Статья:

Получение медицинского генераторного радиоизотопа стронций-82

Конференция: II Студенческая международная научно-практическая конференция «Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум»

Секция: Химия

Выходные данные
Пронин Е.В. Получение медицинского генераторного радиоизотопа стронций-82 // Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. II междунар. студ. науч.-практ. конф. № 2(2). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_nature/2(2).pdf (дата обращения: 29.05.2024)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Получение медицинского генераторного радиоизотопа стронций-82

Пронин Евгений Викторович
студент, Санкт-Петербургский государственный университет, РФ, г. Санкт-Петербург
Ермоленко Юрий Евгеньевич
научный руководитель, д-р. хим. наук, профессор кафедры радиохимии, Санкт-Петербургский государственный университет, РФ, г. Санкт-Петербург
Пантелеев Владимир Николаевич
научный руководитель, ст. науч. сотр., канд. физ.-мат. наук, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург
Кротов Сергей Алексеевич
научный руководитель, аспирант, Санкт-Петербургский государственный университет, РФ, г. Санкт-Петербург
Барзах Анатолий Ефимович
научный руководитель, ведущий научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург
Батист Леонид Хаимович
научный руководитель, ст. науч. сотр., канд. физ.-мат. наук, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург
Фёдоров Тимофей Тарасович
научный руководитель, ст. науч. сотр., канд. физ.-мат. наук, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург
Иванов Виктор Сергеевич
научный руководитель, ст. науч. сотр., канд. физ.-мат. наук, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург
Молканов Павел Леонидович
научный руководитель, научный сотрудник, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург
Орлов Станислав Юрьевич
научный руководитель, науч. сотр., НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург
Селиверстов Максим Дмитриевич
научный руководитель, ст. науч. сотр., канд. физ.-мат. наук, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург
Волков Юрий Михайлович
научный руководитель, ст. науч. сотр., канд. физ.-мат. наук, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, РФ, г. Санкт-Петербург

 

Введение

Последние десятилетия отмечены интенсивным внедрением методов ядерной физики и других наукоемких технологий в области, непосредственно связанной с качеством человеческой жизни и, в частности, с развитием совершенно новых областей медицины. Одним из наиболее перспективных направлений является ядерная медицина. Уникальность методов ядерной медицины состоит в том, что они позволяют диагностировать функциональные отклонения жизнедеятельности органов на самых ранних стадиях болезни, когда человек еще не чувствует симптомы заболевания. Однако для использования подобных методик требуются высокочистые и зачастую дефицитные изотопы. Производство изотопов с позитронной эмиссией, позволяющей использовать их в ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии), очень важно для развития методов диагностики заболеваний. Совмещение экспериментальных методов ядерной физики и сверхчувствительных методик детектирования создают прекрасную перспективу для развития методик диагностики и терапии заболеваний в современной медицине. Для разработки и использования данных методов в Петербургском Институте Ядерной Физики Национального Исследовательского Центра “Курчатовсий Институт” был построен и запущен сильноточный протонный циклотрон Ц-80, а также разработан проект радиоизотопного комплекса РИЦ-80 (Радиоактивные Изотопы на циклотроне Ц-80). Одной из основных задач проекта является разработка и создание трех мишенных станций, а также мишенных устройств для производства медицинских радионуклидов. На РИЦ-80 планируется производить весь спектр наиболее используемых в настоящее время медицинских радионуклидов, включая генераторный ПЭТ радионуклид 82Sr.

 

Рисунок 1. Циклотрон Ц-80 (ПИЯФ) на первом этаже экспериментального зала синхроциклотрона Ц-1000

 

Ускоритель размещен на первом этаже экспериментального зала синхроциклотрона ПИЯФ и рассчитан на получение протонных пучков с энергией 40–80 МэВ и током до 200 мкА, предназначенных для получения широкого спектра медицинских радионуклидов и для лечения злокачественных глазных образований.

Получение 82Sr из облученного материала RbCl.

Для получения радионуклида 82Sr, являющегося материнским для 82Rb, в качестве мишенного вещества использовался порошок RbCl. В таблице 1 приведены бета и гамма распадные характеристики стронциево-рубидиевого генератора.

Таблица 1.

Распадные характеристики изотопов 82Sr и 82Rb

Изотоп

T1/2

Тип распада

Энергия МэВ

Sr-82

25 дней

ЭЗ

 

Rb-82

1,3 мин

β +

0,511γ 0,776γ

3.18β

 

Радионуклид 82Sr с периодом полураспада 25 дней является материнским для 82Rb (T1/2= 1,3 минуты), который применяется в ПЭТ для диагностики заболеваний сердечно сосудистой системы и опухолей мозга. Метод позитронно-эмиссионной томографии наиболее эффективен для бесконтактного изучения перфузии миокарда при диагностировании и прогнозировании пациентов с подозрением на заболевание коронарной артерии. Использование рубидия-82 позволяет проводить оценку перфузии миокарда с высокой чувствительностью а также может применяться при изучении функций головного мозга, желудочно-кишечного тракта, печени и почек. Для выделения из мишенного вещества целевого изотопа стронция был использован новый высокотемпературный метод, так называемый метод «сухого» выделения. Мишенное вещество, металлический рубидий, или соль хлористого рубидия облучали на пучке протонов 1 ГэВ синхроциклотрона ПИЯФ. Стронций-82 получался в реакции 85,87Rb(p;4,6n) 82Sr. После радиационного остывания, облученное мишенное вещество загружали в контейнер из нержавеющей стали, или из тантала с отверстием в верхней крышке. Контейнер помещали в печь, которая нагревалась в вакуумном объеме испытательного стенда (рисунки 2,3).

