Стронций 82. Фонд развития промышленности инвестирует в кардиодиагностику

В Сибирском федеральном университете начались студенческие летние практики. Студенты профильных институтов вуза традиционно пополнили число работников крупных промышленных предприятий Красноярского края.

Так, Красноярская ТЭЦ-2 Сибирской генерирующей компании приняла на практику студентов Политехнического института СФУ. Будущие инженеры-экологи и теплоэнергетики знакомятся с производственно-технологическими аспектами функционирования теплоэлектростанции и работой котельного цеха. Кроме этого, студенты, обучающиеся по международной программе CDIO, получили возможность экспериментировать и проверять эффективность и жизнеспособность своих собственных разработок в реальных условиях. Например, третьекурсник CDIO Никита Волошко предложил компании другие методы разогрева мазута на ТЭЦ-2, его одногруппник Илья Трифонов прорабатывает новые способы использования золы - продукта сгорания топлива.

«С СФУ наша станция сотрудничает много лет. Это часть программы по формированию кадрового резерва станции. Многих студентов, проходящих у нас практику, мы в дальнейшем принимаем на работу. Выпускники с качественной подготовкой, развитым инженерным мышлением для нас ценны, ведь от компетентности кадров напрямую зависит надёжность обеспечения горожан теплом и светом », - подчеркнул директор Красноярской ТЭЦ-2 Олег Бубновский .

Студенты 2-го и 3-го курсов Института нефти и газа направлений «химическая технология» и «химия» проходят практику на Ачинском нефтеперерабатывающем заводе, где изучают технологические процессы и аппаратурное оформление основных действующих и строящихся установок.

«Институт нефти и газа СФУ является нашим профильным учебным заведением. Организация студенческих практик - лишь одна из форм взаимодействия. Кроме того, специалисты нашего завода преподают по программам магистратуры и в школе инжиниринга, являются председателями государственных аттестационных комиссий. Производственная практика - хорошая возможность узнать студентов, оценить их потенциал. А им - посмотреть на условия труда, на потенциальное место работы. Как правило, те, кто хорошо прошёл у нас практику, трудоустраиваются на АНПЗ», - рассказала начальник отдела оценки и развития персонала АНПЗ Оксана Левицкая .

Также СФУ является одним из 25 российских вузов, с которыми крупнейшая горно-металлургическая компания «Норильский никель » реализует корпоративную программу «Профессиональный старт », цель которой - привлечь на предприятия компании выпускников высших учебных заведений. От СФУ в Норильск отправились 112 студентов СФУ, 60 из них в качестве представителей строительного отряда.

На период практики со студентами заключают срочный трудовой договор. Под руководством наставника они проходят адаптацию в трудовом коллективе и согласно индивидуальному плану выполняют программу практики, по окончании которой все студенты проходят аттестацию. В этом году практиканты будут приобретать навыки на всех рудниках, металлургических заводах, обогатительных фабриках, железной дороге, цементном заводе, в контрольно-аналитическом управлении, а также на дочерних предприятиях: в Заполярной строительной компании, Норильском обеспечивающем комплексе, «Норильскникельремонте » и так далее. Студентам компенсируют стоимость проезда в Норильск и обратно, проживание, а также выплачивают заработную плату.

23.07.2018 1-LINE Бородинский разрез имени М.И. Щадова, входящий в состав Сибирской угольной энергетической компании, посетили студенты Института горного дела, геологии и геотехнологий Сибирского федерального университета.
23.07.2018 НИА Свыше девяти тысяч студентов Иркутского национального исследовательского технического университета проходят практику летом 2018 года.
23.07.2018 НИА

Стронций (Sr) - химический элемент, щелочноземельный металл 2-й группы периодической таблицы. Используется в красных сигнальных огнях и люминофорах, представляет основную угрозу здоровью при радиоактивном заражении.

История открытия

Минерал из свинцового рудника близ деревни Стронтиан в Шотландии. Первоначально он был распознан, как разновидность карбоната бария, но Адэр Кроуфорд и Уильям Крюйкшэнк в 1789 году предположили, что это другое вещество. Химик Томас Чарльз Хоуп назвал новый минерал стронтитом по имени деревни, а соответствующий оксид стронция SrO - стронцией. Металл был выделен в 1808 г. сэром Хэмфри Дэви, который подверг электролизу смесь влажного гидроксида или хлорида с оксидом ртути, используя ртутный катод, а затем из полученной амальгамы испарил ртуть. Новый элемент он назвал, воспользовавшись корнем слова «стронция».

Нахождение в природе

Относительная распространенность стронция, тридцать восьмого элемента таблицы Менделеева, в космосе оценивается, как 18,9 атомов на каждые 10 6 атомов кремния. Он составляет около 0,04% массы земной коры. Средняя концентрация элемента в морской воде равна 8 мг/л.

Химический элемент стронций широко встречается в природе, и, по оценкам специалистов, является 15-м наиболее распространенным веществом на Земле, достигая концентрации 360 частей на миллион. Учитывая его экстремальную реактивность, существует только в форме соединений. Его главными минералами являются целестин (сульфат SrSO 4) и стронцианит (карбонат SrCO 3). Из них в достаточных для рентабельной добычи количествах встречается целестит, более 2/3 мирового предложения которого поступает из Китая, а Испания и Мексика поставляют большую часть остатка. Однако выгоднее добывать стронцианит, потому что стронций чаще используется в карбонатной форме, но известных его месторождений относительно мало.

Свойства

Стронций является мягким металлом, подобным свинцу, который в месте разреза блестит как серебро. На воздухе он быстро вступает в реакцию с кислородом и присутствующей в атмосфере влагой, приобретая желтоватый оттенок. Поэтому хранить его нужно в изоляции от воздушных масс. Чаще всего его хранят в керосине. В свободном состоянии в природе не встречается. Сопутствуя кальцию, стронций входит в состав только 2 основных руд: целестина (SrSO 4) и стронцианита (SrCO 3).

В ряду химических элементов магний-кальций-стронций (щелочноземельных металлов) Sr находится в группе 2 (бывшей 2А) периодической таблицы между Ca и Ba. Кроме того, он расположен в 5-м периоде между рубидием и иттрием. Поскольку атомный радиус стронция аналогичен радиусу кальция, он легко заменяет последний в минералах. Но он мягче и более реактивный в воде. При контакте с ней образует гидроксид и газообразный водород. Известны 3 аллотропа стронция с точками перехода 235°C и 540°C.

Щелочноземельный металл обычно не реагирует с азотом ниже 380°С и при комнатной температуре образует только оксид. Однако в виде порошка стронций самопроизвольно воспламеняется с образованием оксида и нитрида.

Химические и физические свойства

Характеристика химического элемента стронция по плану:

Название, символ, атомный номер: стронций, Sr, 38.
Группа, период, блок: 2, 5, s.
Атомная масса: 87,62 г/моль.
Электронная конфигурация: 5s 2 .
Распределение электронов по оболочкам: 2, 8, 18, 8, 2.
Плотность: 2,64 г/см 3 .
Температуры плавления и кипения: 777 °C, 1382°C.
Степень окисления: 2.

