Производство медицинских радиоизотопов Sr-82 и Tl-201

Производство медицинских
радиоизотопов Sr-82 и Tl-201
на новом протонном
ускорителе ПИЯФ.
План-проект.
. Радионуклиды Sr-82 (генератора Rb-82) и Tl-201
используются в медицинской практике для
исследования методом позитронной эмиссионной
томографии (PET) деятельности сердца,
кровеносных сосудов, в том числе сосудов
головного мозга, а также при диагностике
онкологических заболеваний. Это связано с тем, что
в биологическом отношении гидратированные
ионы Rb+ и Tl+ близки к ионам К+, играющим
важную роль в метаболических процессах. Кроме
того, при применении Rb-82 и Tl-201 получаются
минимальные по сравнению с большинством
других радиоизотопов дозовые нагрузки и
достигаются более достоверные результаты
диагностики.
• Наиболее перспективными для получения
на протонном циклотроне с энергией
протонов от 30 до 80 МэВ медицинских
радионуклидов Sr-82 и Tl-201 считаются
мишени из Rb и Tl (обогащённые
изотопами Rb-85 и Tl-203 , что лучше, или
рубидий и таллий природного изотопного
состава)
Список нуклидов, образующихся при облучении протонами с
энергией 30—80 МэВ естественной смеси изотопов Rb.
Sr
A
Т1/2
Rb
Вид распада
Т1/2
Вид распада
Kr
Т1/2
80
81
1,8ч
22мин.
ε
β+
30с
*30,3мин.
4,6ч
β+
ИП
ε, β+
Стаб.
*13,с
2,3∙105л.
82
25,3дн.
ε
ИП
ε, β+
Стаб.
83
*5с
ИП
ε, β+
*6,3ч
1,23мин.
86,2дн.
ε
*1.83ч
Стаб.
*20,5мин.
32,8дн.
Стаб.(72%)
ИП
ε, β+
Стаб.
*1мин.
18,7дн.
Стаб.(30%)
ИП
ε β -, нет γ
32ч
84
Стаб.
85
*67,7мин.
64,9дн.
Стаб.
ИП
β-
*2,8ч
стаб
ε, нет γ
86
87
Вид
распада
ИП,
ε
ИП
*4,8ч
10,75л.
Стаб.
ИП
β-
76мин.
β-
Таблица 2. Список нуклидов, образующихся при облучении протонами с энергией
30—80 МэВ естественной смеси изотопов Tl (203 и205) [6].
Pb
A
Т1/2
Tl
198
2,4ч
ε
*1,8ч
5,3ч
Вид
распада
ε
ε, β+
199
*12мин.
1,5ч
7,42ч
ε
200
21,5ч
ε, β+
ε, β+
ε
26,1ч
ε, β+
*46мин.
Стаб.
Стаб.
201
*61с
ИП
ε, β+
73,1ч
ε, β+
Стаб.
*ε,ИП
ε, нет γ
ИП
ε
ИП
12,23дн.
ε
Стаб.
ε, нет γ
Стаб.(70%)
9,4ч
202
205
3,62ч
5,25∙104л
*6,2с
51,9ч
*67,2мин.
Стаб.
1,5∙107лет
206
Стаб.
203
204
Вид распада
Т1/2
Hg
Стаб.(30%)
3,7лет
*3,7мин.
4,7мин
Т1/2
Стаб.
46,6дн.
β -, нет γ
β-
Вид распада
ИП
β-
Стаб.
5,2мин.
β-
*,15мин.
β-
Как показывает расчёт, путём манипулирования
временными выдержками можно с минимальными
потерями (не более 15-20%) получить конечный
продукт Sr-82 с содержанием радиоизотопных
примесей менее 1%.
Ситуация с таллием-201 гораздо сложнее из-за
близких времён распада сопутствующих изотопов.
В этом случае для получения путём временных
выдержек удовлетворяющего медицинским
требованиям радиопрепарата придётся терять до ~
60% Tl-201.
Таблица 3.
Дозовые нагрузки на организм
пациента
при использовании различных радионуклидов.
Radionuclide
Rb-81
Whole body radiation dose
Rad/mCi
0.1
Rb-82
~0.001
Tl-201
0.046
K-43
0.7
Cs-131
0.21
Cечение реакции 203Tl(p,3n) в зависимости от энергии
протонов (расчёт).
203
Tl(p,xn)
204-x
Pb
203
Pb
202
Pb
201
Pb
200
Pb
199
Pb
198
Pb
(mbar)
1000
100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Ep (MeV)
Сечение реакции 203Tl(p,xn)204-xPb (расчёт).
205
Tl(p,xn)
206-x
Pb
205
Pb
Pb
203
Pb
202
Pb
201
Pb
200
Pb
199
Pb
198
Pb
204
(mbar)
1000
100
10
20
30
40
50
60
70
Ep (MeV)
80
90
100
Сечение реакции 205Tl(p,xn) 206-xPb (расчёт).
