[go: up one dir, main page]

RU2441290C1 - Method to produce radioisotope strontium-82 - Google Patents

Method to produce radioisotope strontium-82 Download PDF

Info

Publication number
RU2441290C1
RU2441290C1 RU2010144002/07A RU2010144002A RU2441290C1 RU 2441290 C1 RU2441290 C1 RU 2441290C1 RU 2010144002/07 A RU2010144002/07 A RU 2010144002/07A RU 2010144002 A RU2010144002 A RU 2010144002A RU 2441290 C1 RU2441290 C1 RU 2441290C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
isotopes
isotope
krypton
crypton
Prior art date
Application number
RU2010144002/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Загрядский (RU)
Владимир Анатольевич Загрядский
Виталий Нургалиевич Унежев (RU)
Виталий Нургалиевич Унежев
Дмитрий Юрьевич Чувилин (RU)
Дмитрий Юрьевич Чувилин
Александр Владимирович Шатров (RU)
Александр Владимирович Шатров
Дмитрий Игоревич Ярцев (RU)
Дмитрий Игоревич Ярцев
Сергей Терентьевич Латушкин (RU)
Сергей Терентьевич Латушкин
Владимир Ильич Новиков (RU)
Владимир Ильич Новиков
Алексей Алексеевич Оглоблин (RU)
Алексей Алексеевич Оглоблин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2010144002/07A priority Critical patent/RU2441290C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2441290C1 publication Critical patent/RU2441290C1/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: method to produce radioisotope strontium-82 includes radiation of α-particles or 3He target from krypton by accelerated beams. The target is one isotope or cascade from several isotopes of crypton, every of which represents crypton enriched by i isotope to concentration that exceeds concentration of i isotope in natural mix of crypton isotopes, and simultaneously exceeding concentration of any other isotope in mixture of crypton isotopes, at the same time crypton isotopes in the cascade are arranged in series in direction of the accelerated particle beam in the decreasing order of atomic masses of isotopes having maximum concentration in the mixture of crypton isotopes, and in process of one or more threshold nuclear reactions 80,82,83,84,86Kr(α,xn)82Sr or accordingly one or more threshold nuclear reactions 80,82,83,84,86Kr(3He,xn)82Sr, the target radioisotope 82Sr is accumulated in the target.
EFFECT: invention makes it possible to increase yield of target radioisotope 82Sr and provides for control and minimisation of the value of accompanying activities of the main interfering admixtures 85Sr and 83Sr.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц.The invention relates to a technology for producing radioisotopes for nuclear medicine on charged particle accelerators.

В настоящее время одним из наиболее перспективных и динамично развивающихся направлений ядерной медицины является кардиодиагностика на основе метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).At present, one of the most promising and dynamically developing areas of nuclear medicine is cardiac diagnostics based on the method of positron emission tomography (PET).

Работа большинства ПЭТ центров сейчас основана на использовании ультракороткоживущих β+-излучающих радионуклидов (11С, 13N, 15О, 18F) и предполагает наличие в ПЭТ центре двух обязательных составляющих: позитронно-эмиссионного томографа и циклотрона с Ер<20 МэВ для производства указанных выше радиоизотопов. Условие привязки к циклотрону, безусловно, тормозит распространение ПЭТ метода, поскольку далеко не каждая клиника может позволить себе иметь и эксплуатировать циклотрон. Известен более рациональный подход к решению этой проблемы.The work of most PET centers is now based on the use of ultrashort β - emitting radionuclides ( 11 C, 13 N, 15 O, 18 F) and suggests the presence of two mandatory components in the PET center: positron emission tomography and cyclotron with E p <20 MeV for production of the above radioisotopes. The condition of binding to the cyclotron, of course, inhibits the spread of the PET method, since not every clinic can afford to have and operate a cyclotron. A more rational approach to solving this problem is known.

В последнее время, главным образом в США, получила развитие ПЭТ технология, основанная на применении 82Sr-82Rb изотопных генераторов.Recently, mainly in the USA, PET technology has been developed based on the use of 82 Sr- 82 Rb isotope generators.

Ниже приведены некоторые ядерно-физические характеристики этой изотопной пары:Below are some of the nuclear physical characteristics of this isotopic pair:

82Sr: T1|2=25.3; ЭЗ (100%); нет сопутствующих γ-квантов. 82 Sr: T 1 | 2 = 25.3; EZ (100%); no accompanying gamma quanta.

82Rb: T1|2=1.27 мин; β+(95%), ЭЗ (5%), основные сопутствующие γ-кванты: Еγ=511 кэВ (189%) и Еγ=776.9 кэВ (12.5%). 82 Rb: T 1 | 2 = 1.27 min; β + (95%), EZ (5%), the main accompanying γ-quanta: E γ = 511 keV (189%) and E γ = 776.9 keV (12.5%).

Получаемый в изотопном генераторе рубидий, являясь физиологическим аналогом калия, при введении в организм пациента преимущественно локализуется в миокарде.Obtained in the isotopic generator of rubidium, being a physiological analogue of potassium, when introduced into the patient's body, it is mainly localized in the myocardium.

