Физические и химические основы производства...
TRANSCRIPT
Физические основы
производства радионуклидов
Р.А. Алиев,
НИИ Ядерной физики МГУ
1
2
Нуклидная карта
N
Z
ЭЗ, +
-
спонтанное деление
гипотетические ядра
линия стабильности
Ru 95
Mo 93Mo 91Mo 90Mo 89Mo 88
Tc 95
Ru 94
Mo 92
Tc 94Tc 93
Ru 96
Mo 94
Nb 93Nb 92 Nb 94 Nb 95 Nb 96 Nb 97Nb 91Nb 90
Tc 96
Ru 97
Mo 95
Tc 97
Ru 98
Mo 96
Tc 98
Ru 99
Mo 97
Tc 99 Tc 100 Tc 101 Tc 102 Tc 103
Ru 100
Mo 98
Ru 101
Mo 99
Ru 102
Mo 100Mo 100 Mo 101Mo 102 Mo 103
Ru 103 Ru 104 Ru 106 Ru 107Ru 105
3
Механизм реакции
1 i 2
4
Различные каналы реакции
69Ga+p
69Ge+n
68Ge+2n
67Ge+3n
68Ga+p+n
68Ga+ +n
67Ga+p+2n
70Ge*
66Zn+
0
200
400
600
800
10 20 30 40 50
s,
мб
ар
н
Энергия возбуждения, МэВ
0
200
400
600
800
10 20 30 40 50
s, м
ба
рн
Энергия возбуждения, МэВ
69Ge
68Ge
68Ga
67Ga
65Zn
67Ge
a)
б)Соотношение продуктов реакции определяется энергией возбуждения составного ядра и не зависит от того, из каких компонентов оно получено
5
Реакции под действием
заряженных частиц (функция
возбуждения)
E EEпор
s s
Экзотермический процесс Эндотермический процесс
r
Потен
циа
льна
я э
нер
гия
6
Реакции под действием
заряженных частиц (функция
возбуждения)
(p,n)
(p,2n) (p,3n)
(p,4n) (p,5n)
(p,6n)
(p,7n)
0 10
10
1 00
1 000
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Энергия протонов, МэВ
Се
чен
ие
, м
бар
н
7
Реакции под действием
нейтронов • Преобладающим процессом в области низких
энергий нейтронов является радиационный захват (n,γ)
• сечение растет с уменьшением энергии как 1/v (нет кулоновского барьера)
• в области 0,5 эВ – 1000 эВ, наблюдаются максимумы сечения, обусловленные резонансными эффектами
• Сечения радиационного захвата тепловых и эпитепловых нейтронов могут быть очень большими, вплоть до 104-106 барн.
• Сечения захвата быстрых (~ 1 МэВ) нейтронов часто близки к геометрическому сечению ядра
8
Реакции под действием
нейтронов
1,0E-03
1,0E-01
1,0E+01
1,0E+03
1,0E+05
1,0E-05 1,0E-03 1,0E-01 1,0E+01 1,0E+03 1,0E+05 1,0E+07 1,0E+09
Энергия нейтрона, эВ
Сечение, барн
9
Изотопные генераторы
90Sr/90Y
99Mo/99mTc
82Sr/82Ru
68Ge/68Ga
225Ac/213Bi
10
ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА
• Позитронно-эмиссионная томография
(ПЭТ)
• Однофотонная гамма-томография
• Брахитерапия
• Направленная бета- и альфа-
радиотерапия
• Нейтронно-захватная терапия
11
Требования к радионуклидам для
диагностики
• Подходящее гамма-излучение (100-250 кэВ)
• Короткий период полураспада
• Минимальная доза за счет других видов
излучения, отсутствие жестких гамма-линий
• Для ПЭТ: высокий выход и низкая энергия
позитронов при распаде
• Самые популярные: 99mTc, 123I, 111In 201Tl, 18F
12
ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯ
ТОМОГРАФИЯ
13
ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯ
ТОМОГРАФИЯ
14
• 18F (110 min)
• 13N (10 min)
• 11C (20 min)
• 82Rb (1.27 min)
ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯ
ТОМОГРАФИЯ
15
Радионуклиды для
диагностики • 99Tc
• 111In
• 123I
• 18F
16
Радионуклидная терапия
F. Buchegger, F. Perillo-Adamer, Y. M. Dupertuis, A. B. Delaloye Eur. J. Nucl. Med. 33, 2006, 1352
A. I. Kassis. Int. J. Radiat. Biol., 2004, 80, 789–803
17
НАПРАВЛЕННАЯ АЛЬФА-
ТЕРАПИЯ (212Bi)
0 20 40 60 80 100 120
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Сутки
Вы
жи
вае
мо
сть
20 мкКи
Контроль
Miao et al. Clin. Cancer Res. 2005. 11. 15. 5616-21.
18
Радионуклиды для терапии
• 90Y
• 166Ho
• 177Lu
• 213Bi
• 212Bi
• 211At
• 225Ac
19
Характеристики качества
радионуклидной продукции
• Удельная активность
• Радионуклидная чистота
• Радиоизотопная чистота
• Химическая чистота
• Радиохимическая чистота
20
Способы повышения
радиоизотопной чистоты
• Выбор оптимальной энергии частиц
• Выбор оптимального времени
облучения и охлаждения
• Использование изотопно обогащенных
мишеней
• Использование косвенных путей
производства
21
Выбор оптимальной энергии
1
10
100
1000
Сечен
ие
, м
ба
рн
0 5 10 15 20 25 30 35
Энергия протонов, МэВ
124Te(p,n) I
124
124Te(p,2n) I
123
22
Использование косвенных путей
Ru 95
Mo 93
Tc 95
Ru 94
Mo 92
Tc 94Tc 93
Ru 96
Mo 94
Tc 96
Ru 97
Mo 95
Tc 97
Ru 98
Mo 96
Tc 98
Ru 99
Mo 97
Tc 99 Tc 100 Tc 101 Tc 102 Tc 103
Ru 100
Mo 98
Ru 101
Mo 99
Ru 102
Mo 100
Ru 103 Ru 104
n
p
pnn
EC
23
Способы выделения из мишени
• Жидкостная экстракция
• Ионообменная и экстракционная
хроматография
• Осаждение и соосаждение
• Возгонка
• Использование химии горячих атомов
24
Некоторые экстрагенты
P
O O
Ni-Bu
i-Bu
P
O
O
O
O
n-Bu
n-Bu
n-Bu P
O
n-C8H17 n-C8H17
n-C8H17
n-C8H17
I II III
P
O
O
OH
O
H C3
H C3 CH3
CH3
ТБФ (TBP) ТОФО (TOPO) CMPO
Д2ЭГФК (HDEHP) 25
Механизмы жидкостной
экстракции
• Экстракция нейтральных соединений
(GeCl4, I2)
• Сольватный (Pu - TBP)
• Гидратно-сольватный (Fe - ДЭЭ)
• Ионообменный (Tc – амины, Th -
HDEHP)
• Экстракция хелатов (Bi – дитизон, Cu -
ДДТК)
26