Способ получения радиоизотопа молибден-99


 


Владельцы патента RU 2554653:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (RU)

Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины. Способ получения радиоизотопа 99Mo включает облучение потоком нейтронов мишени с последующим выделением целевого радиоизотопа, образующегося в результате 98Mo(n,γ)99Mo реакции. В качестве мишени используют наночастицы металлического молибдена или его соединений, нерастворимых в воде, или водном растворе щелочи, или водном растворе NH4OH. При этом облучение мишени проводят в воде, или водном растворе щелочи, или водном растворе NH4OH. Целевой радиоизотоп 99Mo отделяют в составе аниона растворимого в воде молибдата (99MoO4)-2 от наночастиц. Изобретение обеспечивает повышение удельной активности радиоизотопа 99Mo.

 

Область техники

Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины.

Известно, что одним из самых востребованных диагностических радиоизотопов в настоящее время является 99mТс. До 80% диагностических процедур в мире осуществляется с использованием 99mТс, который получают с помощью 99Mo/99mTc изотопных генераторов.

Для получения материнского 99Mo применяется один из следующих методов:

- выделение 99Mo из осколков деления урановой мишени;

- радиационно-захватный метод на основе реакции 98Mo(n, γ)99Mo;

- циклотронный метод на основе реакции 100Mo(p, pn)99Mo.

Основное количество товарного 99Mo в мире сегодня производят из осколков деления высокообогащенного урана. Радиационно-захватный метод и циклотронный метод имеют в настоящее время ограниченное применение.

Каждый из названных методов имеет свои преимущества и недостатки.

Настоящее изобретение может быть использовано для усовершенствования радиационно-захватного метода в части повышения удельной активности 99Mo, позволяющей применять его в стандартных сорбционных генераторах, в которых используется сегодня «осколочный» 99Mo.

Предшествующий уровень техники.

В настоящее время для повышения удельной активности 99Mo, получаемого радиационно-захватным методом, предлагаются различные способы, основанные на эффекте Сцилларда-Чалмерса. Суть эффекта Сцилларда-Чалмерса состоит в следующем. В результате захвата нейтрона ядро переходит в возбужденное состояние. При снятии возбуждения путем испусканием мгновенного гамма-кванта ядро отдачи (в данном случае 99Mo) получает импульс, достаточный для разрыва химических связей атомов и перемещения образующегося радионуклида внутри материала мишени, либо выхода его за границы структурного элемента мишени (если характерный размер структурного элемента мишени меньше длины пробега ядра отдачи в материале мишени).

Известен способ повышения удельной активности 99Mo [Радченко В.М., Ротманов К.В., Маслаков Г.И., Рисованный В.Д., Гончаренко Ю.Д. «Способ получения радионуклида 99Mo». Патент РФ №2426184, Вып. №22, опубликован 10.08.2011]. В качестве стартового материала авторы предложили использовать тугоплавкие радиационно и термически устойчивые соединения молибдена в виде частиц размером до 100 нанометров (нм), облучение которых проводят нейтронами с плотностью потока более 1014 см-2 с-1 в течение 7÷15 суток, а радиоизотоп 99Mo выделяют из поверхностного слоя частиц путем растворения этого слоя в кислоте или щелочи.

Основным недостатком указанного способа является низкая удельная активность 99Mo. При растворении после облучения приповерхностного слоя наноразмерных частиц мишени (в котором, по мнению авторов, должен концентрироваться радиоизотоп 99Mo) в раствор вместе с 99Mo переходит большое число атомов мишени (авторы приводят значения 19% и 25%). Согласно приведенным в патенте данным, обогащение по 99Mo составило всего 1.5÷1.6 раза. Авторы приводят значение удельной активности 99Mo, полученной указанным способом, на уровне 1 Ки/г, что существенно уступает удельной активности осколочного 99Mo (≈105 Ки/г). При удельной активности 99Mo на уровне 1 Ки/г невозможно использовать стандартный 99Mo/99mTc-генератор сорбционного типа, поскольку потребуются большие колонки и, соответственно, размеры генератора тоже станут неприемлемо большие, в результате чего увеличатся весогабаритные характеристики радиационной защиты. Кроме того, для элюирования 99mTc из такой колонки понадобится большой расход элюата, что приведет к снижению объемной активности раствора и необходимости последующей концентрации 99mTc.