Изотопы

Естественный стронций представляет собой смесь 4-х стабильных изотопов: 88 Sr (82,6%), 86 Sr (9,9%), 87 Sr (7,0%) и 84 Sr (0,56%). Из них только 87 Sr является радиогенным - он образуется при распаде радиоактивного изотопа рубидия 87 Rb с периодом полураспада 4,88 × 10 10 лет. Считается, что 87 Sr продуцировался во время «первичного нуклеосинтеза» (ранней стадии Большого взрыва) наряду с изотопами 84 Sr, 86 Sr и 88 Sr. В зависимости от местоположения, соотношение 87 Sr и 86 Sr могут отличаться более чем в 5 раз. Это используется в датировании геологических проб и в определении происхождения скелетов и глиняных артефактов.

В результате ядерных реакций были получены около 16 синтетических радиоактивных изотопов стронция, из которых наиболее долговечным является 90 Sr (период полураспада 28,9 года). Этот изотоп, образующийся при ядерном взрыве, считается наиболее опасным продуктом распада. Из-за его химического сходства с кальцием он усваивается в костях и зубах, где продолжает выталкивать электроны, вызывая радиационное поражение, повреждая костный мозг, нарушая процесс образования новых клеток крови и вызывая рак.

Однако в контролируемых медиками условиях стронций используется для лечения некоторых поверхностных злокачественных новообразований и рака костной ткани. Он также применяется в форме фторида стронция в и в радиоизотопных термоэлектрических генераторах, в которых тепло его радиоактивного распада преобразуется в электричество, служащих долгоживущими, легкими источниками энергии в навигационных буях, удаленных метеостанциях и космических аппаратах.

89 Sr используется для лечения рака, поскольку атакует костные ткани, производит бета-облучение и через несколько месяцев распадается (период полураспада 51 день).

Химический элемент стронций не является необходимым для высших форм жизни, его соли обычно нетоксичны. То, что делает 90 Sr опасным, используется для увеличения плотности костей и их роста.

Соединения

Свойства химического элемента стронция очень похожи на В соединениях Sr имеет исключительное состояние окисления +2 в виде иона Sr 2+ . Металл является активным восстановителем и легко реагирует с галогенами, кислородом и серой с получением галогенидов, окиси и сульфида.

Соединения стронция имеют довольно ограниченную коммерческую ценность, поскольку соответствующие соединения кальция и бария, как правило, выполняют то же, но более дешевы. Однако некоторые из них нашли применение в промышленности. Пока еще не придумали, с помощью каких веществ добиться малинового цвета в фейерверках и сигнальных огнях. В настоящее время с целью получения этого цвета используются лишь соли стронция, такие как нитрат Sr(NO 3) 2 и хлорат Sr(ClO 3) 2 . Около 5-10% всего производства данного химического элемента потребляет пиротехника. Гидроксид стронция Sr(OH) 2 иногда используется для извлечения сахара из мелассы, потому что он образует растворимый сахарид, из которого сахар может быть легко регенерирован под действием двуокиси углерода. Моносульфид SrS применяется как депилятор и ингредиент в люминофорах электролюминесцентных устройств и светящихся красок.

Ферриты стронция образуют семейство соединений с общей формулой SrFe х O у, получаемых в результате высокотемпературной (1000-1300 °C) реакции SrCO 3 и Fe 2 O 3 . Из них изготавливают керамические магниты, которые находят широкое применение в динамиках, двигателях автомобильных стеклоочистителей и детских игрушках.

Производство

Большая часть минерализованного целестина SrSO 4 превращается в карбонат двумя способами: либо целестин непосредственно выщелачивается раствором карбоната натрия, либо нагревается с углем, образуя сульфид. На второй стадии получается вещество темного цвета, содержащее, в основном, сульфид стронция. Эта «черная зола» растворяется в воде и фильтруется. Карбонат стронция осаждается из раствора сульфида путем введения диоксида углерода. Сульфат восстанавливается до сульфида путем карботермического восстановления SrSO 4 + 2C → SrS + 2CO 2 . Элемент может быть получен методом катодного электрохимического контакта, в котором охлажденный железный стержень, действующий как катод, касается поверхности смеси хлоридов калия и стронция, и поднимается, когда стронций затвердевает на нем. Реакции на электродах могут быть представлены следующим образом: Sr 2+ + 2e - → Sr (катод); 2Cl - → Cl 2 + 2e - (анод).

Металлический Sr также можно восстановить из его оксида алюминием. Он ковкий и пластичный, хороший проводник электричества, но используется относительно мало. Одно из его применений - легирующий агент для алюминия или магния при литье блоков цилиндров. Стронций улучшает обрабатываемость и устойчивость к ползучести металла. Альтернативным способом получения стронция является восстановление его оксида с алюминием в вакууме при температуре перегонки.

Коммерческое применение

Химический элемент стронций широко используется в стекле электронно-лучевых трубок цветных телевизоров для предотвращения проникновения рентгеновского излучения. Также он может входить в состав аэрозольных красок. Это, по-видимому, является одним из наиболее вероятных источников воздействия стронция на население. Кроме того, элемент используется для производства ферритовых магнитов и очистки цинка.

Соли стронция применяются в пиротехнике, поскольку при сгорании окрашивают пламя в красный свет. А сплав солей стронция с магнием применяется в составе зажигательных и сигнальных смесей.

Титанат обладает чрезвычайно высоким показателем преломления и оптической дисперсией, что делает его полезным в оптике. Он может использоваться, как замена бриллиантов, но редко используется с этой целью из-за крайней мягкости и уязвимости к царапинам.

Алюминат стронция является ярким люминофором с длительной устойчивостью фосфоресценции. Оксид иногда применяется для улучшения качества керамических глазурей. Изотоп 90 Sr является одним из лучших долгоживущих высокоэнергетических бета-излучателей. Он используется в качестве источника питания для радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ), преобразующих в электричество тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов. Эти устройства применяются в космических аппаратах, удаленных метеостанциях, навигационных буях и т. д. - там, где требуется легкий и долгоживущий ядерно-электрический источник энергии.

Медицинское использование стронция: лечение препаратами

Изотоп 89 Sr является активным ингредиентом радиоактивного препарата Metastron, применяемого для лечения болей в костях, вызванных метастатическим раком предстательной железы. Химический элемент стронций действует, как кальций, преимущественно включается в кость в местах с повышенным остеогенезом. Эта локализация фокусирует радиационное воздействие на раковое поражение.

Радиоизотоп 90 Sr также используется в терапии рака. Его бета-излучение и длительный идеально подходят для поверхностной лучевой терапии.

Экспериментальный препарат, полученный путем объединения стронция с ранелиновой кислотой, способствует росту кости, увеличению плотности костной ткани и уменьшению переломов. Stronium ranelate зарегистрирован в Европе, как средство лечения остеопороза.

Хлорид стронция иногда используется в зубных пастах для чувствительных зубов. Его содержание достигает 10%.

