Development of a UK primary standard for positron emitters in gas

Abstract

The possibility of gaseous emissions from cyclotron sites during the production of positron emitters for use in nuclear imaging is a public safety issue, and operators are required to measure any such emissions accurately. Even though stack effluent monitor instrumentation has been available for several years, a suitable calibration facility does not exist. Traceability to a primary standard is essential if such measurements are to be accurate. This project focused on the development of a primary standard based on a system already established at NPL for the standardisation of β--emitters such as 85Kr and 133Xe. Previous standardisations of β+-emitters have been carried out using liquid or solid sources. Unlike the previously mentioned standardisation methods for positron emitters (which have been carried out using liquid or solid sources), a primary standard for positron emitters in gas has been developed, which can be used to calibrate the instrumentation used at PET/cyclotron sites. 11C was chosen as the radionuclide to be standardised. 18F, 15O and 13N could not be used because of experimental factors. To provide an active gas sample suitable for counting and to provide a comparison with an existing standard based on measurement of a liquid, a method has been developed for conversion of sodium bicarbonate to carbon dioxide with subsequent drying and trapping of the gas. A sample of 11C liberated in this way was measured by internal gas proportional counting using a system of three counters. This document describes the standardisation of 11C by gas counting and the comparison of the primary standardisation results with an independent measurement of a sample of the same sodium bicarbonate solution that was used to generate the active gas. The independent measurement was carried out using a secondary standard ion chamber. The experimental determination of counting losses in internal gas proportional counting was difficult. Some of the losses for standardising 11C, 13N, 15O 18F have been calculated using the PENELOPE Monte Carlo Code. The PENELOPE code was selected for the study of the counting losses because it was the most suitable code for positron interaction simulation at the time of this work. The correction factors calculated with PENELOPE were less than 0.6 % for the system of the three counters used as the primary standard. A transfer instrument for calibration of local instruments at sites of positron emitting radionuclides can be carried out based on the primary standard.

Η πιθανότητα εκπομπών αερίων από τοποθεσίες με κύκλοτρα κατά την παραγωγή ποζιτρονίων για χρήση στην πυρηνική απεικόνιση αποτελεί ζήτημα δημόσιας ασφάλειας και οι χειριστές υποχρεούνται να μετρούν με ακρίβεια τυχόν τέτοιες εκπομπές. Παρόλο που τα όργανα παρακολούθησης των εκροών είναι διαθέσιμα εδώ και αρκετά χρόνια, δεν υπάρχει κατάλληλη εγκατάσταση βαθμονόμησης. Η ιχνηλασιμότητα σε ένα πρωτεύον πρότυπο είναι απαραίτητη για να είναι ακριβείς αυτές οι μετρήσεις. Αυτό το έργο επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη ενός πρωτεύοντος προτύπου βασισμένου σε ένα σύστημα που έχει ήδη καθιερωθεί στο NPL για την τυποποίηση β-εκπομπών όπως 85Kr και 133Xe. Προηγούμενες πρότυπες μετρήσεις β+-εκπομπών έχουν πραγματοποιηθεί με χρήση υγρών ή στερεών πηγών. Σε αντίθεση με τις προαναφερθείσες μεθόδους πρότυπων μετρήσεων για εκπομπούς ποζιτρονίων (οι οποίες έχουν πραγματοποιηθεί με χρήση υγρών ή στερεών πηγών), έχει αναπτυχθεί ένα πρωτεύον πρότυπο για εκπομπές ποζιτρονίων σε αέριο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βαθμονόμηση των οργάνων που χρησιμοποιούνται σε τοποθεσίες PET/κύκλοτρων. Το 11C επιλέχθηκε ως το ραδιονουκλίδιο που θα τυποποιηθεί. Τα 18F, 15O και 13N δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν λόγω πειραματικών παραγόντων. Για την παροχή ενός δείγματος ενεργού αερίου κατάλληλου για μέτρηση και για την παροχή σύγκρισης με ένα υπάρχον πρότυπο που βασίζεται στη μέτρηση ενός υγρού, έχει αναπτυχθεί μια μέθοδος για τη μετατροπή του διττανθρακικού νατρίου σε διοξείδιο του άνθρακα με επακόλουθη ξήρανση και παγίδευση του αερίου. Ένα δείγμα 11C που απελευθερώθηκε με αυτόν τον τρόπο μετρήθηκε με εσωτερική αναλογική μέτρηση αερίου χρησιμοποιώντας ένα σύστημα τριών ανιχνευτών. Αυτό το έγγραφο περιγράφει την τυποποίηση του 11C με μέτρηση αερίων και τη σύγκριση των πρωτογενών αποτελεσμάτων τυποποίησης με μια ανεξάρτητη μέτρηση ενός δείγματος του ίδιου διαλύματος διττανθρακικού νατρίου που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία του ενεργού αερίου. Η ανεξάρτητη μέτρηση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ένα δευτερεύον πρότυπο θάλαμο ιόντων. Ο πειραματικός προσδιορισμός των απωλειών μέτρησης στην εσωτερική αναλογική μέτρηση αερίου ήταν δύσκολος. Μερικές από τις απώλειες για την τυποποίηση 11C, 13N, 15O 18F έχουν υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον κώδικα PENELOPE Monte Carlo. Ο κώδικας PENELOPE επιλέχθηκε για τη μελέτη των απωλειών μέτρησης επειδή ήταν ο καταλληλότερος κώδικας για την προσομοίωση της αλληλεπίδρασης ποζιτρονίων τη στιγμή της παρούσας εργασίας. Οι συντελεστές διόρθωσης που υπολογίστηκαν με το PENELOPE ήταν λιγότεροι από 0,6 % για το σύστημα των τριών ανιχνευτών που χρησιμοποιήθηκαν ως κύριο πρότυπο. Ένα όργανο μεταφοράς για τη βαθμονόμηση τοπικών οργάνων σε θέσεις ραδιονουκλεϊδίων που εκπέμπουν ποζιτρόνια μπορεί να πραγματοποιηθεί με βάση το πρωτεύον πρότυπο.