Известен способ повышения удельной активности 99Mo [B.S. Tomar, О.М. Steineback, В.Е. Terpstra, P. Bode and H. Th. Wolterbeek «Studies on production of high specific activity 99Mo and 90Y by Szilard Chalmers reaction», Radiochim. Acta 98, 499-506 (2010)].

В работе исследована возможность с помощью эффекта Сцилларда-Чалмерса повышать удельную активность 99Mo, получаемого радиационно-захватным методом. В качестве мишеней использовали металлоорганическое соединение молибдена природного изотопного состава (Mo-oxinate). Облучение проводили на реакторе в потоке нейтронов 1012 с-1 см-2. Время облучения варьировали от 15 минут до 4 часов. После облучения мишени выдерживали для распада короткоживущих изотопов 101Mo и 101Tc, затем растворяли в дихлорметане, после чего отделяли радиоизотоп 99Mo экстракцией в водную фазу. Проведено исследование зависимости выхода и коэффициента обогащения (отношения удельной активности 99Mo после отделения от материала мишени к удельной активности до разделения) от величины pH. При оптимальных условиях разделения и облучения был получен коэффициент обогащения, равный ~200.

Основными недостатками указанного способа являются сложность синтеза и деструкция материала исходной мишени (металлоорганического соединения) под действием нейтронов и гамма-квантов в процессе облучения в реакторе, существенно уменьшающая коэффициент обогащения 99Mo. Согласно приводимым в работе данным, всего за 4 часа облучения в относительно невысоком потоке нейтронов коэффициент обогащения 99Mo падает в три раза. Учитывая выше сказанное, есть основания полагать, что при облучении Mo-oxinate в течение нескольких суток (времени, необходимого для наработки практически значимой активности 99Mo) деструкция материала мишени может свести на нет потенциальные возможности повышения удельной активности 99Mo, основанные на эффекте Сцилларда-Чалмерса.

В качестве прототипа выбран способ, предложенный в [Артюхов Α.Α., Загрядский В.А., Кравец Я.М., Меньшиков Л.И., Рыжков А.В., Чувилин Д.Ю. «Способ получения радиоизотопа молибден-99». Патент РФ №2490737, от 20.08.2013]. Авторами предложено использовать мишень в виде структурированного материала, состоящего из наночастиц молибдена или его соединений, окруженных буфером в виде твердого вещества, растворимого в воде или других растворителях, при этом d (характерный размер наночастиц) выбирают из условия λ/d >> 1, где λ - длина пробега в веществе наночастицы атомов отдачи 99Mo. После облучения мишени наночастицы и буфер разделяют одним из известных методов, после чего буфер направляют на радиохимическую переработку для выделения радиоизотопа 99Mo, а наночастицы возвращают в активную зону реактора в составе новой мишени. Кроме того, в формуле изобретения авторами уточняется габаритный размер наночастиц (≤5 нм) и предлагается вариант буфера (NaCl).

Основные недостатки прототипа заключаются в следующем:

1. Задача создания структурированного материала, состоящего из наночастиц молибдена или его соединений, окруженных буфером в виде твердого вещества, растворимого в воде или других растворителях, представляется технологически сложной (в прототипе не уточняется как это можно сделать).

2. Успешность обогащения по 99Mo (и, соответственно, величина удельной активности получаемого 99Mo) зависят от того, насколько качественно удается отделить буфер от наночастиц молибдена, что, в свою очередь, связано с выбором конкретного буфера. Однако в основной части формулы изобретения прототип не предлагает однозначного состава буфера и процедуры его отделения от наночастиц молибдена.

3. Предложенный в п. 6 формулы изобретения вариант реализации метода предполагает локализацию «горячих» атомов 99Mo в NaCl, и последующее отделение 99Mo от наночастиц мишени растворением NaCl в воде. Однако при растворении NaCl в воде возможно образование нерастворимых в воде окислов 99MoO2 и 99MoO3, которые сложно отделить от наночастиц мишени.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение удельной активности 99Mo, получаемого радиационно-захватным методом по реакции 98Mo(n, γ)99Mo при облучении в ядерном реакторе мишени из природного или обогащенного по изотопу 98Mo молибдена. При этом величина удельной активности, достигаемая предлагаемым способом, позволяет использовать получаемый 99Mo в стандартных сорбционных генераторах, в которых используется сегодня «осколочный» 99Mo.