Указанные физические и физиологические свойства данной радиоизотопной пары делают этот генератор весьма удобным для использования в ПЭТ методе. Этот генератор компактен, может быть легко доставлен в любую клинику, в том числе на большие расстояния, и эксплуатироваться достаточно длительное время. При этом отпадает необходимость иметь и эксплуатировать в клинике циклотрон (громоздкое и дорогостоящее оборудование, требующее специального помещения и обслуживающего персонала).The indicated physical and physiological properties of this radioisotope pair make this generator very convenient for use in the PET method. This generator is compact, can be easily delivered to any clinic, including over long distances, and operated quite a long time. At the same time, there is no need to have and operate a cyclotron in the clinic (bulky and expensive equipment that requires special facilities and maintenance personnel).

Настоящее изобретение может быть использовано для получения радиоизотопа 82Sr на относительно дешевых в эксплуатации ускорителях средних энергий (Еα,3He≤60 МэВ). Предлагаемый способ получения 82Sr позволяет исключить из процедуры выделения стронция из мишени циклотрона трудоемкую и дорогостоящую операцию радиохимической переработки мишени, свойственную другим методам. Получаемый данным способом 82Sr будет иметь более высокую радионуклидную чистоту по сравнению с существующими аналогами, так как каскадная компоновка газовой криптоновой мишени в данном способе позволит регулировать и оптимизировать состав и количество радионуклидных примесей в конечном продукте.The present invention can be used to obtain the 82 Sr radioisotope on relatively inexpensive medium-energy accelerators (E α , 3He ≤60 MeV). The proposed method for producing 82 Sr allows one to exclude from the procedure for isolating strontium from a cyclotron target a laborious and expensive operation of radiochemical processing of a target, characteristic of other methods. Obtained by this method 82 Sr will have a higher radionuclide purity compared to existing analogues, since the cascade configuration of a gas krypton target in this method will allow you to adjust and optimize the composition and amount of radionuclide impurities in the final product.

Предшествующий уровень техникиState of the art

В настоящее время 82Sr получают облучением протонами (Ер≈100÷800 МэВ) твердотельных мишеней из молибдена, металлического рубидия или его соединений на ускорителях высоких энергий.Currently, 82 Sr is produced by proton irradiation (E p ≈100 ÷ 800 MeV) of solid targets from molybdenum, metallic rubidium or its compounds at high-energy accelerators.

Известен способ получения 82Sr по реакции Mo (p, spallation) (Thomas K.E. Strontium-82 Production at Los Alamos National Laboratory. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v.38, №3, p.175-180). Мишени из металлического молибдена диаметром 1.9-6.4 см, толщиной 1.25-1.9 см облучали пучками протонов энергией 800 МэВ. В результате реакции скалывания образовывался 82Sr. Длительность облучения различных мишеней составляла от 2 до 30 суток. Номинальный ток пучка протонов - 500 мкА. Затем мишени растворяли в смеси азотной и фосфорной кислот в присутствии перекиси водорода. После чего многоступенчатым химическим переделом выделяли 82Sr.A known method of producing 82 Sr by the reaction of Mo (p, spallation) (Thomas KE Strontium-82 Production at Los Alamos National Laboratory. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v. 38, No. 3, p. 175-180). Targets made of metal molybdenum with a diameter of 1.9-6.4 cm and a thickness of 1.25-1.9 cm were irradiated with proton beams of 800 MeV energy. As a result of the cleavage reaction, 82 Sr. was formed. The duration of irradiation of various targets ranged from 2 to 30 days. The nominal current of the proton beam is 500 μA. Then the targets were dissolved in a mixture of nitric and phosphoric acids in the presence of hydrogen peroxide. After that, 82 Sr. was isolated by a multi-stage chemical redistribution

Этот способ имеет существенные недостатки, заключающиеся в следующем:This method has significant disadvantages, which are as follows:

- для получения 82Sr используется уникальная дорогостоящая установка, в основном предназначенная для фундаментальных исследований: мезонная фабрика Лос-Адамосской национальной лаборатории США;- To obtain 82 Sr, a unique and expensive installation is used, mainly intended for basic research: the meson factory of the Los Adamos National Laboratory of the United States;

- технология основана на использовании одноразовой мишени;- the technology is based on the use of a disposable target;

- наряду со 82Sr в мишени образуется большое количество радиоактивных примесей;- along with 82 Sr, a large amount of radioactive impurities is formed in the target;

- выделение 82Sr сопряжено с необходимостью проведения многоступенчатого радиохимического передела мишени и утилизацией большого количества радиоактивных отходов;- the release of 82 Sr is associated with the need for multi-stage radiochemical redistribution of the target and the disposal of a large amount of radioactive waste;

- высокое содержание в целевом продукте основной мешающей примеси 85Sr, активность которой сопоставима с активностью целевого продукта.- high content in the target product of the main interfering impurity 85 Sr, the activity of which is comparable to the activity of the target product.