Меры предосторожности

У чистого стронция высокая химическая активность, а в измельченном состоянии металл спонтанно загорается. Поэтому этот химический элемент считается пожароопасным.

Воздействие на организм человека

Человеческое тело поглощает стронций так же, как кальций. Эти два элемента химически настолько похожи, что устойчивые формы Sr не представляют значительную угрозу для здоровья. В отличии от этого, радиоактивный изотоп 90 Sr может привести к различным костным нарушениям и заболеваниям, в том числе к раку костной ткани. Для измерения излучения поглощенного 90 Sr используется стронциевая единица.

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц. Способ получения радиоизотопа стронций-82 включает облучение ускоренными пучками α-частиц или 3Не мишени из криптона. 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 80,82,83,84,86 Kr(α,xn) 82 Sr или, соответственно, одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86 Kr(3He,xn) 82 Sr накапливают в мишени целевой радиоизотоп 82 Sr. Изобретение позволяет увеличить выход целевого радиоизотопа 82 Sr и обеспечивает возможность регулирования и минимизации величины сопутствующих активностей основных мешающих примесей 85 Sr и 83 Sr. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц.

В настоящее время одним из наиболее перспективных и динамично развивающихся направлений ядерной медицины является кардиодиагностика на основе метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Работа большинства ПЭТ центров сейчас основана на использовании ультракороткоживущих β + -излучающих радионуклидов (11 С, 13 N, 15 О, 18 F) и предполагает наличие в ПЭТ центре двух обязательных составляющих: позитронно-эмиссионного томографа и циклотрона с Е р <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.

В последнее время, главным образом в США, получила развитие ПЭТ технология, основанная на применении 82 Sr- 82 Rb изотопных генераторов.

Ниже приведены некоторые ядерно-физические характеристики этой изотопной пары:

82 Sr: T 1|2 =25.3; ЭЗ (100%); нет сопутствующих γ-квантов.

82 Rb: T 1|2 =1.27 мин; β + (95%), ЭЗ (5%), основные сопутствующие γ-кванты: Е γ =511 кэВ (189%) и Е γ =776.9 кэВ (12.5%).

Получаемый в изотопном генераторе рубидий, являясь физиологическим аналогом калия, при введении в организм пациента преимущественно локализуется в миокарде.

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).

Настоящее изобретение может быть использовано для получения радиоизотопа 82 Sr на относительно дешевых в эксплуатации ускорителях средних энергий (Е α , 3He ≤60 МэВ). Предлагаемый способ получения 82 Sr позволяет исключить из процедуры выделения стронция из мишени циклотрона трудоемкую и дорогостоящую операцию радиохимической переработки мишени, свойственную другим методам. Получаемый данным способом 82 Sr 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.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время 82 Sr получают облучением протонами (Е р ≈100÷800 МэВ) твердотельных мишеней из молибдена, металлического рубидия или его соединений на ускорителях высоких энергий.

Известен способ получения 82 Sr 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 82 Sr. 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 82 Sr.

Этот способ имеет существенные недостатки, заключающиеся в следующем:

Для получения 82 Sr используется уникальная дорогостоящая установка, в основном предназначенная для фундаментальных исследований: мезонная фабрика Лос-Адамосской национальной лаборатории США;

Наряду со 82 Sr в мишени образуется большое количество радиоактивных примесей;

Выделение 82 Sr сопряжено с необходимостью проведения многоступенчатого радиохимического передела мишени и утилизацией большого количества радиоактивных отходов;

Известно, что одним из существенных факторов, определяющих качество 82 Sr, является его радионуклидная чистота. Основные радионуклидные примеси - 83 Sr и 85 Sr. Активность 83 Sr может быть в значительной степени снижена выдержкой облученной мишени (T 1|2 =32.4 часа для 83 Sr). Что же касается долгоживущего 85 Sr(T 1|2 =64.73 дня), то его присутствие в 82 Sr значительно увеличивает дозовую нагрузку на пациента и медперсонал и осложняет проведение исследований ПЭТ методом (при частичном «проскоке» стронция в разделительной колонке 82 Sr- 82 Rb изотопного генератора), так как 85 Sr имеет интенсивную линию Е γ =514 кэВ, близкую к аннигиляционной линии 82 Rb(Е γ =511 кэВ). Кроме того, присутствие 85 Sr существенно повышает требования к радиационной защите 82 Sr- 82 Rb изотопного генератора и уменьшает срок его службы до перезарядки.

Известен способ получения 82 Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из хлорида рубидия (Mausner L.F., Prach Т., Srivastava S.C. Production of 82 Sr 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 NH 4 OH:0.1 M NH 4 Cl и после многоступенчатого радиохимического передела выделяли 82 Sr.

К недостаткам данного способа можно отнести:

Технология основана на использовании одноразовой мишени;

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;

Как и в предыдущем примере, высокое содержание в целевом продукте основной мешающей примеси 85 Sr, активность которой сопоставима с активностью целевого продукта.

Известен способ получения 82 Sr 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.

К недостаткам данного способа, как и в предыдущем примере, можно отнести:

Использование для получения 82 Sr дорогостоящего ускорителя высоких энергий;

Достаточно сложна процедура изготовления мишени;

Технология основана на использовании одноразовой мишени;

Выделение 82 Sr сопряжено с необходимостью проведения многоступенчатого радиохимического передела мишени;

Кроме того, существенным недостатком данного способа следует считать высокую взрывоопасность, обусловленную использованием металлического рубидия.

В качестве прототипа выбран способ получения 82 Sr 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 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, №2, p.135-143). При использовании в качестве мишени природного криптона и ускоренных α-частиц или 3Не с начальной энергией 60-80 МэВ наработка 82 Sr возможна на всех изотопах Kr за исключением 78 Kr. Однако наработка 82 Sr на каждом из изотопов при использовании природного криптона - не оптимальна, так как величины сечений ядерных реакций, приводящих к образованию 82 Sr на каждом из изотопов криптона, изменяются в широком диапазоне (от 0 до σ max) в энергетическом интервале торможения в мишени заряженных частиц.

В результате данный способ имеет следующие существенные недостатки:

Относительно низкий выход 82 Sr в мишени из природного криптона;

Раскрытие изобретения

Техническим результатом является повышение выхода целевого радиоизотопа 82 Sr и возможность регулировать и минимизировать величины сопутствующих активностей основных мешающих примесей: 83 Sr и 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 80,82,83,84,86 Kr(α,xn) 82 Sr или, соответственно, одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86 Kr(3Не,xn) 82 Sr накапливают в мишени целевой радиоизотоп 82 Sr.

Кроме того, в качестве источника ускоренных частиц используют циклотрон или линейный ускоритель.

На фигуре приведены зависимости сечений пороговых ядерных реакций 80,82,83 Kr(α,xn) 82 Sr энергии ускоренных частиц в диапазоне от энергетических порогов реакций до 60 МэВ.

Способ осуществляется следующим образом.

