放射性種子源源芯焊封工藝技術研究

梅雪松，滕立才 ，魯 彤 ，王耀明，王振超 ，黃龍川

（1.黑龍江省科學院技術物理研究所第三研究室，哈爾濱 1 50086；2.黑龍江省醫院放射科，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點廣泛應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胞，而125I主要針對增殖較慢的腫瘤細胞。目前，125I由于易于制備而且價格低廉，在國內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，與人體組織相容性好，目前種子源焊封技術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參數（脈寬、電流、輸出功率、保護氣）對焊接的影響，獲得了放射性種子源鈦管焊縫的優化工藝參數，圖1為放射性125I種子源的結構示意圖。

圖1125I種子源的結構示意圖Fig.1 Structure of 125I seed source

1 實驗試劑及設備

1.1 實驗設備

激光焊機：北京海潤創達激光技術有限公司，型號：HYC-300。

電子顯微鏡：上海普丹光學儀器有限公司，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，規格參數：長度L為6.4±0.1mm，外徑D外為0.8mm，內徑D內為0.7mm，壁厚為0.055mm。

保護氣體：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，用激光焊機對其進行焊封，選用氬氣作為保護氣體，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，發現影響焊接質量的幾個關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，當能量值一定時，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，這時光斑就較大，激光能量就不能集中，溫度不能達到鈦管的熔點，這樣也不能密封鈦管。經過多次實驗，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，氬氣保護氣體起著關鍵作用，若保護氣的流量小，鈦管氧化就會很嚴重，成為粉質的氧化鈦；但是保護氣的流量過大，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格要求。經過多次焊封實驗，發現可以兩種脈沖模式，一種是三段式脈沖，其中第1段脈沖參數為：焊接電流130A，脈寬1.0ms；第2段脈沖參數為：焊接電流140A，脈寬1.3ms；第3段脈沖參數為：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，激光焊機的輸出功率也對焊接質量產生影響，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，確定本焊機的最佳輸出功率為200W。

采用優化工藝參數焊封后，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，能夠滿足臨床應用。

3 結論

本文利用激光焊機對放射性種子源源芯進行焊封，經過多次實驗，得到焊封的優化工藝參數，其中：氬氣保護氣體流量為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；激光焊機最佳輸出功率為200W，為放射性種子源的制備提供技術參數。

［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］ 復旦大學，清華大學，北京大學.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，等.醫用125I種子源表觀活度的電離室測量［J］.同位素，2004，17（1）：43-46.