放射性種子源源芯焊封工藝技術(shù)研究

梅雪松，滕立才 ，魯 彤 ，王耀明，王振超 ，黃龍川

（1.黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所第三研究室，哈爾濱 1 50086；2.黑龍江省醫(yī)院放射科，哈爾濱 1 50030）

放射性種子源由于其射線能量低、有效放射半徑小、局控率高、對正常組織損傷小等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于惡性腫瘤近距離治療。臨床上常用的核素有125I、103Pd、198Au、169Y、192Ir等［1-3］，這些核素伽馬光子能量范圍在20~100keV，其中20~40keV的核素為佳，這些核素衰變是伴有低能X射線，半衰期一般在10~100d，其中15~70d較為適宜［4］。其中103Pd主要針對增殖比較快的腫瘤細(xì)胞，而125I主要針對增殖較慢的腫瘤細(xì)胞。目前，125I由于易于制備而且價格低廉，在國內(nèi)外被廣泛用于臨床腫瘤的治療［5］。放射性種子源源芯的包殼材料一般選用鈦或者鎳鈦合金，因為鈦的親和力強(qiáng)，與人體組織相容性好，目前種子源焊封技術(shù)主要采用人工氬弧焊。

本文主要考察放射性種子源源芯焊封工藝技術(shù)參數(shù)（脈寬、電流、輸出功率、保護(hù)氣）對焊接的影響，獲得了放射性種子源鈦管焊縫的優(yōu)化工藝參數(shù)，圖1為放射性125I種子源的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1125I種子源的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of 125I seed source

1 實驗試劑及設(shè)備

1.1 實驗設(shè)備

激光焊機(jī)：北京海潤創(chuàng)達(dá)激光技術(shù)有限公司，型號：HYC-300。

電子顯微鏡：上海普丹光學(xué)儀器有限公司，型號：XTL-24。

1.2 實驗試劑

鈦管：寧波歐萊克精密制管有限公司，規(guī)格參數(shù)：長度L為6.4±0.1mm，外徑D外為0.8mm，內(nèi)徑D內(nèi)為0.7mm，壁厚為0.055mm。

保護(hù)氣體：氬氣，純度為99.99%，壓力為15Mpa。

2 焊封實驗

將鈦管包殼材料-鈦管（圖2）一端固定在自制夾具頭上，用激光焊機(jī)對其進(jìn)行焊封，選用氬氣作為保護(hù)氣體，焊封一端后為鈦杯（圖3），然后將源芯銀絲裝入，將鈦杯另一端焊封如圖4所示。焊接實驗過程中，發(fā)現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的幾個關(guān)鍵因素是激光耦合器與焊接件頂端的距離、脈寬、電流、輸出功率、保護(hù)氣體流量。

圖2 鈦管Fig.2 Titanium tube

圖3 鈦杯Fig.3 Titanium cup

圖4 種子源Fig.4 Seed source

激光光斑的大小與激光耦合器到焊接件鈦管的距離有關(guān)，當(dāng)能量值一定時，激光耦合器到焊接件鈦管的距離越小，光斑就越小，這樣就不能完全密封鈦管；如果距離太遠(yuǎn)，這時光斑就較大，激光能量就不能集中，溫度不能達(dá)到鈦管的熔點(diǎn)，這樣也不能密封鈦管。經(jīng)過多次實驗，最后確定激光耦合器與焊接件鈦管頂端的最佳距離為145.2mm。

焊封實驗時，氬氣保護(hù)氣體起著關(guān)鍵作用，若保護(hù)氣的流量小，鈦管氧化就會很嚴(yán)重，成為粉質(zhì)的氧化鈦；但是保護(hù)氣的流量過大，將有可能使鈦管熔池偏心，形成外凸帽。多次實驗后確定氣體流量最佳值為9L/min。

焊封時脈沖寬度簡稱脈寬是影響鈦管熔化深度的直接因素，脈寬的單位是時間ms，在焊接電流和激光耦合器與焊接件頂端距離都確定的情況下，脈沖寬度過長或過短都將會使熔化深度較大，焊封后的種子源比較短，種子源長度不符合規(guī)格要求。經(jīng)過多次焊封實驗，發(fā)現(xiàn)可以兩種脈沖模式，一種是三段式脈沖，其中第1段脈沖參數(shù)為：焊接電流130A，脈寬1.0ms；第2段脈沖參數(shù)為：焊接電流140A，脈寬1.3ms；第3段脈沖參數(shù)為：焊接電流120A，脈寬1.0ms；另外一種是采用單次脈沖，其最佳脈寬為3.3ms。

此外，激光焊機(jī)的輸出功率也對焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，功率過大，會使鈦管熔化過度形成“蘑菇頭”，功率過小，焊接存在縫隙，不能完全密封。多次實驗后，確定本焊機(jī)的最佳輸出功率為200W。

采用優(yōu)化工藝參數(shù)焊封后，通過電子顯微鏡觀察，可以看出焊接部分光滑無毛刺，而且無明顯外凸，能夠滿足臨床應(yīng)用。

3 結(jié)論

本文利用激光焊機(jī)對放射性種子源源芯進(jìn)行焊封，經(jīng)過多次實驗，得到焊封的優(yōu)化工藝參數(shù)，其中：氬氣保護(hù)氣體流量為9L/min；激光耦合器與焊接件鈦管頂端的最佳距離為145.2mm；三段式脈沖參數(shù)為：第1段焊接電流130A，脈寬1.0ms；第2段焊接電流140A，脈寬1.3ms；第3段焊接電流120A，脈寬1.0ms；單次脈沖最佳脈寬為3.3ms；激光焊機(jī)最佳輸出功率為200W，為放射性種子源的制備提供技術(shù)參數(shù)。

［1］ Nath s，Chen Z,Yue N，et al.Dosimetric effects of needle diver-gence in prostate seed using 125I and 103Pd radioactive seeds［J］.Med Phys，2000，27（5）：1058-1066.

［2］ WallaceRE.Model 3500 125I brachytherapy source dosimetriccharacterization［J］. Appl RadiatIsot，2002，56（4）：581-587.

［3］ Duggan D M, Johnson B L. Dosimetry of the I-Plant Model 3500 iodine-125 brachytherapy source［J］.Med Phys，2001，28（4）：661-670.

［4］ 復(fù)旦大學(xué)，清華大學(xué)，北京大學(xué).原子核物理實驗方法［M］.北京：原子能出版社，1997.

［5］ 金小海，白紅升，樊紅強(qiáng)，等.醫(yī)用125I種子源表觀活度的電離室測量［J］.同位素，2004，17（1）：43-46.