Известно, что одним из существенных факторов, определяющих качество 82Sr, является его радионуклидная чистота. Основные радионуклидные примеси - 83Sr и 85Sr. Активность 83Sr может быть в значительной степени снижена выдержкой облученной мишени (T1|2=32.4 часа для 83Sr). Что же касается долгоживущего 85Sr(T1|2=64.73 дня), то его присутствие в 82Sr значительно увеличивает дозовую нагрузку на пациента и медперсонал и осложняет проведение исследований ПЭТ методом (при частичном «проскоке» стронция в разделительной колонке 82Sr-82Rb изотопного генератора), так как 85Sr имеет интенсивную линию Еγ=514 кэВ, близкую к аннигиляционной линии 82Rb(Еγ=511 кэВ). Кроме того, присутствие 85Sr существенно повышает требования к радиационной защите 82Sr-82Rb изотопного генератора и уменьшает срок его службы до перезарядки.It is known that one of the significant factors determining the quality of 82 Sr is its radionuclide purity. The main radionuclide impurities are 83 Sr and 85 Sr. The activity of 83 Sr can be significantly reduced by the exposure of the irradiated target (T 1 | 2 = 32.4 hours for 83 Sr). As for the long-lived 85 Sr (T 1 | 2 = 64.73 days), its presence in 82 Sr significantly increases the dose load on the patient and the medical staff and complicates the PET studies (with partial “breakthrough” of strontium in the 82 Sr- 82 separation column Rb of the isotope generator), since 85 Sr has an intense line Е γ = 514 keV, close to the annihilation line 82 Rb (Е γ = 511 keV). In addition, the presence of 85 Sr substantially increases the radiation protection requirements of the 82 Sr- 82 Rb isotope generator and reduces its service life before recharging.

Известен способ получения 82Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из хлорида рубидия (Mausner L.F., Prach Т., Srivastava S.C. Production of 82Sr by Proton Irradiation of RbCl. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v.38, №3, p.181-184). С целью дегидратации хлорид рубидия выдерживали в вакууме в течение 48 часов, затем прессовали с усилием 75 тонн в 35 г таблетку 0.81 см толщиной и 4.44 см диаметром. Таблетка из хлорида рубидия помещалась в капсулу из нержавеющей стали и заваривалась в вакууме электронным лучом. Затем капсула с хлоридом рубидия облучалась протонами на ускорителе Брукхевенской национальной лаборатории, позволяющем ускорять протоны до энергии 200 МэВ. Ток пучка протонов составлял 45 мкА. После облучения капсулу транспортировали в защитном контейнере в горячую лабораторию и через 6 дней выдержки вскрывали. Затем хлорид рубидия растворяли в 100 мл 0.1 М NH4OH:0.1 M NH4Cl и после многоступенчатого радиохимического передела выделяли 82Sr.A known method of producing 82 Sr by the reaction of Rb (p, xn) on targets from rubidium chloride (Mausner LF, Prach T., Srivastava SC Production of 82 Sr by Proton Irradiation of RbCl. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v. 38, No. 3, p. 181-184). In order to dehydrate, rubidium chloride was kept in vacuum for 48 hours, then pressed with a force of 75 tons into a 35 g tablet 0.81 cm thick and 4.44 cm in diameter. A rubidium chloride tablet was placed in a stainless steel capsule and sealed under vacuum with an electron beam. Then, the capsule with rubidium chloride was irradiated with protons at the accelerator of the Brookhaven National Laboratory, which allows accelerating protons to an energy of 200 MeV. The proton beam current was 45 μA. After irradiation, the capsule was transported in a protective container to a hot laboratory and after 6 days the extracts were opened. Then rubidium chloride was dissolved in 100 ml of 0.1 M NH 4 OH: 0.1 M NH 4 Cl and 82 Sr. was isolated after multistage radiochemical redistribution.

К недостаткам данного способа можно отнести:The disadvantages of this method include:

- использование для получения 82Sr дорогостоящего ускорителя высоких энергий;- the use to obtain 82 Sr of an expensive high-energy accelerator;

- достаточно сложна процедура изготовления мишени;- rather complicated procedure for manufacturing the target;

- технология основана на использовании одноразовой мишени;- the technology is based on the use of a disposable target;

- из-за плохой теплопроводности хлорида рубидия при токах выше нескольких мкА возможен перегрев в центре мишени и сублимация хлорида рубидия, что приводит к уменьшению эффективной толщины мишени и, соответственно, выхода целевого продукта;- due to the poor thermal conductivity of rubidium chloride at currents above several μA, overheating in the center of the target and sublimation of rubidium chloride may occur, which leads to a decrease in the effective thickness of the target and, accordingly, the yield of the target product;

- выделение 82Sr сопряжено с необходимостью проведения многоступенчатого радиохимического передела мишени;- the allocation of 82 Sr is associated with the need for multi-stage radiochemical redistribution of the target;

- как и в предыдущем примере, высокое содержание в целевом продукте основной мешающей примеси 85Sr, активность которой сопоставима с активностью целевого продукта.- as in the previous example, the high content in the target product of the main interfering impurity 85 Sr, the activity of which is comparable to the activity of the target product.