Для достижения указанной цели предложен способ получения радиоизотопа 99Mo, включающий облучение потоком нейтронов мишени, представляющей собой наночастицы металлического молибдена или его соединений, с последующим выделением целевого радиоизотопа, образующегося в результате 98Mo(n, γ)99Mo реакции, при этом в качестве соединений молибдена используют соединения, нерастворимые в воде, или водном растворе щелочи, или водном растворе NH4OH, облучение мишени проводят в воде, или водном растворе щелочи, или водном растворе NH4OH, и отделяют 99Mo в составе аниона растворимого в воде молибдата (99MoO4)-2 от наночастиц.

Способ получения радиоизотопа 99Mo, основан на эффекте Сцилларда-Чалмерса, и включает облучение в потоке нейтронов мишени, с последующим выделением целевого радиоизотопа, полученного в результате реакции 98Мо(n, γ)99Mo, при этом мишень представляет собой наночастицы металлического молибдена или нерастворимых в воде, в водных растворах щелочей и NH4OH соединений молибдена, помещенное в воду или водный раствор щелочи или NH4ОН. При облучении в результате захвата нейтронов ядрами мишени (98Mo) образовавшиеся ядра 99Mo первоначально находятся в возбужденном состоянии. При снятии возбуждения путем испускания мгновенных гамма-квантов часть атомов отдачи (99Mo) получает импульс, достаточный для разрыва химических связей и выхода из наночастиц в водную среду. При этом по мере движения внутри наночастицы «горячий» атом теряет внешнюю электронную оболочку, преобразуясь в ион Mo+6. В водной среде ион Mo+6 присоединяет атомы кислорода, образуя малорастворимый в воде окисел молибдена 99MoО3. В результате вторичной реакции - реакции гидратации в среде с наличием свободных ионов гидроксила ОН-

99Mo переходит в состав аниона растворимого в воде молибдата. Следует подчеркнуть, что во время облучения в реакторе свободные ионы гидроксила ОН- будут присутствовать не только в водных растворах с основными свойствами: водных растворах щелочей и NH4OH, но и просто в воде вследствие ее радиолиза нейтронами и γ-квантами [В.М. Бяков, Ф.Г. Ничипоров «Радиолиз воды в ядерных реакторах», Москва, Энергоатомиздат, 1990 г.]. В составе молибдата 99Mo легко может быть отделен от нерастворимых в воде наночастиц, либо путем фильтрования наночастиц (при наличии соответствующего фильтра), либо путем элюирования воды с молибдатом (водного раствора щелочи с молибдатом, либо водного раствора NH4OH с молибдатом) и наночастицами через анионообменную колонку или колонку с Al2O3. Из-за малых размеров наночастицы не фильтруются колонками и остаются в элюате. 99Mo в составе аниона (99MoO4)-2 будет сорбирован на колонках. Собранный с колонок элюат с наночастицами может быть повторно использован в составе новой мишени. После промывки колонок водой 99Mo в виде (99MoО4)-2 может быть элюирован с них концентрированным водным раствором щелочи.

Пример осуществления изобретения

Порошок металлического молибдена природного изотопного состава в количестве 50 мг с размером частиц преимущественно 10÷40 нм смешивали с 0.1 М водным раствором NH4OH и помещали в кварцевую ампулу диаметром 8 мм и длиной 80 мм. Ампулу герметично заваривали и облучали в исследовательском реакторе ИР-8 в потоке нейтронов 1.5·1013 с-1 см-2 в течение ~4 часов до достижения интегрального потока ~2·1017 с-1 см-2. После извлечения из реактора и трех суток выдержки проводили измерение активности мишени. Затем ампулу вскрывали, извлекали облученную смесь наноразмерных частиц молибдена с 0.1 M водным раствором NH4OH, к содержимому добавляли ~30 мл 0.1 M водного раствора NH4OH, перемешивали и полученную взвесь наноразмерных частиц молибдена в 0.1 M водном растворе NH4OH элюировали через анионообменную колонку с Dowex-1 (200-400 mesh в Cl- форме) с расходом ~1 мл/мин, собирая в элюате наночастицы молибдена, а на колонке ионы (99MoО4)-2. Промывали колонку водой и, убедившись, что в смыве отсутствует активность 99Mo, элюировали с колонки 99Mo 5 M водным раствором NaOH. Затем измеряли активность 99Mo в элюате. Выдерживали элюат в течение примерно двух месяцев, снизив активность до фоновых значений, и измерили в нем содержание Mo с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES). Коэффициент обогащения 99Mo (отношение удельной активности 99Mo в элюате к удельной активности 99Mo в облученной мишени до выделения 99Mo) составил величину 2.3·102. Поскольку механизмы образования растворимых в водной среде молибдатов (с 99Mo в составе аниона) для воды, водного раствора NH4OH или водных растворах щелочей одни и те же (см. (1)) и определяются присутствием свободных ионов гидроксила ОН-, то коэффициенты обогащения 99Mo при облучении одних и тех же наночастиц молибдена в воде, водном растворе NH4OH или водных растворах щелочей не будут практически отличаться друг от друга.