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 82 Sr на каждом изотопе криптона осуществляют в энергетической области его максимальной эффективности. Иными словами, наработку 82 Sr осуществляют там, где сечение реакции образования 82 Sr на данном конкретном изотопе криптона выше, чем на любом другом изотопе. Выбор соответствующих энергетических диапазонов осуществляют с помощью энергетических зависимостей сечений реакций 80,82,83,84,86 Kr(α,xn) 82 Sr и 80,82,83,84,86 Kr(3He,xn) 82 Sr, приводящих к образованию 82 Sr. Выбор конкретных изотопов криптона и их количество для наработки 82 Sr 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 82 Sr. Энергетические порога ядерных реакций, приводящих к образованию 82 Sr, увеличиваются с возрастанием атомного номера изотопа криптона. Данный способ позволяет получать максимальный выход 82 Sr для каждого фиксированного набора изотопов криптона и фиксированной начальной энергии заряженных частиц. Абсолютный максимум выхода 82 Sr в криптоновой мишени (для фиксированной начальной энергии заряженных частиц) получают при использовании в данном способе изотопов криптона максимально возможного обогащения.

Наряду с оптимизацией выхода 82 Sr модульная компоновка каскадной мишени позволяет минимизировать основные мешающие примеси: 83 Sr и 85 Sr. Процедура минимизации та же, что и в случае оптимизации выхода 82 Sr. Разница лишь в том, что наработку 83 Sr и 85 Sr на каждом изотопе криптона осуществляют в энергетических областях его минимальной эффективности. Иными словами, наработку 83 Sr и 85 Sr будут осуществлять там, где сечения реакций образования 83 Sr и 85 Sr на данном конкретном изотопе криптона ниже, чем на любом другом изотопе. При этом выбор соответствующих энергетических диапазонов осуществляют с помощью энергетических зависимостей сечений реакций 80,82,83,84,86 Kr(α,xn) 83 Sr, 82,83,84,86 Kr(α,xn) 85 Sr, 82,83,84,86 Kr(3Не,xn) 83 Sr и 83,84,86 Kr(3Не,xn) 85 Sr, приводящих к образованию 83 Sr и 85 Sr.

На практике условия оптимизации выхода 82 Sr и минимизации содержания примесных активностей 83 Sr и 85 Sr могут противоречить друг другу. В этом случае, с учетом потребительских требований к целевому продукту, реализуют компромиссную компоновку каскадной криптоновой мишени.

Предложенный способ получения радиоизотопа 82 Sr обладает существенными достоинствами по сравнению с описанными в литературе аналогами:

Способ может быть реализован на относительно дешевых в эксплуатации ускорителях средних энергий (Е α,3He ≤60-70 МэВ).

Мишенное устройство может использоваться многократно.

Выделение 82 Sr из мишени не сопряжено с ее разрушением и проведением многоступенчатого радиохимического передела.

В данном методе активность основной мешающей примеси 85 Sr может быть снижена на порядок по сравнению с аналогами.

Предложенный способ получения радиоизотопа 82 Sr обладает существенными достоинствами по сравнению с прототипом:

Выход 82 Sr в каскадной мишени с изотопами криптона может быть поднят в несколько раз по сравнению с выходом мишени из природного криптона.

Активность основной мешающей примеси 85 Sr в данном способе может быть снижена на порядок по сравнению с прототипом.

Пример осуществления изобретения

Мишень, представляющую собой каскад из двух последовательно расположенных алюминиевых модулей с высокообогащенными изотопами криптона 80 Kr и 82 Kr (обогащение >99.9%, давление 300 кПа), устанавливали на пучок α-частиц энергией 60 МэВ и в процессе пороговых ядерных реакций 80,82 Kr(α,xn) 82 Sr накапливали в ней целевой радиоизотоп 82 Sr. На основании предварительно полученных авторами экспериментальных значений сечений реакций 80,82,83 Kr(α,xn) 82 Sr (см. фигуру) и для обеспечения максимального выхода 82 Sr в области Е α ≤60 МэВ каскадную криптоновую мишень изготовили из двух модулей с высокообогащенными изотопами криптона: с 80 Kr и 82 Kr, причем геометрическую границу между модулями с 80 Kr и 82 Kr, в виде Al фольги толщиной 100 мкм, установили на расстоянии 12 см (в области, где Е α ≈50 МэВ) от входа пучка α-частиц в первый модуль с 82 Kr. Длина второго модуля с 80 Kr, равная 29 см, обеспечивала полное торможение α-частиц с Е α ≈50 МэВ в 80 Kr. Использованная компоновка каскадной мишени позволила нарабатывать максимально возможное количество 82 Sr в области энергий α-частиц в диапазоне 60-50 МэВ (на изотопе 82 Кг) и максимально возможное количество 82 Sr в области энергий α-частиц в диапазоне от порога 80 Kr(α,xn) 82 Sr реакции до 50 МэВ (на изотопе 80 Kr). Кроме того, в модуле с 80 Kr наработали 82 Sr, лишенный примесной активности 85 Sr, так как реакции, инициированные α-частицами, с образованием 85 Sr на 80 Kr отсутствуют. После завершения облучения и до начала процедуры выделения 82 Sr 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 NH 4 Cl, смывающий со стенок каскадной мишени активности изотопов рубидия и стронция. Раствор NH 4 Cl 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.

Таким образом, данное изобретение позволяет увеличить в несколько раз выход 82 Sr по сравнению с выходом 82 Sr в мишени из природного криптона. Активность основной мешающей примеси 85 Sr в 82 Sr 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 (Е α3He ≤60-70 МэВ).

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.

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 80,82,83,84,86 Kr(α,xn) 82 Sr или соответственно одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86 Kr(3He,xn) 82 Sr накапливают в мишени целевой радиоизотоп 82 Sr.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника ускоренных частиц используют циклотрон или линейный ускоритель.