Известен способ получения 82Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из металлического рубидия (Жуйков Б.Л., Коханюк В.М., Глущенко В.Н. и др. Получение стронция-82 из мишени металлического рубидия на пучке протонов с энергией 100 МэВ. - Радиохимия, 1994, том 36, стр.494-498). Мишени из металлического рубидия представляли собой диска диаметром 30 мм и толщиной 11 мм, заключенные в герметичные оболочки из нержавеющей стали. Толщина входного окна оболочки составляла 0.13-0.2 мм. Оболочки заряжались металлическим рубидием в боксе в инертной атмосфере. Для этого рубидий в ампуле разогревали электропечью до 80-90°С, отбирая жидкий рубидий с помощью медицинского шприца, вводили жидкий металл через штуцер в оболочку. Облучение мишеней проводили на линейном ускорителе на пучке с энергией протонов 100 МэВ при токах пучка 6-10 мкА. Длительность облучения достигала 10 суток. Технология переработки мишени включала механическое вскрытие кассеты и растворение мишени в изобутаноле, разрушение образующегося при растворении мишени изобутонолята рубидия и отделение органической фазы путем отгонки, отделение изотопов стронция от рубидия на ионообменной колонке.A known method of producing 82 Sr by the reaction of Rb (p, xn) on targets from metal rubidium (Zhuikov B. L., Kokhanyuk V. M., Glushchenko V. N. et al. Obtaining strontium-82 from a target metal rubidium in a proton beam with an energy of 100 MeV. - Radiochemistry, 1994, Volume 36, pp. 494-498). Rubidium metal targets were a disc with a diameter of 30 mm and a thickness of 11 mm, enclosed in sealed stainless steel shells. The thickness of the entrance window of the shell was 0.13-0.2 mm. The shells were charged with metallic rubidium in a box in an inert atmosphere. To do this, rubidium in an ampoule was heated by an electric furnace to 80-90 ° C, taking liquid rubidium with a medical syringe, liquid metal was introduced through a nozzle into the shell. Target irradiation was carried out on a linear accelerator with a beam with a proton energy of 100 MeV at beam currents of 6–10 μA. The exposure time reached 10 days. The technology for processing the target included mechanical opening of the cartridge and dissolution of the target in isobutanol, destruction of the rubidium isobutonolate formed during dissolution of the target and separation of the organic phase by distillation, separation of strontium isotopes from rubidium on an ion-exchange column.

К недостаткам данного способа, как и в предыдущем примере, можно отнести:The disadvantages of this method, as in the previous example, include:

- использование для получения 82Sr дорогостоящего ускорителя высоких энергий;- the use to obtain 82 Sr of an expensive high-energy accelerator;

- достаточно сложна процедура изготовления мишени;- rather complicated procedure for manufacturing the target;

- технология основана на использовании одноразовой мишени;- the technology is based on the use of a disposable target;

- выделение 82Sr сопряжено с необходимостью проведения многоступенчатого радиохимического передела мишени;- the allocation of 82 Sr is associated with the need for multi-stage radiochemical redistribution of the target;

- высокое содержание в целевом продукте основной мешающей примеси 85Sr, активность которой сопоставима с активностью целевого продукта.- high content in the target product of the main interfering impurity 85 Sr, the activity of which is comparable to the activity of the target product.

Кроме того, существенным недостатком данного способа следует считать высокую взрывоопасность, обусловленную использованием металлического рубидия.In addition, a significant disadvantage of this method should be considered a high explosion hazard due to the use of metallic rubidium.

В качестве прототипа выбран способ получения 82Sr в реакциях Kr(α,xn) и Kr(3Не,xn) при облучении ускоренными пучками α-частиц или 3Не мишени из природного криптона (Tarkanyi F., Qaim S.M., Stocklin G. Excitation Functions of 3He- and α- Particle Induced Nuclear Reactions on Natural Krypton: Production of 82Sr at a Compact Cyclotron. - Applied Radiation and Isotopes, 1988, v.39, №2, p.135-143). При использовании в качестве мишени природного криптона и ускоренных α-частиц или 3Не с начальной энергией 60-80 МэВ наработка 82Sr возможна на всех изотопах Kr за исключением 78Kr. Однако наработка 82Sr на каждом из изотопов при использовании природного криптона - не оптимальна, так как величины сечений ядерных реакций, приводящих к образованию 82Sr на каждом из изотопов криптона, изменяются в широком диапазоне (от 0 до σmax) в энергетическом интервале торможения в мишени заряженных частиц.As a prototype, a method was chosen for producing 82 Sr in the reactions Kr (α, xn) and Kr (3Не, xn) when irradiated with accelerated beams of α particles or 3Не targets from natural krypton (Tarkanyi F., Qaim SM, Stocklin G. Excitation Functions of 3 He- and α-Particle Induced Nuclear Reactions on Natural Krypton: Production of 82 Sr at a Compact Cyclotron. - Applied Radiation and Isotopes, 1988, v. 39, No. 2, p. 135-143). When using natural krypton and accelerated α particles or 3He with an initial energy of 60–80 MeV as a target, 82 Sr production is possible on all Kr isotopes except 78 Kr. However, the 82 Sr production time on each of the isotopes using natural krypton is not optimal, since the cross sections for nuclear reactions leading to the formation of 82 Sr on each of the krypton isotopes vary over a wide range (from 0 to σ max ) in the energy range of braking in target charged particles.

В результате данный способ имеет следующие существенные недостатки:As a result, this method has the following significant disadvantages:

- относительно низкий выход 82Sr в мишени из природного криптона;- a relatively low yield of 82 Sr in the target from natural krypton;

- высокое содержание в целевом продукте основной мешающей примеси 85Sr, активность которой сопоставима с активностью целевого продукта.- high content in the target product of the main interfering impurity 85 Sr, the activity of which is comparable to the activity of the target product.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом является повышение выхода целевого радиоизотопа 82Sr и возможность регулировать и минимизировать величины сопутствующих активностей основных мешающих примесей: 83Sr и 85Sr.The technical result is to increase the yield of the target radioisotope 82 Sr and the ability to regulate and minimize the associated activities of the main interfering impurities: 83 Sr and 85 Sr.