Оценим возможность применения 99Mo, получаемого предложенным способом, в стандартных сорбционных генераторах, работающих сегодня на «осколочном» 99Mo. В качестве примера такого генератора можно рассмотреть генератор, разработанный в НИФХИ им. Л.Я. Карпова (филиал в г.Обнинске). Параметры сорбционной колонки указанного генератора составляют: длина сорбента из Al2O3 в колонке 56 мм, диаметр 4 мм, масса 2 г. Соответственно объем сорбента равен 0.703 см3, а насыпная плотность Al2O3 равна 2 г/0.703 см3=2.845 г/см3. Известно, что в штатном режиме генератор имеет активность по 99Mo около 1 кюри и примерно 90% всей активности расположено на 1 см длины колонки. Один сантиметр длины колонки соответствует 0.3573 г Al2Ο3. Сорбционная емкость Al2Ο3 по данным, например [Boyd R.E. Molybdenum-99:Technetium-99m Generator. // Radiochimica Acta 30 / Akademische Verlagsgesellschaft. - Wiesbaden, 1982, p.123-145], может составлять 20÷80 мг молибдена на один грамм Al2O3. Для определенности оценки используем в расчетах нижнее значение сорбционной емкости 20 мг Mo/грамм Al2O3. Тогда на длине колонки 1 см может быть сорбировано 7.146 мг Mo. Согласно прототипу в 1 г металлического молибдена природного изотопного состава за 7 суток облучения в потоке нейтронов 2·1014 см-2 с-1 можно без труда наработать 1 кюри 99Mo. Принимая во внимание коэффициент обогащения, равный 2.3·102, удельная активность 99Mo, получаемого предлагаемым способом, может составить 2.3·102×1 кюри/грамм Mo=230 кюри/грамм 99Mo. Указанная удельная активность позволяет сорбировать на 1 см колонки активность 99Mo, равную: 7.146 мг Mo×230×10-3 кюри/мг Mo=1.64 кюри, что в 1.64 раза превышает штатную активность 99Mo в генераторе. Использование высокообогащенного 98Mo вместо природного молибдена в качестве мишени позволит поднять удельную активность еще примерно в 4 раза. Таким образом, полученный настоящим способом 99Mo может использоваться в стандартных сорбционных генераторах, обеспечивая их штатную эксплуатацию.

Способ получения радиоизотопа 99Mo, включающий облучение потоком нейтронов мишени, представляющей собой наночастицы металлического молибдена или его соединений, с последующим выделением целевого радиоизотопа, образующегося в результате 98Mo(n,γ)99Mo реакции, отличающийся тем, что в качестве соединений молибдена используют соединения, нерастворимые в воде, или водном растворе щелочи, или водном растворе NH4OH, облучение мишени проводят в воде, или водном растворе щелочи, или водном растворе NH4OH, и отделяют 99Mo в составе аниона растворимого в воде молибдата (99MoO4)-2 от наночастиц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике для ядерной медицины, в частности к изготовлению изотопных генераторов. Генератор рубидия-82 включает защитный от ионизирующего излучения корпус, внутри полости которого размещена емкость с разъемным защитным вкладышем из вольфрама или вольфрамового сплава, генераторной колонкой и подводящей и отводящей трубками, размещенными во внутренних пазах разъемного вкладыша, при этом крышка корпуса снабжена предохранительной полостью для сбора утерянной жидкости.

Заявленное изобретение относится к средствам сублимационной очистки соли молибдена-99, и может найти применение в технологии очистки 99Мо, например, для ядерной медицины, от всех активных и неактивных примесей с использованием процесса сублимации с помощью лазерного излучения.

Изобретение относится к источнику ионов. Устройство включает в себя камеру, расположенную вокруг продольной оси и содержащую газ, систему магнитного удержания, предназначенную для создания магнитного поля в области удержания в камере, возбудитель электронно-циклотронного резонанса, который создает переменное во времени электрическое поле, которое возбуждает циклотронное движение электронов, находящихся в области удержания, причем возбужденные электроны взаимодействуют с газом, образуя удерживаемую плазму.