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц. Способ включает облучение мишени на ускорителе протонов и выделение 82Sr без носителя из облученной мишени. В качестве мишени берут изотоп 84Sr, мишень облучают пучком протонов, в процессе облучения в результате пороговой ядерной реакции 84Sr(р,3n)82Y в мишени нарабатывают и одновременно радиохимическим методом из мишени непрерывно извлекают 82Y, продукт распада которого, целевой радиоизотоп 82Sr (без носителя), далее выделяют радиохимическим методом. Техническим результатом является возможность производить 82Sr без носителя в области энергий протонов Ер≤30÷40 МэВ, возможность применения для производства 82Sr стандартных циклотронов с Ер≤30÷40 МэВ, возможность повысить интегральный выход 82Sr в схеме производства по реакции Rb(p,xn)82Sr на ускорителях с Ер=70÷100 МэВ для наработки 82Sr. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу получения изотопов для ядерной медицины. Способ включает облучение мишени нейтронами и выделение 177Lu из облученной мишени. В качестве мишени берут изотоп 176Yb, мишень облучают в потоке нейтронов ядерного реактора, в процессе облучения в результате ядерной реакции 176Yb(n,γ)177Yb в мишени нарабатывают 177Yb, продуктом распада которого целевой радиоизотоп 177Lu (без носителя) затем выделяют хроматографическим методом на ионообменной колонке. В качестве элюэнта для смыва 177Lu с колонки использовали 0.07 N раствор α-изомасляной кислоты. Очистку продукта от следов α-изомасляной кислоты осуществляли на второй ионообменной колонке. При этом элюат подкисляли до pH=1-2. 177Lu сорбировали на колонке, элюат с α-изомасляной кислотой направляли в отходы. Затем колонку промывали 100 мл дистиллированной воды, после чего элюировали 177Lu десятью миллилитрами 0.5 N HCl. Элюат упаривали досуха и смывали осадок HCl с pH=5.1. Техническим результатом является возможность производить радиоизотоп 177Lu без носителя в практически значимых количествах (десятки кюри) на стандартных исследовательских реакторах и применять для наработки, выделения и очистки радиоизотопа 177Lu отечественное сырье и химреактивы, а также обеспечение качества мечения при синтезе радиофармпрепаратов на основе 177Lu. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу получения 99mTc. Заявленный способ включает следующие стадии: получение раствора, содержащего 100Mo-молибдат-ионы; создание протонного луча с энергией, достаточной для того, чтобы при облучении 100Mo-молибдат-ионов индуцировать ядерную реакцию 100Mo(p,2n)99mTc; облучение раствора протонным лучом и индуцирование ядерной реакции 100Mo(p,2n)99mTc; применение метода экстрагирования для экстрагирования 99mTc из раствора. Кроме того, изобретение касается устройства для получения 99mTc, включающего раствор, содержащий 100Mo-молибдат-ионы; ускоритель для создания протонного луча с энергией, достаточной для того, чтобы при облучении 100Mo-молибдат-ионов индуцировать ядерную реакцию 100Mo(p,2n)99mTc, для облучения раствора и для индуцирования ядерной реакции 100Mo(p,2n)99mTc; секции экстрагирования для экстрагирования 99mTc из раствора. Техническим результатом является отсутствие необходимости в эксплуатации реакторов с высокообогащенным ураном для получения изотопов, в частности, для медицинской диагностики. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к средствам производства изотопов при помощи ускоренного пучка частиц. В заявленном способе ускоренный пучок частиц (11) направляют на первый исходный материал, содержащийся в мишенном блоке (15), в котором производят первый радиоактивный изотоп (19) посредством первой ядерной реакции. Таким образом пучок частиц затормаживают, далее пучок направляют на второй исходный материал, содержащийся в мишенном блоке (21), и производят второй радиоактивный изотоп (25) посредством второй ядерной реакции, при этом эффективное сечение для инициирования первой ядерной реакции показывает первый пик на первом энергетическом уровне частиц, эффективное сечение для инициирования второй ядерной реакции взаимодействием ускоренного пучка частиц со вторым исходным материалом показывает второй пик во втором энергетическом уровне частиц, имеющий значение ниже первого энергетического уровня частиц. Заявленное устройство содержит блок (13) ускорителя, первую мишень облучения с первым исходным материалом и расположенную за ней вторую мишень облучения со вторым исходным материалом. Техническим результатом является уменьшение потерь энергии на ускорение за счет возможности одноразового ускорения частиц, а также совмещение производства различных изотопов, требующего различных условий. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к способу получения содержащего 99mTc продукта реакции. В заявленном способе предусмотрено обеспечение подлежащей облучению мишени из металла 100Мо, облучение мишени из металла 100Мо пучком протонов с энергией для индуцирования ядерной реакции 100Мо(р,2n)99mTc, нагревание мишени из металла 100Мо до температуры свыше 300°С, извлечение возникающего 99mTc в мишени (15) из металла 100Мо в процессе экстракции сублимацией с помощью газа кислорода, который направляют над мишенью из металла 100Мо с образованием оксида технеция 99mTc. Устройство для получения содержащего 99mTc продукта реакции содержит мишень из металла 100Мо, ускорительный блок для создания пучка протонов, предназначенного для направления на мишень из металла 100Мо, так что при облучении мишени из металла 100Мо пучком протонов индуцируется ядерная реакция 100Мо(р,2n)99mTc, подвод газа для направления газа кислорода на облучаемую мишень из металла 100Мо для образования оксида технеция 99mTc, отвод газа для отведения сублимированного оксида технеция 99mTc. Техническим результатом является возможность получения технеция непосредственно на основе ядерной реакции, которая происходит за счет взаимодействия пучка протонов с атомами молибдена. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц. Способ получения радиоизотопа стронций-82 (82Sr) по реакции Rb(p,xn)82Sr включает облучение мишени протонами, в качестве которой используют раствор или расплав одного или нескольких химических соединений рубидия или их взвесь в жидком носителе, и осуществление их циркуляции в замкнутом контуре через зону облучения протонами, нарабатывая в мишени по реакции 85Rb(p,4n)82Sr и(или) реакции 87Rb(p,6n)82Sr радиоизотоп 82Sr, и выделение 82Sr из облученной мишени после облучения или непосредственно во время облучения радиохимическим методом. Изобретение обеспечивает снижение взрывоопасности способа, расширение функциональности, возможность использования многоразового мишенного устройства, позволяющего исключить затраты на его изготовление и возможность автоматизации способа. 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 9 табл.

Изобретение относится к способу получения радионуклида 149Tb, используемого в ядерной медицине. Способ включает облучение на ускорителе заряженных частиц легкими ядрами 3Не (или 4Не) мишени из металлического европия или его соединений и наработку в мишени в результате ядерных реакций 151Eu(3He,5n)149Tb и (или) 153Eu(3He,7n)149Tb (либо, соответственно, 151Eu(4He,6n)149Tb и(или) 153Eu(4He,8n)149Tb) радионуклида 149Tb, который после облучения извлекают из мишени либо методом твердотельной экстракции, либо методом электромагнитного разделения изотопов. Техническими результатами является возможность использования в качестве материала мишени металлического европия или его соединений природного изотопного состава, возможность использования для наработки 149Tb относительно ускорителей 4Не и 3Не средних энергий, возможность использовать для выделения 149Tb без носителя методы экстракционной хроматографии либо электромагнитного разделения изотопов, возможность обеспечить выход 149Tb, приемлемый как для проведения доклинических и клинических исследований, так и для дальнейшего использования. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к способу получения технеция-99m из молибдена-100 в виде металлического порошка. Способ включает стадии (i) облучения в преимущественно не содержащей кислорода среде отвержденной покрытой металлическим Мо-100 пластины-мишени протонами, излучаемыми циклотроном, (ii) растворения ионов молибдена и ионов технеция из облученной пластины-мишени в растворе Н2О2 с получением окисного раствора, (iv) доведения рН окисного раствора до около 14, (v) подачи окисного раствора со скорректированным рН через колонну со смолой с целью иммобилизации на ней ионов К и элюирования из нее ионов К2[МоО4], (vi) элюирования связанных ионов К из колонны со смолой, (vii) подачи элюированных ионов К через колонну с окисью алюминия с целью иммобилизации на ней ионов K, (viii) промывания ионов K водой, (ix) элюирования ионов К солевым раствором, и (x) извлечения ионов K. Техническим результатом является повышение эффективности получения технеция-99 с однородным размером частиц. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 29 ил.