110
85
Sr
Sr
83
Sr
82
Sr
81
Sr
80
Sr
http://www-nds.iaea.org/medportal/
 (mbarn)
84
100
85
10
20
30
40
Rb(p,xn)
50
60
86-n
70
80
Sr
90
100
110
Ep (MeV)
Функция возбуждения реакции 85Rb(p,4n)82Sr в
зависимости от энергии протонов
85Rb(p,4n)82Sr
Recommended cross sections and Yield calculated for thick
85Rb target.
Y1 : physical yield,
A1 : activity with fixed parameter irradiation (1 hour and 1
microA),
A2 : saturation activity for 1 microA irradiation
"
Energy
Y1
Sigma Yield
MeV
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
GBq/C
1.37E-01
1.93E+00
4.35E+00
5.63E+00
6.52E+00
mb
31.6
146.7
78.9
41.4
30.2
A1
fixed
A2
sat. act.
GBq
GBq/microA
4.93E-04
4.37E-01
6.94E-03
6.14E+00
1.56E-02
1.38E+01
2.02E-02
1.79E+01
2.35E-02
2.08E+01”
2,8Ci/d(50µA)
Интегральный выход Sr-82 при полном поглощении в мишени
протонного пучка; a,c,d,f,e – расчёт, b – эксперимент. В
пересчёте на 50µА - 0,6 Ки/сутки
Сечения реакции nat.Rb(p,xn)82Sr .
MeV
30 35 40 45 50 55
Mbarn 0 6.4 74 108 92 59
60 70 80
40 29 23
Принимая во внимание совокупность всех данных по
сечениям образования Sr – 82 и Tl-201 и взяв за
основу значения, близкие к минимальным, можно
рассчитывать на производительность установки при
интенсивности протонов 50µА и толщине мишени 2-4
г/см2 , равную 0.6 -1 кюри в сутки Sr-82 и 0,5-0,7 кюри
в сутки Tl-201, что сравнимо с зарубежными
установками по производству этих радионуклидов.
Стоимость 1 mCi ~100 US $;
Проект экспериментальной установки по
производству радиоизотопов Sr-82 и Tl-201
4
1
2
3
Рис. 6. Схема получения радионуклидов Sr-82 и Tl-201 на
циклотроне ПИЯФ.
1.Циклотрон; 2. Узел облучения мишени (пневмопочта); 3.
Приёмник пневмопочты ; 4.Свинцовый контейнер для
временного хранения мишеней.
Класс работ с открытыми источниками излучения
Класс работ
I
II
III
Суммарная активность на рабочем месте
для радионуклидов группы
А. Для
нуклидов гр. Б, В и Г эти значения надо
умножить на 102, 103 и 105
Более 108 Бк
от 105 до 108 Бк
От 103 до 105 Бк
Радионуклиды Sr-82 и Tl-201 относятся к группе Б, и
проведение операций с этими радионуклидами в защитном
боксе допускается в пределах до 10 кюри.
.
•Пневмопочта - 300 тыс.руб.
•Работа по модернизации бокса (манипуляторы,
приёмник пневмопочты и др.)
– 500 тыс. руб.
•Капитальный ремонт р/х пом. в к. ИРИС - 100т. руб.
•Аналитическое оборудование (pH-метр, радиометр
с коллиматором и пересчётным устройством для
контроля процесса разделения, набор
хроматограф.оборудования и др.) – 500 тыс. руб.
•Рентгенфлуоресцентный спектрометр для определения
содержания примесей стабильных нуклидов –1000т.руб.
•Автономный спектрометрический тракт для
радиоспектрометрического контроля –1500 тыс.руб.
Итого: ~ 5-10 млн.руб.
Примерный состав группы по получению
радионуклидов :
1-2 человека для обслуживания облучения на
циклотроне;
2 радиохимика (один из них – руководитель
группы);
1 радиоинженер (полставки) для обслуживания
инструментальной измерительной техники;
1 конструктор и 1-2 механика на стадии запуска
Примечание: на подготовительном этапе зарплата
участников работы - 25-40 тыс.руб/мес.
Сравнение с масс-сепараторным методом (для
стронция)
1. Чистота –размывание массовых пиков при токах выше 50100нА (см иллюстрацию)
2. Уровень активности в экспериментальном зале –пневмопочту
можно или защитить или убрать.
3. Универсальности м-с. метода на самом деле нет. Энергиятолько 80МэВ.
4. Стоимость – несопоставима (ок. 2-х порядков!!)
5.Единственный плюс – несменяемая мишень, однако рано или
поздно её тоже придётся менять, к тому же очень грязную
6. Производительность: сечение-3-4 раза; эффективность- в
лучшем случае 5% (потенциал ионизации -5,7эВ и перезарядка на
атомах рубидия, которого столько же) –коэфф.20, т.е. в 60 -100 раз
меньше, и 10К/мес. превращаются в 100-120мКи/мес.
I < 1nA
80
81
82
83
84
85
A
I >100nA
80
81
82
83
A
84
85
100
221Fr
Cs
Эффективность
Rb
K
10-1
Na
10-2
In
10-3
4
5
Потенциал ионизации (эВ)
Al
6