Для этого предложен способ получения радиоизотопа стронций-82, включающий облучение пучками ускоренных α-частиц или 3Не мишени из криптона, причем в качестве мишени берут один изотоп или каскад из нескольких изотопов криптона, каждый из которых представляет собой криптон, обогащенный по i-му изотопу до концентрации, превышающей концентрацию i-го изотопа в природной смеси изотопов криптона, и, одновременно, превышающей концентрацию любого другого изотопа в смеси изотопов криптона, при этом изотопы криптона в каскаде располагают последовательно в направлении пучка ускоренных частиц в порядке убывания атомных масс изотопов, имеющих в смеси изотопов криптона максимальную концентрацию, и в процессе одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86Kr(α,xn)82Sr или, соответственно, одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86Kr(3Не,xn)82Sr накапливают в мишени целевой радиоизотоп 82Sr.To this end, a method for producing a strontium-82 radioisotope is proposed, which involves irradiating beams of accelerated α particles or 3He targets from krypton, moreover, one isotope or cascade of several krypton isotopes is taken as a target, each of which is krypton enriched in the ith isotope to a concentration exceeding the concentration of the ith isotope in a natural mixture of krypton isotopes, and at the same time exceeding the concentration of any other isotope in a mixture of krypton isotopes, while the krypton isotopes in the cascade are arranged flax in the direction of the beam of accelerated particles in order of decreasing atomic mass isotope having a mixture of krypton isotope maximum concentration, and in the process the one or more thresholds nuclear reactions 80,82,83,84,86 Kr (α, xn) 82 Sr or respectively , one or more threshold nuclear reactions 80.82.83.84.86 Kr (3He, xn) 82 Sr accumulate in the target the target radioisotope 82 Sr.

Кроме того, в качестве источника ускоренных частиц используют циклотрон или линейный ускоритель.In addition, a cyclotron or linear accelerator is used as a source of accelerated particles.

На фигуре приведены зависимости сечений пороговых ядерных реакций 80,82,83Kr(α,xn)82Sr энергии ускоренных частиц в диапазоне от энергетических порогов реакций до 60 МэВ. The figure shows the dependences of the cross sections of the threshold nuclear reactions of 80.82.83 Kr (α, xn) 82 Sr of the energy of accelerated particles in the range from the energy thresholds of reactions to 60 MeV.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Поскольку каждой точке мишени на оси пучка соответствует вполне конкретная энергия ускоренных частиц, модульная компоновка мишени изотопами криптона позволяет для каждого изотопа выбрать энергетический диапазон (и соответствующее ему место в каскаде) так, что наработку 82Sr на каждом изотопе криптона осуществляют в энергетической области его максимальной эффективности. Иными словами, наработку 82Sr осуществляют там, где сечение реакции образования 82Sr на данном конкретном изотопе криптона выше, чем на любом другом изотопе. Выбор соответствующих энергетических диапазонов осуществляют с помощью энергетических зависимостей сечений реакций 80,82,83,84,86Kr(α,xn)82Sr и 80,82,83,84,86Kr(3He,xn)82Sr, приводящих к образованию 82Sr. Выбор конкретных изотопов криптона и их количество для наработки 82Sr зависит от начальной энергии заряженных частиц. Чем выше начальная энергия заряженных частиц, тем выше атомный номер изотопа криптона, на котором будет идти пороговая реакция с образованием 82Sr. Энергетические порога ядерных реакций, приводящих к образованию 82Sr, увеличиваются с возрастанием атомного номера изотопа криптона. Данный способ позволяет получать максимальный выход 82Sr для каждого фиксированного набора изотопов криптона и фиксированной начальной энергии заряженных частиц. Абсолютный максимум выхода 82Sr в криптоновой мишени (для фиксированной начальной энергии заряженных частиц) получают при использовании в данном способе изотопов криптона максимально возможного обогащения.Since each point of the target on the axis of the beam corresponds to a very specific energy of accelerated particles, the modular layout of the target with krypton isotopes allows for each isotope to select the energy range (and its corresponding place in the cascade) so that 82 Sr on each krypton isotope is produced in the energy region effectiveness. In other words, the 82 Sr operating time is carried out where the cross section of the 82 Sr formation reaction on this particular krypton isotope is higher than on any other isotope. The selection of the corresponding energy ranges is carried out using the energy dependences of the reaction cross sections 80.82.83.84.86 Kr (α, xn) 82 Sr and 80.82.83.84.86 Kr (3He, xn) 82 Sr, leading to the formation 82 Sr. The choice of specific krypton isotopes and their number for the production of 82 Sr depends on the initial energy of charged particles. The higher the initial energy of charged particles, the higher the atomic number of the krypton isotope, on which the threshold reaction will take place with the formation of 82 Sr. The energy thresholds of nuclear reactions leading to the formation of 82 Sr increase with increasing atomic number of the krypton isotope. This method allows to obtain a maximum yield of 82 Sr for each fixed set of krypton isotopes and a fixed initial energy of charged particles. The absolute maximum yield of 82 Sr in the krypton target (for a fixed initial energy of charged particles) is obtained by using the maximum enrichment of krypton isotopes in this method.