Изобретение касается генератора стронций-82/рубидий-82. Генератор содержит колонку, заполненную катионообменником, заряженным стронцием-82, и имеющую вход и выход, и жидкую среду, при этом части колонки, вход и выход, вступающие в контакт с данной жидкой средой, не содержат железа, предпочтительно не содержат металла, жидкая среда представляет собой вымывающую среду для рубидия-82 и представляет собой физиологический буфер, имеющий pH 6-8,5, и жидкая среда представляет собой стерилизующую среду.
Изобретение относится к способу генерации радиоизотопов, которые используются в ядерной медицине для приготовления фармпрепаратов, вводимых в пациентов. Заявленный способ включает облучение мишени пучком тормозного излучения и извлечение из мишени образовавшихся радионуклидов методами радиохимии.

Изобретение относится к технологии получения радионуклидов для ядерной медицины, в частности для терапии онкологических заболеваний. В заявленном способе в раствор, содержащий радионуклид тория и его дочерние продукты распада, добавляют ионообменную смолу, после чего раствор декантируют, а ионообменную смолу высушивают и помещают в реактор, через который пропускают газ, удаляя при этом из реактора один из дочерних продуктов распада тория-228 - газообразный радионуклид радон-220, и направляют газ через аэрозольный фильтр в сорбционное устройство, где в результате радиоактивного распада накапливают радионуклид свинец-212, который после выхода активности свинца-212 на насыщение десорбируют со стенок сорбционного устройства кислым раствором и полученный раствор направляют на колонку с ионообменной смолой, с которой периодически смывают дочерний продукт распада радионуклид висмут-212.

Изобретение относится к радиохимии и может быть использовано для получения применяемого в ядерной медицине препарата на основе радия-224. .

Изобретение относится к радиоактивным источникам, предназначенным для медицинских целей, и может использоваться для получения визуализирующих средств, применяемых в диагностических регистрирующих системах.

Изобретение относится к реакторной технологии получения радионуклидов для ядерной медицины. В заявленном способе получения радионуклида 228Th, включающем облучение мишени, в качестве материала мишени берут природный изотоп тория 230Th, мишень размещают в линейный ускоритель электронов и облучают γ-квантами тормозного излучения, и в процессе пороговой ядерной реакции 230Th(γ,2n)228Th накапливают в ней целевой радионуклид 228Th.

Изобретение относится к технологии получения радионуклидов для ядерной медицины, в частности для терапии онкологических заболеваний. .

Изобретение относится к технологии получения радионуклидов для ядерной медицины, в частности для терапии онкологических заболеваний. .

Изобретение относится к технологии получения радионуклидов для ядерной медицины, в частности для терапии онкологических заболеваний. .
Изобретение относится к области атомной техники. .
Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопов. .
Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопов. .
Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопа молибден-99 (99Мо), являющегося основой для создания радиоизотопных генераторов технеция-99m (99mTc). В заявленном способе производство радиоизотопа молибден-99 по реакции 98Мо(n,γ)99Мо, осуществляемой в потоке тепловых нейтронов ядерного реактора, проводится с использованием матрицы-буфера из мезопористых неорганических материалов, в каналы которой вносят соединения молибдена. Изготовление мишени производится пропиткой активированного угля с удельной поверхностью более 300 м2/г раствором парамолибдата аммония (NH4)6Mo7O24 и последующей термообработкой, в результате чего на поверхности каналов образуются нанослои MoO3. Доля атомов отдачи 99Мо, покидающих слои MoO3 и локализующихся в буфере, зависит от толщины нанесенных слоев. Средняя толщина нанослоев MoO3, последовательно наносимых в каналы матрицы, задается числом нанесений и ограничена эффективным диаметром каналов. После облучения разделение содержащего ядра отдачи активированного угля и стартовых наночастиц MoO3 достигается путем элюирования более 97% MoO3 из мишени 20%-ным раствором аммиака в воде. Последующий процесс выделения ядер отдачи из матрицы реализуется газификацией угольной составляющей матрицы путем сжигания. Техническим результатом является упрощение способа изготовления мишени, повышение производительности процесса наработки 99Мо за счет создания нанослоев по всему объему матрицы, что позволяет достичь высокой гомогенности состава «нанослой Мо - буфер», обеспечить эффективность использования стартового материала и повысить эффективность сбора атомов отдачи, возможность получения равномерного распределения молибдена по объему активированного угля при осаждении молибденовых покрытий на поверхности его мезопор. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.
Наверх