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц

Изобретение относится к способу получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц. Способ включает облучение мишени на ускорителе протонов и выделение 82 Sr без носителя из облученной мишени. В качестве мишени берут изотоп 84 Sr, мишень облучают пучком протонов, в процессе облучения в результате пороговой ядерной реакции 84 Sr(р,3n) 82 Y в мишени нарабатывают и одновременно радиохимическим методом из мишени непрерывно извлекают 82 Y, продукт распада которого, целевой радиоизотоп 82 Sr (без носителя), далее выделяют радиохимическим методом. Техническим результатом является возможность производить 82 Sr без носителя в области энергий протонов Е р ≤30÷40 МэВ, возможность применения для производства 82 Sr стандартных циклотронов с Е р ≤30÷40 МэВ, возможность повысить интегральный выход 82 Sr в схеме производства по реакции Rb(p,xn) 82 Sr на ускорителях с Е р =70÷100 МэВ для наработки 82 Sr. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

В нашей стране в связи с планируемым строительством ПЭТ центров указанный изотопный генератор должен также найти широкое применение.

Указанный генератор - компактен, может быть легко доставлен в любую клинику, в том числе на большие расстояния, и эксплуатироваться достаточно длительное время. При этом нет необходимости иметь и эксплуатировать в клинике циклотрон (громоздкое и дорогостоящее оборудование, требующее специального помещения и обслуживающего персонала).

Настоящее изобретение может быть использовано для производства радиоизотопа 82 Sr в практически значимых количествах на стандартных, относительно дешевых в эксплуатации и достаточно широко распространенных в мире ускорителях протонов средних энергий (Е р ≤30÷40 МэВ). (В настоящее время 82 Sr производят на ускорителях высоких энергий (E p ≈100÷800 МэВ), предназначенных для фундаментальных исследований.)

Традиционные методы получения циклотронных радиоизотопов предполагают в каждом цикле производства использование последовательности технологических операций, осуществляемых, как правило, в ручном режиме: изготовление и монтаж одноразовой мишени на ионопроводе ускорителя, демонтаж облученной мишени, механическое вскрытие мишени, растворение активного вещества. Все эти операции достаточно трудоемки, дорогостоящи и должны проводиться в специальных условиях. В отличие от традиционных методов предлагаемый способ получения 82 Sr позволяет достаточно просто автоматизировать процедуру извлечения 82 Sr из мишени в непрерывном режиме во время наработки, исключив из процедуры выделения стронция из мишени трудоемкие и дорогостоящие операции радиохимического передела, свойственные другим методам.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время 82 Sr получают облучением протонами (E p ≈100÷800 МэВ) твердотельных мишеней из молибдена, металлического рубидия или его соединений на ускорителях высоких энергий.

Известен способ получения 82 Sr 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.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 82 Sr. Длительность облучения различных мишеней составляла от 2 до 30 суток. Номинальный ток пучка протонов - 500 мкА. Затем мишени растворяли в смеси азотной и фосфорной кислоты в присутствии перекиси водорода. После чего многоступенчатым химическим переделом выделяли 82 Sr.

Этот способ имеет существенные недостатки, заключающиеся в следующем:

Для получения 82 Sr используется уникальная дорогостоящая установка, в основном предназначенная для фундаментальных исследований: мезонная фабрика Лос-Аламосской национальной лаборатории США;

Наряду со 82 Sr в мишени образуется большое количество радиоактивных примесей;

Известно, что одним из существенных факторов, определяющих качество 82 Sr, является его радионуклидная чистота. Основные радионуклидные примеси - 83 Sr и 85 Sr. Активность 83 Sr может быть в значительной степени снижена выдержкой облученной мишени (T 1|2 =32.4 часа для 83 Sr). Что же касается долгоживущего 85 Sr (T 1|2 =64.73 дня), то его присутствие в 82 Sr значительно увеличивает дозовую нагрузку на пациента и медперсонал и осложняет проведение исследований ПЭТ методом (при частичном «проскоке» стронция в разделительной колонке 82 Sr- 82 Rb изотопного генератора), так как 85 Sr имеет интенсивную линию E γ =514 кэВ, близкую к аннигиляционной линии 82 Rb (E γ =511 кэВ). Кроме того, присутствие 85 Sr существенно повышает требования к радиационной защите 82 Sr- 82 Rb изотопного генератора и уменьшает срок его службы до перезарядки.

Известен способ получения 82 Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из металлического рубидия (Жуйков Б.Л., Коханюк В.М., Глушенко 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 диски 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 пучком протонов с энергией 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.

К недостаткам данного способа, как и в предыдущем примере, можно отнести:

Использование для получения 82 Sr дорогостоящего ускорителя высоких энергий (линейный ускоритель ИЯИ РАН, г. Троицк);

Технология основана на использовании одноразовой мишени;

Кроме того, существенным недостатком данного способа следует считать высокую потенциальную взрывоопасность, обусловленную использованием металлического рубидия.

Известен способ получения 82 Sr 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 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, №2, p.p.135-143). При использовании в качестве мишени природного криптона и ускоренных α-частиц или 3Не с начальной энергией 60÷80 МэВ наработка 82 Sr возможна на всех изотопах Kr за исключением 78 Kr. Однако наработка 82 Sr на каждом из изотопов при использовании природного криптона не оптимальна, так как величины сечений ядерных реакций, приводящих к образованию 82 Sr на каждом из изотопов криптона, изменяются в широком диапазоне (от 0 до σ max) в энергетическом интервале торможения в мишени заряженных частиц.

Относительно низкий выход 82 Sr в мишени из природного криптона;

Известен способ получения радиоизотопа 82 Sr по реакциям 80,82,83,84,86 Kr(α,xn) 82 Sr либо 80,82,83,84,86 Kr(3Не,xn) 82 Sr (Загрядский В.А., Латушкин С.Т., Новиков В.И., Оглоблин А.А., Унежев В.Н., Чувилин Д.Ю., Шатров А.В., Ярцев Д.И.; Патент №2441290 от 27.01.2012 г. "Способ получения радиоизотопа стронций-82"). Способ включает облучение на циклотроне или линейном ускорителе пучком α-частиц или ядер 3Не каскадной мишени, состоящей из модулей с изотопами криптона, расположенными последовательно, в порядке убывания их атомных масс по направлению пучка ускоренных частиц, и накопление в ней в процессе одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86 Kr(α,xn) 82 Sr или, соответственно, одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86 Kr(3Не,xn) 82 Sr целевого радиоизотопа 82 Sr.

К недостаткам данного способа можно отнести эксплуатационные ограничения оптимальной по выходу 82 Sr каскадной мишени, состоящие в необходимости жесткого согласования длины модулей с изотопами криптона с током пучка и давлением газа в них. Необходимость указанного согласования связана с появлением градиента плотности газа в мишени под действием пучка заряженных частиц и, как результат, изменением оптимальных длин пробега в модулях каскадной мишени.