Наряду с оптимизацией выхода 82Sr модульная компоновка каскадной мишени позволяет минимизировать основные мешающие примеси: 83Sr и 85Sr. Процедура минимизации та же, что и в случае оптимизации выхода 82Sr. Разница лишь в том, что наработку 83Sr и 85Sr на каждом изотопе криптона осуществляют в энергетических областях его минимальной эффективности. Иными словами, наработку 83Sr и 85Sr будут осуществлять там, где сечения реакций образования 83Sr и 85Sr на данном конкретном изотопе криптона ниже, чем на любом другом изотопе. При этом выбор соответствующих энергетических диапазонов осуществляют с помощью энергетических зависимостей сечений реакций 80,82,83,84,86Kr(α,xn)83Sr, 82,83,84,86Kr(α,xn)85Sr, 82,83,84,86Kr(3Не,xn)83Sr и 83,84,86Kr(3Не,xn)85Sr, приводящих к образованию 83Sr и 85Sr.Along with optimizing the yield of 82 Sr, the modular layout of the cascade target allows minimizing the main interfering impurities: 83 Sr and 85 Sr. The minimization procedure is the same as in the case of optimizing the yield of 82 Sr. The only difference is that the operating time of 83 Sr and 85 Sr on each krypton isotope is carried out in the energy regions of its minimum efficiency. In other words, the operating time of 83 Sr and 85 Sr will be carried out where the cross sections for the formation of 83 Sr and 85 Sr on this particular krypton isotope are lower than on any other isotope. In this case, the selection of the corresponding energy ranges is carried out using the energy dependences of the reaction cross sections 80.82.83.84.86 Kr (α, xn) 83 Sr, 82.83.84.86 Kr (α, xn) 85 Sr, 82.83 , 84.86 Kr (3He, xn) 83 Sr and 83.84.86 Kr (3He, xn) 85 Sr, resulting in the formation of 83 Sr and 85 Sr.

На практике условия оптимизации выхода 82Sr и минимизации содержания примесных активностей 83Sr и 85Sr могут противоречить друг другу. В этом случае, с учетом потребительских требований к целевому продукту, реализуют компромиссную компоновку каскадной криптоновой мишени.In practice, the conditions for optimizing the yield of 82 Sr and minimizing the content of impurity activities of 83 Sr and 85 Sr can contradict each other. In this case, taking into account consumer requirements for the target product, a compromise layout of the cascade krypton target is implemented.

Предложенный способ получения радиоизотопа 82Sr обладает существенными достоинствами по сравнению с описанными в литературе аналогами:The proposed method for producing a radioisotope 82 Sr has significant advantages compared to analogues described in the literature:

- Способ может быть реализован на относительно дешевых в эксплуатации ускорителях средних энергий (Еα,3He≤60-70 МэВ).- The method can be implemented on relatively cheap to operate medium-energy accelerators (E α, 3He ≤60-70 MeV).

- Мишенное устройство может использоваться многократно.- The target device can be used repeatedly.

- Выделение 82Sr из мишени не сопряжено с ее разрушением и проведением многоступенчатого радиохимического передела.- Isolation of 82 Sr from the target is not associated with its destruction and multistage radiochemical redistribution.

- В данном методе активность основной мешающей примеси 85Sr может быть снижена на порядок по сравнению с аналогами.- In this method, the activity of the main interfering impurity 85 Sr can be reduced by an order of magnitude compared to analogues.

Предложенный способ получения радиоизотопа 82Sr обладает существенными достоинствами по сравнению с прототипом:The proposed method for producing a radioisotope 82 Sr has significant advantages compared to the prototype:

- Выход 82Sr в каскадной мишени с изотопами криптона может быть поднят в несколько раз по сравнению с выходом мишени из природного криптона.- The 82 Sr yield in a cascade target with krypton isotopes can be increased several times in comparison with the target exit from natural krypton.

- Активность основной мешающей примеси 85Sr в данном способе может быть снижена на порядок по сравнению с прототипом.- The activity of the main interfering impurity 85 Sr in this method can be reduced by an order of magnitude compared with the prototype.

Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention

Мишень, представляющую собой каскад из двух последовательно расположенных алюминиевых модулей с высокообогащенными изотопами криптона 80Kr и 82Kr (обогащение >99.9%, давление 300 кПа), устанавливали на пучок α-частиц энергией 60 МэВ и в процессе пороговых ядерных реакций 80,82Kr(α,xn)82Sr накапливали в ней целевой радиоизотоп 82Sr. На основании предварительно полученных авторами экспериментальных значений сечений реакций 80,82,83Kr(α,xn)82Sr (см. фигуру) и для обеспечения максимального выхода 82Sr в области Еα≤60 МэВ каскадную криптоновую мишень изготовили из двух модулей с высокообогащенными изотопами криптона: с 80Kr и 82Kr, причем геометрическую границу между модулями с 80Kr и 82Kr, в виде Al фольги толщиной 100 мкм, установили на расстоянии 12 см (в области, где Еα≈50 МэВ) от входа пучка α-частиц в первый модуль с 82Kr. Длина второго модуля с 80Kr, равная 29 см, обеспечивала полное торможение α-частиц с Еα≈50 МэВ в 80Kr. Использованная компоновка каскадной мишени позволила нарабатывать максимально возможное количество 82Sr в области энергий α-частиц в диапазоне 60-50 МэВ (на изотопе 82Кг) и максимально возможное количество 82Sr в области энергий α-частиц в диапазоне от порога 80Kr(α,xn)82Sr реакции до 50 МэВ (на изотопе 80Kr). Кроме того, в модуле с 80Kr наработали 82Sr, лишенный примесной активности 85Sr, так как реакции, инициированные α-частицами, с образованием 85Sr на 80Kr отсутствуют. После завершения облучения и до начала процедуры выделения 82Sr каскадную мишень выдерживали в течение 3 суток, чтобы дать распасться короткоживущим активностям и снизить соответствующие дозовые нагрузки на персонал. Затем каскадную мишень транспортировали в специальный защитный бокс, где подсоединяли к коммуникациям газовакуумного радиохимического стенда. Криптон удаляли из модулей каскадной мишени, например, способом криогенного вымораживания в специальные газовые ловушки (каждый изотоп криптона в собственную ловушку), находящиеся при температуре жидкого азота. После удаления криптона в объемы модулей каскадной мишени через специальные каналы вводились форсунки, через которые под давлением в течение нескольких секунд впрыскивали раствор NH4Cl, смывающий со стенок каскадной мишени активности изотопов рубидия и стронция. Раствор NH4Cl самотеком собирали в специальной приемной емкости. Затем с помощью насоса активный раствор через фильтр подавали на ионообменную колонку, где разделяли активности изотопов рубидия и стронция.The target, which is a cascade of two consecutively located aluminum modules with highly enriched krypton isotopes 80 Kr and 82 Kr (enrichment> 99.9%, pressure 300 kPa), was mounted on a beam of α-particles with an energy of 60 MeV and 80.82 Kr in the process of threshold nuclear reactions (α, xn) 82 Sr accumulated in it the target radioisotope 82 Sr. Based on the experimental values of the reaction cross sections previously obtained by the authors, 80.82.83 Kr (α, xn) 82 Sr (see the figure) and to ensure a maximum yield of 82 Sr in the region E α ≤60 MeV, the cascade krypton target was made of two modules with highly enriched krypton isotopes: with 80 Kr and 82 Kr, and the geometric boundary between the modules with 80 Kr and 82 Kr, in the form of Al foil with a thickness of 100 μm, was set at a distance of 12 cm (in the region where E α ≈50 MeV) from the beam entrance α -particles in the first module with 82 Kr. The length of the second module with 80 Kr, equal to 29 cm, ensured the complete deceleration of α particles with E α ≈50 MeV in 80 Kr. The cascade target arrangement used allowed us to produce the maximum possible amount of 82 Sr in the range of α-particle energies in the range of 60-50 MeV (on the 82 Kg isotope) and the maximum possible amount of 82 Sr in the range of α-particle energies in the range from the threshold of 80 Kr (α, xn) 82 Sr reactions up to 50 MeV (on the 80 Kr isotope). In addition, in the module with 80 Kr, 82 Sr was produced, lacking the impurity activity of 85 Sr, since there are no reactions initiated by α particles with the formation of 85 Sr on 80 Kr. After completion of irradiation and prior to the start of the 82 Sr extraction procedure, the cascade target was kept for 3 days to allow short-lived activities to decay and to reduce the corresponding dose burden on the personnel. Then the cascade target was transported to a special protective box, where it was connected to the communications of the gas-vacuum radiochemical stand. Krypton was removed from the modules of the cascade target, for example, by cryogenic freezing in special gas traps (each krypton isotope into its own trap) located at the temperature of liquid nitrogen. After krypton was removed, nozzles were introduced into the volumes of the modules of the cascade target through special channels, through which NH 4 Cl solution was injected under pressure for several seconds, washing off the activity of rubidium and strontium isotopes from the walls of the cascade target. The solution of NH 4 Cl by gravity was collected in a special receiving container. Then, using the pump, the active solution was fed through the filter to an ion-exchange column, where the activities of rubidium and strontium isotopes were separated.

Таким образом, данное изобретение позволяет увеличить в несколько раз выход 82Sr по сравнению с выходом 82Sr в мишени из природного криптона. Активность основной мешающей примеси 85Sr в 82Sr может быть снижена в данном способе на порядок по сравнению с прототипом и рассмотренными аналогами. Способ может быть реализован на относительно дешевых в эксплуатации ускорителях средних энергий (Еα3He≤60-70 МэВ).Thus, this invention allows to increase several times the yield of 82 Sr in comparison with the yield of 82 Sr in the target from natural krypton. The activity of the main interfering impurity 85 Sr in 82 Sr can be reduced in this method by an order of magnitude compared with the prototype and the considered analogues. The method can be implemented on relatively inexpensive medium-energy accelerators (E α3He ≤60-70 MeV).

Выделение 82Sr из мишени не сопряжено с ее разрушением и проведением многоступенчатого радиохимического передела.Isolation of 82 Sr from the target is not associated with its destruction and multistage radiochemical redistribution.

Совокупность указанных обстоятельств позволяет рассчитывать на то, что данный способ будет иметь коммерческую перспективу и обеспечит более широкое внедрение диагностического ПЭТ метода в нашей стране.The totality of these circumstances allows us to hope that this method will have a commercial perspective and will provide a wider implementation of the diagnostic PET method in our country.

Claims (2)