 

Рисунок 2. Испытательный высоковакуумный стенд для разделения мишенного вещества и целевого радионуклида

 

Рисунок 3. Высокотемпературный Ta-W контейнер для нагрева мишенного материала

 

На рисунке 4 представлена схема прототипа высокоэффективного мишенного устройства, который включает в себя танталовую печь, помещенный в нее танталовый контейнер с облученным мишенным веществом , танталовые тоководы с водно-охлаждаемыми медными держателями и медный коллектор, на который высаживается выделяемый радионуклид. После размещения контейнера в печи вакуумный объем испытательного стенда герметично закрывался и откачивался до высокого вакуума. Затем температура плавно повышалась до 800 0С. При данной температуре не наблюдалось заметного испарения мишенного вещества, а также целевого радионуклида стронция из нагреваемого контейнера. Затем температуру поднимали до 900 - 1000 0С и в течение часа высаживали мишенное вещество RbCl в балластный объем. Так как летучесть атомов стронция (как показал эксперимент) значительно ниже, чем летучесть атомов мишенного вещества в указанном диапазоне температур, целевой радионуклид 82Sr при нагреве полностью оставался в контейнере. Оставшийся в мишенной капсуле стронций может быть испарен из мишенной капсулы при более высокой температуре на охлаждаемый коллектор, или смыт с ее внутренней поверхности небольшим количеством раствора соляной или азотной кислоты.

 

Рисунок 4. Прототип высокоэффективного мишенного устройства

 

Эффективность выделения мишенного вещества и целевого радионуклида определялась по изменению площадей соответствующих гамма-линий, измеренных до и после нагрева контейнера с облученным мишенным веществом. На рисунке 5 представлена часть гамма спектра облученного RbCl в контейнере до и после нагрева при температуре ниже 800 0С в течение одного часа. Как мы видим из характерных гамма линий рубидия и стронция, при данной температуре и мишенное вещество и целевой радионуклид полностью остаются в контейнере. На рисунке 6 представлена часть гамма спектра до и после нагрева до 900 0С, с нагреванием образца при данной температуре в течение одного часа. Исчезновение гамма линия рубидия-83 наглядно демонстрирует, что при данной температуре мишенное вещество RbCl полностью улетучилось, а неизменность площади гамма-линии 776 кэВ показывает полное сохранение целевого радионуклида Sr-82 внутри контейнера.

 

Рисунок 5. Часть гамма-спектра облученного RbCl до и после нагрева в высоком вакууме при температуре ниже 800°С.

Рисунок 6. Часть гамма-спектра облученного RbCl до и после нагрева в высоком вакууме при температуре 900°С и выше

 

Заключение

В рамках данного исследования было продемонстрировано, что разработанный инновационный метод высокотемпературного высоко­вакуумного разделения радионуклидов может быть использован для получения радиоизотопного генератора Sr-82/Rb-82. Также было показано, что данный метод позволяет проводить непосредственно в мишенном устройстве разделение мишенного вещества (RbCl) и целевых радионуклидов (изотопы стронция) с эффективностью лучше, чем 99,9%.

На основе проведенных исследований разработан прототип нового высокоэффективного мишенного устройства для изотопного комплекса РИЦ-80.

 

Список литературы:
1. V.N. Panteleev, A.E. Barzakh, L.Kh. Batist, D.V. Fedorov, A.M. Filatova, V.S. Ivanov, K.A. Mezilev, F.V. Moroz, P.L. Molkanov, S.Yu. Orlov, Yu.M. Volkov, Project of The Radioisotope Facility RIC-80 at PNPI. // Ed. by Alkhazov G.D. High Energy Physics Division: Main scientific Activities – Gatchina, 2013, 
P. 278–282 (http://hepd.pnpi.spb.ru/hepd/articles/PNPI_2007–2012.pdf).
2. Panteleev V.N., Barzakh A.E., Batist L.Kh., D.V. Fedorov, A.M. Filatova, V.S. Ivanov, F.V. Moroz, P.L. Molkanov, S.Yu. Orlov, Yu.M. Volkov, Status of The Project of Radioisotope Complex RIC-80 (Radioisotopes at Cyclotron C-80) at PNPI. // Ed. by Ristić G. Proceedings of the Third International Conference on Radiation and Applications in Various Fields of Research. – Budva, Montenegro, 2015, P. 51–56.
3. Chatal J.-F, Rouzet F., Haddad F., Bourdeau C., Mathieu C., Le Guludec D., Story of Rubidium-82 and Advantages for Myocardial Perfusion PET Imaging//Front. Med., 2015, 2, 65 (doi: 10.3389/fmed.2015.00065
4. В.Н. Пантелеев, патент № 2598089 “Способ получения радионуклида стронция-82”.
5. V. N. Panteleev , A. E. Barzakh, L. Kh. Batist, D. V. Fedorov, V. S. Ivanov, S. A. Krotov, F. V. Moroz, P. L. Molkanov, S. Yu. Orlov, Yu. M. Volkov, Target development for medical radionuclides 67Cu and 82Sr production. Pages: 43-47 DOI: 10.21175/RadProc.2017.10