В качестве прототипа выбран способ получения 82 Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из хлорида рубидия (Mausner L.F., Prach Т., Srivastava S.C. Production of 82 Sr by Proton Irradiation of RbCl. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v.38, №3, p.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 хлоридом 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 NH 4 OH:0.1 M NH 4 Cl и после многоступенчатого радиохимического передела выделяли 82 Sr.

К недостаткам данного способа можно отнести:

Использование для получения 82 Sr дорогостоящего ускорителя высоких энергий;

Достаточно сложна процедура изготовления мишени;

Технология основана на использовании одноразовой мишени;

Выделение 82 Sr сопряжено с необходимостью проведения многоступенчатого радиохимического передела мишени;

Раскрытие изобретения

Техническими результатами являются:

1) Возможность производить 82 Sr в принципиально иной (отличной от традиционной) области энергий протонов (Е р ≤30÷40 МэВ), что позволяет применять для производства 82 Sr принципиально иной класс установок: стандартные, относительно дешевые в эксплуатации и достаточно широко распространенные в мире циклотроны с Е р ≤30÷40 МэВ.

2) Возможность значительно повысить интегральный выход 82 Sr при использовании известной схемы наработки по реакции Rb(p,xn) 82 Sr на ускорителях с Е р =70÷100 МэВ за счет дополнительного использования протонов с Е р <40 МэВ (порога реакции Rb(p,xn) 82 Sr) для наработки 82 Sr по реакции 84 Sr(р,3n) 82 Y→ 82 Sr (каскадная мишень).

3) Использование многоразовой мишени, позволяющей исключить затраты на изготовление новых мишеней для каждого нового цикла облучения.

4) Возможность относительно просто автоматизировать выделение 82 Sr, отказавшись от классических технологических операций, реализуемых при радиохимическом переделе мишени, и осуществляемых, как правило, в ручном режиме.

5) Значительное снижение по сравнению с прототипом основной мешающей активности 85 Sr.

Для достижения указанных результатов предложен способ получения радиоизотопа 82 Sr, включающий облучение мишени протонами и выделение 82 Sr из облученной мишени, при этом в качестве мишени берут изотоп 84 Sr, в процессе облучения которого в результате пороговой ядерной реакции 84 Sr(p,3n) 82 Y в мишени нарабатывают и одновременно радиохимическим методом из мишени непрерывно извлекают 82 Y, продукт распада которого, целевой радиоизотоп 82 Sr без носителя, затем выделяют радиохимическим методом.

При этом изотоп 84 Sr входит в состав химического соединения, водный раствор которого в замкнутом контуре циркулирует через зону облучения протонами и через центробежный экстрактор, в котором экстракционным методом нарабатываемый 82 Y отделяют от стронция мишени.

Фигура иллюстрирует принципиальную схему реализации способа наработки и выделения 82 Sr.

1. Мишень.

2. Экстрактор.

3. Реэкстрактор.

4. Контур водной фазы.

5. Контур органической фазы.

6. Контур водной фазы.

р - Пучок протонов с Ер≤30÷40 МэВ.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут водный раствор соединения стронция, обогащенного по изотопу 84 Sr, и помещают в замкнутый контур, в котором осуществляют принудительную циркуляцию раствора через зону облучения протонами 1 (см. чертеж) и центробежный экстрактор 2. В зоне облучения 1 по реакции 84 Sr(р,3n) 82 Y нарабатывают 82 Y, имеющий период полураспада 10 мин. 82 Y по контуру 4 направляют в центробежный экстрактор 2, где экстрагируют в органическую фазу, принудительно циркулирующую в контуре 5. При этом стронций мишени остается в контуре 4. Затем 82 Y по контуру 5 направляют в центробежный реэкстрактор 3, где реэкстрагируют в водную фазу принудительно циркулирующую в контуре 6. В контуре 6 в течение времени облучения мишени протонами накапливают 82 Y и продукт его распада 82 Sr. Суммарное время движения 82 Y по контуру 4 от зоны облучения 1 до экстрактора 2, экстракции из водной фазы в органическую фазу, движения по контуру 5 от экстрактора 2 до реэкстрактора 3 и реэкстракции из органической фазы контура 5 в водную фазу контура 6 составляет около 1 минуты. Через несколько часов выдержки после облучения (распада 82 Y) 82 Sr без носителя из контура 6 направляют на доочистку сорбционным методом (на фигуре не показано).

Предложенный способ получения радиоизотопа 82 Sr обладает существенными достоинствами по сравнению с описанными в литературе аналогами и прототипом:

Способ может быть реализован на относительно дешевых в эксплуатации и широко распространенных в мире ускорителях средних энергий (Е р ≤30÷40 МэВ).

Мишенное устройство может использоваться многократно.

Выход 82 Sr приемлем для практического использования.

Выделение 82 Sr из мишени легко поддается автоматизации и не сопряжено с необходимостью ее разрушения и проведения многоступенчатого радиохимического передела.

Активность основной мешающей примеси 85 Sr при использовании стронция, обогащенного по изотопу 84 Sr, может быть снижена на порядок по сравнению с прототипом.

Пример осуществления изобретения

Мишенное устройство, представляющее собой компактный медный цилиндр с внутренней цилиндрической полостью h×d=10×15 (мм) с торцевым окном из Мо фольги толщиной 50 мкм, устанавливали на пучок протонов с Е р =32 МэВ циклотрона У-150 НИЦ «Курчатовский институт». Через мишенное устройство 1 (см. чертеж) и через центробежный экстрактор 2 по замкнутому контуру 4 с помощью насоса прокачивали водный раствор SrCl 2 (Sr естественного изотопного состава) в 0,1 М HCl (водная фаза). Одновременно в контуре 5 с помощью насоса обеспечивали циркуляцию 50% раствора D2-этилгексилфосфорной кислоты в толуоле, а в контуре 6 - циркуляцию водного раствора 3 М HCl.

Под действием пучка протонов в мишенном устройстве в результате реакции 84 Sr(p,3n) 82 Y нарабатывали 82 Y. Затем 82 Y потоком водной фазы по контуру 4 транспортировали в центробежный экстрактор, где экстрагировали его 50% раствором D2-этилгексилфосфорной кислоты в толуоле (органическая фаза). После этого потоком органической фазы 82 Y транспортировали по контуру 5 в центробежный реэкстрактор 3, где реэкстрагировали 82 Y раствором 3 М HCl в водную фазу контура 6. В контуре 6 накапливали 82 Y и продукт его распада 82 Sr (без носителя). После окончания облучения и выдержки (для распада 82 Y) в течение 2 часов 82 Sr направляли на доочистку сорбционным методом. Суммарное время движения 82 Y по контуру 4 от зоны облучения 1 до экстрактора 2, экстракции из водной фазы в органическую фазу, движения по контуру 5 от экстрактора 2 до реэкстрактора 3 и реэкстракции из органической фазы контура 5 в водную фазу контура 6 составляло около 1 минуты.