1. Способ получения радиоизотопа стронций-82, включающий облучение ускоренными пучками α-частиц или 3Не мишени из криптона, отличающийся тем, что в качестве мишени берут один изотоп или каскад из нескольких изотопов криптона, каждый из которых представляет собой криптон, обогащенный по i-му изотопу до концентрации, превышающей концентрацию i-го изотопа в природной смеси изотопов криптона, и одновременно превышающей концентрацию любого другого изотопа в смеси изотопов криптона, при этом изотопы криптона в каскаде располагают последовательно в направлении пучка ускоренных частиц в порядке убывания атомных масс изотопов, имеющих в смеси изотопов криптона максимальную концентрацию, и в процессе одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86Kr(α,xn)82Sr или соответственно одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86Kr(3He,xn)82Sr накапливают в мишени целевой радиоизотоп 82Sr.1. A method of obtaining a radioisotope of strontium-82, comprising irradiating accelerated beams of α particles or 3He targets from krypton, characterized in that one isotope or cascade of several krypton isotopes is taken as a target, each of which is krypton enriched in i- the isotope to a concentration exceeding the concentration of the ith isotope in a natural mixture of krypton isotopes, and at the same time exceeding the concentration of any other isotope in a mixture of krypton isotopes, while the krypton isotopes in the cascade are arranged sequentially about in the direction of the beam of accelerated particles in decreasing order of atomic masses of isotopes having a maximum concentration in the mixture of krypton isotopes and during one or more threshold nuclear reactions 80.82.83.84.86 Kr (α, xn) 82 Sr or, respectively, one or several threshold nuclear reactions 80.82.83.84.86 Kr (3He, xn) 82 Sr accumulate in the target the target radioisotope 82 Sr. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника ускоренных частиц используют циклотрон или линейный ускоритель. 2. The method according to claim 1, characterized in that a cyclotron or a linear accelerator is used as a source of accelerated particles.
RU2010144002/07A 2010-10-28 2010-10-28 Method to produce radioisotope strontium-82 RU2441290C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010144002/07A RU2441290C1 (en) 2010-10-28 2010-10-28 Method to produce radioisotope strontium-82

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010144002/07A RU2441290C1 (en) 2010-10-28 2010-10-28 Method to produce radioisotope strontium-82

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2441290C1 true RU2441290C1 (en) 2012-01-27

Family

ID=45786572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010144002/07A RU2441290C1 (en) 2010-10-28 2010-10-28 Method to produce radioisotope strontium-82

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2441290C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2585004C1 (en) * 2015-02-20 2016-05-27 Владимир Анатольевич Загрядский Method of producing strontium-82 radioisotope
RU2770241C1 (en) * 2020-10-15 2022-04-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) Target station

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0578050A1 (en) * 1992-07-10 1994-01-12 Ministero Dell' Universita' E Della Ricerca Scientifica E Tecnologica A process for the production of yttrium-90 through yttrium-90 generator
RU2155398C1 (en) * 1999-02-23 2000-08-27 РНЦ "Курчатовский институт" Radioisotope strontium-89 production process
RU2356113C1 (en) * 2008-03-27 2009-05-20 Институт ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) Method for radiostrontium preparation (versions)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0578050A1 (en) * 1992-07-10 1994-01-12 Ministero Dell' Universita' E Della Ricerca Scientifica E Tecnologica A process for the production of yttrium-90 through yttrium-90 generator
RU2155398C1 (en) * 1999-02-23 2000-08-27 РНЦ "Курчатовский институт" Radioisotope strontium-89 production process
RU2356113C1 (en) * 2008-03-27 2009-05-20 Институт ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) Method for radiostrontium preparation (versions)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Tarkanyi F., Qaim S.M., Stocklin G. Excitation Functions of 3He- and α-Particle Induced Nuclear Reactions on Natural Krypton: Production of 82Sr at a Compact Cyclotron. - Applied Radiation and Isotopes, 1988, v.39, №2, с.135-143. *
ЖУЙКОВ Б.Л. и др. Получение стронция-82 из мишени металлического рубидия на пучке протонов с энергией 100 МэВ. Радиохимия, 1994, т.36, вып.6, с.494-498. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2585004C1 (en) * 2015-02-20 2016-05-27 Владимир Анатольевич Загрядский Method of producing strontium-82 radioisotope
RU2770241C1 (en) * 2020-10-15 2022-04-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) Target station

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110706840B (en) An accelerator-driven 99Mo subcritical production device and method
US10249399B2 (en) Production of isotopes using high power proton beams
KR20150023005A (en) Apparatus and methods for transmutation of elements
NL2007925C2 (en) Radionuclide generator.
Vretenar et al. Production of radioisotopes for cancer imaging and treatment with compact linear accelerators
RU2441290C1 (en) Method to produce radioisotope strontium-82
Szelecsényi et al. Production possibility of 61 Cu using proton induced nuclear reactions on zinc for PET studies
EP2100310B1 (en) Method and apparatus for transforming radioactive material into less radioactive products
RU2538398C1 (en) Method of producing strontium-82 radioisotope
CN115552548A (en) Equipment for producing actinium-225 by radium-226 and application thereof
Dikšić et al. A study of 127I (p, xn) and 127I (p, pxn) reactions with special emphasis on production of 123Xe
RU2770241C1 (en) Target station
RU2200997C2 (en) Method for producing molybdenum radioisotope
Vereshchagin et al. Cyclotron 82Sr production for medical applications
EP2372720A1 (en) Method for the production of copper-67
RU2598089C1 (en) Method of producing strontium-82 radionuclide
Pashentsev Production of radionuclides for cyclotron positron-emission tomography
KR20180044263A (en) Yttrium-90 manufacturing system and method
Panteleev et al. Project of the radioisotope facility RIC-80 at PNPI
WO2012095644A1 (en) A compact, low energy neutron source
Westgaard et al. Search for super-heavy elements produced by secondary reactions in uranium
WO2018013733A1 (en) Production of n-13 ammonia radionuclide
Panteleev et al. Target Development for Medical Radionuclides Cu-67 And Sr-82 Production
Jastrzebski et al. Investigation of the production of the auger electron emitter 135La using medical cyclotrons
Panteleev et al. Target development for 67Сu, 82Sr radionuclide production at the RIC-80 facility

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201029