 3 m/s coolant flow rate, by using a fined-cooling system and a nickel substrate coated on copper backing plate, the irradiation beam current can be raised up to 180 μA without any risk of melting. The cooling flow rates greater than 3 m/s do not noticeably improve the heat dispersion of target layer. As expected, a linear increase was observed for the temperature and temperature gradient of plates in the beam currents of 100–300 μA.

Kurzfassung

In Bezug auf die niedrige Wärmeleitfähigkeit des natTe-Elements ist die Bereitstellung eines effektiven Kühlsystems einer der kritischen Punkte bei Zyklotrontargets um das Schmelzen des Targetmaterials während der Bestrahlung zur Erzeugung von 124I über die natTe(p,xn)124I Reaktion zu vermeiden. Die Wärmeübertragung auf das Te Target und die Effizienz der Kühlflüssigkeit im Targetsystem wurden simuliert auf der Basis eines Finite-Elemente-Analysecodes (FEA) für das Wärmeverhalten des Targets während der Bestrahlung mit verschiedenen Strahlströmen, Kühlmittelströmungsraten, Trägermaterialien und Targetgeometrien. Die Ergebnisse in Bezug auf das routinemäßig verwendete Target im Zyklotron der Radiation Application Research School (RARS) zeigten, dass bei einer Kühlmittelströmungsrate von 3 m/s und Verwendung eines fined-cooling Systems und einer Nickel-überzogenen Kupferplatte kann der Strahlstrom bis zu 180 μA erhöht werden, ohne dass das Target schmilzt. Kühlmittelströmungsraten größer als 3 m/s verbessern die Wärmeverteilung auf der Targetoberfläche nicht merkbar. Wie erwartet, wurde ein linearer Anstieg bei der Temperatur und dem Temperaturgradienten von Platten im Strahlstrom bei 100–300 μA beobachtet.


* Corresponding author: E-mail:

References

1 Azizakram, H.; Sadeghi, M.; Ashtari, P.; Zolfagharpour, F.: An overview of 124I production at a medical cyclotron by ALICE/ASH, EMPIRE-3.2.2 and TALYS-1.6 codes. Appl. Radiat. Isot.112 (2016) 147 PMid: 27060194; 10.1016/j.apradiso.2016.03.028 Search in Google Scholar

2 Sadeghi, M.; Dastan, M.; Ensaf, M. R.; Tehrani, A. A.; Tenreiro, C.; Avila, M.: Thick tellurium electrodeposition on nickel coated copper substrate for 124I production. Appl. Radiat. Isot.66 (2008) 1281 PMid: 18387805; 10.1016/j.apradiso.2008.02.082 Search in Google Scholar

3 Sadeghi, M.; Tenreiro, C.; Van Den Winkel, P.: Study of heat transfer parameters on rhodium target for 103Pd production. NUKLEONIKA54 (2009) 169 Search in Google Scholar

4 COMSOL Multiphysics software, http://www.comsol.com/ Search in Google Scholar

5 Aboudzadeh Rovais, M. R.; Yousefi, K.; Ardaneh, K.; Mirzaii, M.: Computer simulation of temperature distribution on a solid target for 201Tl production. NUKLEONIKA56 (2011) 283 Search in Google Scholar

6 Ziegler, J. F.; Ziegler, M. D.; Biersack, J. P.: The code of SRIM – The Stopping and Range of Ions in Matter IBM Research, New York, 2013 Search in Google Scholar

7 Arpaci, V. S.: Conduction heat transfer, Addison Wesley Publication Co., Massachusetts, 1966, p. 32 Search in Google Scholar

8 Mcquiston, F.: Heating, ventilating and air conditioning: analysis and design4th Edition, Wiley, New York, 1994 Search in Google Scholar

9 Patankar, S. V.: Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1980 Search in Google Scholar

10 IAEA: Standardized high current solid targets for cyclotron production of diagnostic and therapeutic radionuclides, International Atomic Energy Agency, Vienna, 2005 Search in Google Scholar

Received: 2017-06-23
Published Online: 2017-12-09
Published in Print: 2017-12-18

© 2017, Carl Hanser Verlag, München