Коэффициент разделения иттрия и стронция центробежным экстрактором 2 составил величину 10 6 . Выход 82 Sr при концентрации SrCl 2 в растворе 0.6 г/мл (с учетом приведения к обогащению по изотопу 84 Sr до 100%) составил величину 112 мкКи/мкА час.

Формула изобретения

1. Способ получения радиоизотопа 82 Sr, включающий облучение мишени протонами и выделение 82 Sr из облученной мишени, отличающийся тем, что в качестве мишени берут изотоп 84 Sr, в процессе облучения которого в результате пороговой ядерной реакции 84 Sr(р,3n) 82 Y в мишени нарабатывают и одновременно радиохимическим методом из мишени непрерывно извлекают 82 Y, продукт распада которого, целевой радиоизотоп 82 Sr без носителя, затем выделяют радиохимическим методом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изотоп 82 Sr входит в состав химического соединения, водный раствор которого в замкнутом контуре циркулирует через зону облучения протонами и через центробежный экстрактор, в котором экстракционным методом нарабатываемый 82 Y отделяют от стронция мишени.

Филатова Александра Михайловна

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П.Константинова

Цель проекта: Цель, которую преследует представляемая работа, является очень важной составной частью проекта РИЦ-80. Она заключается в разработке высокоэффективного мишенного устройства для получения генераторного изотопа 82 Sr, используемого для обследования пациентов методом позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ). Стронций-82 (период полураспада 25,5 дн.) – один из самых важных медицинских радионуклидов. Он служит для изготовления генераторов дочернего рубидия-82 (период полураспада 1,27 мин), применяемого в позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. Стронций-82 нельзя производить на реакторах, а также на циклотронах низких энергий. Дочерний рубидий-82 является позитронно-излучающим радионуклидом, который ведет себя также, как и 201 Tl, поглощаясь мышцей миокарда. Высоко-энергичные фотоны аннигиляции (511 кэВ) позволяют достигать высокой степени разрешения получаемых изображений. Как было показано, диагностические изображения, полученные с 82 Rb значительно четче, чем с 201 Tl или с 99m Tc. Очень короткое время жизни 82 Rb позволяет проводить обследования по получению изображения менее чем за 30 минут по сравнению с несколькими часами, когда используется 201 Tl или 99m Tc. В то же время, благодаря почти месячному времени жизни материнского изотопа стронция-82, фармпрепарат, содержащий стронций-82, может доставляться без существенных потерь в очень отдаленные районы.

Описание проблемы: Ежегодная смертность от сердечно-сосудистых заболеваний в России составляет около 1,3 млн человек. Ежедневно в России заболевают раковыми заболеваниями около 1250 человек. За год эта цифра составляет около 450 000 человек. На диспансерном учете стоят почти 2,4 млн человек. В общей онкозаболеваемости и смертности неуклонно растет доля детского населения и молодых людей репродуктивного возраста.

Основная причина высокой смертности в Российской Федерации от вышеуказанных заболеваний состоит в том, что Российская медицина за последние двадцать лет очень сильно отстала в использовании ядерных методов, широко используемых в настоящее время в диагностике и медицине в развитых странах. Использование данных методов позволяет диагностировать и лечить многие заболевания на очень ранней стадии их возникновения. Еще одна причина существенного отставания отечественной ядерной медицины – отсутствие современного или модернизированного радиодиагностического оборудования.

Краткая аннотация проекта: Сегодня в России производством циклотронных радионуклидов медицинского назначения активно занимаются немногим более десятка организаций. Практически все вышеупомянутые циклотроны имеют энергию бомбардирующих частиц до 30 МэВ, и набор производимых на них нуклидов очень сильно ограничен. Циклотрон РНЦ «Курчатовский институт» является в настоящее время единственным циклотроном, обеспечивающим получение внешних пучков протонов с энергией более 30 МэВ. В результате только на этом циклотроне производится йод-123 высокой радионуклидной чистоты из ксенона-124.

В ПИЯФ РАН создается проект установки РИЦ-80, предназначенной для получения медицинских радионуклидов на пучке строящегося в ПИЯФ циклотрона Ц-80. Энергия выведенного на мишень пучка протонов будет составлять 40-80 МэВ, интенсивность 100-200 микроампер. Установка будет иметь две радиохимические мишенные станции, что позволит увеличить эффективность использования протонного пучка, так как во время радиационного остывания облученной мишени, в которой был наработан долгоживущий радионуклид, на другой мишени с другим мишенным веществом может нарабатываться другой радиоизотоп. Использование масс-сепаратора на третьей мишенной станции позволит получать разделенные изотопные пучки ряда медицинских радионуклидов высокой чистоты, имплантированные в соответствующий коллектор, из которого они могут быть легко извлечены. Мишенные станции будут оборудованы специальными устройствами для съема высокорадиоактивных мишеней, погрузки их в защитные контейнеры и безопасной транспортировки в места хранения, или к горячим камерам для последующей обработки и приготовления соответствующих фармпрепаратов.

Уникальность установки РИЦ-80 состоит в том, что, являясь самой крупной в России циклотронной установкой по энерговыделению выведенного пучка, аккумулированному на наработку радионуклидов и имея достаточно высокую энергию бомбардирующих частиц (протоны энергии до 80 МэВ), она обеспечивает возможность производства высокоактивных источников практически всего перечня ускорительных радионуклидов.

Проводимая в настоящее время работа является первым и очень важным этапом получения генераторного изотопа стронция-82, а также других медицинских радионуклидов в ПИЯФ. Эксперименты проводятся на экспериментальной базе установки ИРИС на пучке работающего синхроциклотрона ПИЯФ с использованием опыта разработок мишенных устройств и результатов их исследований, накопленных за 35 лет функционирования данной установки.

Для выполнения поставленной задачи предлагается следующий план работ:

Провести расчеты с применением кода «FLUKA» количества стронция-82 и других вышеуказанных радионуклидов, произведенных при облучении мишеней-пробников из различных материалов толщиной около 2г/см 2 на пучке протонов синхроциклотрона ПИЯФ.

Изготовить мишени-пробники из соответствующих мишенных материалов и облучить их на пучке протонов синхроциклотрона.

Определить количество произведенных медицинских радионуклидов путем измерения соответствующих гамма спектров из облученных мишеней.

Провести высокотемпературное выделение с использованием масс-сепараторной мишени наработанных на пучке медицинских радионуклидов.

Определить температурные режимы выделения каждого медицинского радионуклида из его мишенного вещества.

На основе полученных результатов разработать рабочие прототипы мишенно-ионных устройств для их использования на масс-сепараторе для получения разделенных медицинских радионуклидов.

Информация о научной новизне проекта: Разработка новых высокоэффективных мишенных устройств для получения разделенных медицинских изотопов высокой чистоты.

Внедрение масс-сепараторного метода, который является инновационным для получения медицинских радионуклидов, позволит получать широкий спектр разделенных медицинских радионуклидов высокой чистоты. Кроме того, используемый масс-сепараторный метод позволит получать и использовать для целей диагностики короткоживущие нуклиды с периодами полураспада до нескольких десятков минут, что в настоящее время недостижимо при использовании традиционных радиохимических методов.