放射性种子源源芯焊封工艺技术研究

梅雪松，滕立才 ，鲁 彤 ，王耀明，王振超 ，黄龙川

（1.黑龙江省科学院技术物理研究所第三研究室，哈尔滨 1 50086；2.黑龙江省医院放射科，哈尔滨 1 50030）

放射性种子源由于其射线能量低、有效放射半径小、局控率高、对正常组织损伤小等优点广泛应用于恶性肿瘤近距离治疗。临床上常用的核素有125I、103Pd、198Au、169Y、192Ir等［1-3］，这些核素伽马光子能量范围在20~100keV，其中20~40keV的核素为佳，这些核素衰变是伴有低能X射线，半衰期一般在10~100d，其中15~70d较为适宜［4］。其中103Pd主要针对增殖比较快的肿瘤细胞，而125I主要针对增殖较慢的肿瘤细胞。目前，125I由于易于制备而且价格低廉，在国内外被广泛用于临床肿瘤的治疗［5］。放射性种子源源芯的包壳材料一般选用钛或者镍钛合金，因为钛的亲和力强，与人体组织相容性好，目前种子源焊封技术主要采用人工氩弧焊。

本文主要考察放射性种子源源芯焊封工艺技术参数（脉宽、电流、输出功率、保护气）对焊接的影响，获得了放射性种子源钛管焊缝的优化工艺参数，图1为放射性125I种子源的结构示意图。

图1125I种子源的结构示意图Fig.1 Structure of 125I seed source

1 实验试剂及设备

1.1 实验设备

激光焊机：北京海润创达激光技术有限公司，型号：HYC-300。

电子显微镜：上海普丹光学仪器有限公司，型号：XTL-24。

1.2 实验试剂

钛管：宁波欧莱克精密制管有限公司，规格参数：长度L为6.4±0.1mm，外径D外为0.8mm，内径D内为0.7mm，壁厚为0.055mm。

保护气体：氩气，纯度为99.99%，压力为15Mpa。

2 焊封实验

将钛管包壳材料-钛管（图2）一端固定在自制夹具头上，用激光焊机对其进行焊封，选用氩气作为保护气体，焊封一端后为钛杯（图3），然后将源芯银丝装入，将钛杯另一端焊封如图4所示。焊接实验过程中，发现影响焊接质量的几个关键因素是激光耦合器与焊接件顶端的距离、脉宽、电流、输出功率、保护气体流量。

图2 钛管Fig.2 Titanium tube

图3 钛杯Fig.3 Titanium cup

图4 种子源Fig.4 Seed source

激光光斑的大小与激光耦合器到焊接件钛管的距离有关，当能量值一定时，激光耦合器到焊接件钛管的距离越小，光斑就越小，这样就不能完全密封钛管；如果距离太远，这时光斑就较大，激光能量就不能集中，温度不能达到钛管的熔点，这样也不能密封钛管。经过多次实验，最后确定激光耦合器与焊接件钛管顶端的最佳距离为145.2mm。

焊封实验时，氩气保护气体起着关键作用，若保护气的流量小，钛管氧化就会很严重，成为粉质的氧化钛；但是保护气的流量过大，将有可能使钛管熔池偏心，形成外凸帽。多次实验后确定气体流量最佳值为9L/min。

焊封时脉冲宽度简称脉宽是影响钛管熔化深度的直接因素，脉宽的单位是时间ms，在焊接电流和激光耦合器与焊接件顶端距离都确定的情况下，脉冲宽度过长或过短都将会使熔化深度较大，焊封后的种子源比较短，种子源长度不符合规格要求。经过多次焊封实验，发现可以两种脉冲模式，一种是三段式脉冲，其中第1段脉冲参数为：焊接电流130A，脉宽1.0ms；第2段脉冲参数为：焊接电流140A，脉宽1.3ms；第3段脉冲参数为：焊接电流120A，脉宽1.0ms；另外一种是采用单次脉冲，其最佳脉宽为3.3ms。

此外，激光焊机的输出功率也对焊接质量产生影响，功率过大，会使钛管熔化过度形成“蘑菇头”，功率过小，焊接存在缝隙，不能完全密封。多次实验后，确定本焊机的最佳输出功率为200W。

采用优化工艺参数焊封后，通过电子显微镜观察，可以看出焊接部分光滑无毛刺，而且无明显外凸，能够满足临床应用。

3 结论

本文利用激光焊机对放射性种子源源芯进行焊封，经过多次实验，得到焊封的优化工艺参数，其中：氩气保护气体流量为9L/min；激光耦合器与焊接件钛管顶端的最佳距离为145.2mm；三段式脉冲参数为：第1段焊接电流130A，脉宽1.0ms；第2段焊接电流140A，脉宽1.3ms；第3段焊接电流120A，脉宽1.0ms；单次脉冲最佳脉宽为3.3ms；激光焊机最佳输出功率为200W，为放射性种子源的制备提供技术参数。

［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］ 复旦大学，清华大学，北京大学.原子核物理实验方法［M］.北京：原子能出版社，1997.

［5］ 金小海，白红升，樊红强，等.医用125I种子源表观活度的电离室测量［J］.同位素，2004，17（1）：43-46.