Презентация "РАДИОИЗОТОПНЫЙ КОМПЛЕКС РИЦ-80. РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ИЗОТОПА Sr-82 И ДРУГИХ МЕДИЦИНСКИХ ИЗОТОПОВ" по химии – проект, доклад

РАДИОИЗОТОПНЫЙ КОМПЛЕКС РИЦ-80. РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ИЗОТОПА Sr-82 И ДРУГИХ МЕДИЦИНСКИХ ИЗОТОПОВ

В. Пантелеев, 26.12.2013

Радиоизотопный комплекс РИЦ-80

В. Пантелеев, 25.12.2013

Три мишенные станции для получения наиболее используемых в настоящее время радионуклидов. Система автоматической транспортировки для перемещение облученных мишеней в горячие камеры. Энергия выведенного протонного пучка 40-80 МэВ и интенсивность до 200 мкА обеспечивают самые широкие возможности получения медицинских радионуклидов и радиофармпрепаратов для диагностики и терапии, которых до настоящего времени не было на других Российских установках. По своим параметрам и возможностям РИЦ-80 будет соответствовать самым лучшим зарубежным аналогам. По возможности получения сверхчистых радионуклидов данная установка не будет имеет мировых аналогов.

Схема расположения радиоизотопного комплекса РИЦ-80 в подвале экспериментального зала синхроциклотрона ПИЯФ

Радионуклиды, планируемые к получению на РИЦ-80

Кроме указанных в таблице радионуклидов, планируется создание линии для выделения Re-188, получаемого на реакторе. Имеется также возможность после осуществления 2-го этапа проекта производить Cu‑64, Cu‑67, Rb‑81, At‑211, а также другие медицинские радионуклиды.

Мишенные станции изотопного комплекса РИЦ-80 для получения медицинских радионуклидов и радиофармпрепаратов. Станция №1:Инновационное направление - масс-сепаратор. Классификация – разработанные мишенные технологии для получения разделенных радионуклидов высокой чистоты Разработка ИРИС, ПИЯФ, изготовление НИИЭФА Станция №2: Инновационное направление – сухое выделение. Высокотемпературное выделение радионуклидов из облученных мишенных веществ. Разработка ИРИС, ПИЯФ, изготовление НИИЭФА Станция №3: Классическое направление – производство радионуклидов, мокрая радиохимия, полуавтоматизированный или полностью автоматизированный синтез РФП. Классификация- поставка готовой технологии. Поставщик - Von Gahlen, MicroSpin GmbH

Разработка масс-сепараторного и высокотемпературного «сухого» метода получения медицинских радионуклидов

Главные особенности масс-сепараторного и высокотемпературного «сухого» метода получения медицинских радионуклидов 1. Новизна, возможность применения для получения широкого круга медицинских радионуклидов 2. Универсальность ( в том и другом методе используются идентичные мишенные устройства, разрабатываемые на основе мишенных устройств, созданных и используемых на установке ИРИС 3. Выделение производимых радионуклидов в месте их наработки (в вакуумном объеме мишенного устройства) Отсутствие мокрой радиохимии при выделении радионуклида из мишенного материала. 4. Увеличение удельной активности на несколько порядков 5. В случае использования масс-сепаратора получение сразу нескольких разделенных радионуклидов высокой чистоты

Мишенные устройства с высокотемпературными контейнерами с мишенным веществом

На пучке синхроциклотрона

На вакуумном стенде

Масса мишенного вещества до 10 г/cм2, температура до 2500 °С, что соответствует рабочим условиям на Ц-80 (80 МэВ, 100мкА)

Температура мишенного вещества: до 2500 °С Выделяемая на мишени мощность: более 9 кВт Разработанная конструкция мишен- ного устройства позволяет выделять радионуклиды из мишенных веществ в виде тугоплавких и жидких металлов, а также тугоплавких металлических карбидов

Высоковакуумный стенд с мишенным устройством для выделения генераторного изотопа 82Sr из облученной мишени из YC2.

Рабочие прототипы мишеней для РИЦ-80

Выделение Sr-82 из мишеней дикарбида иттрия, хлористого и металлического рубидия

Гамма спектры облученных мишеней YC2 до и после нагрева в мишенном контейнере

Часть гамма-спектра облученного образца дикарбида иттрия, приготовленного в виде таблеток до его нагревания и после нагревания при температуре 1500 °С в течение 2-ух часов. Эффективность выделения для рубидия 94%, для Стронция 43%.

Часть гамма-спектра облученного образца карбида иттрия, приготовленного в виде таблеток до его нагревания и после нагревания при температуре 1500 °С в течение 10-ти часов. Эффективность выделения для рубидия 98%, для стронция 98%.

Количество мишенного вещества составляло около 10 г/cм2 Выделенный таким методом стронций-82 использовался в РНЦ РХТ для тестирования Sr/Rb-82 генератора

Вывод: из рабочего прототипа мишени из дикарбида иттрия высокой плотности толщиной 10 г/cм2 эффективность выделения стронция-82 за 10 часов нагрева при температуре 1500 °С составляет величину близкую к 100%.

В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ

Гамма спектры облученной мишени RbCl до и после нагрева в мишенном контейнере

Часть гамма-спектра облученного порошка хлористого рубидия до его нагревания и после нагревания при температуре 800 °С в течение 2-ух часов. Эффективность отделения мишенного материала - хлористого рубидия 100%.

Часть гамма-спектра облученного порошка хлористого рубидия, испаренного в балластный объем, после нагревания при температуре 800 °С в течение 2-ух часов. Эффективность выделения рубидия в балластный объем близка к 100%

Эксперименты по выделению стронция иэ мишени в виде RbCl проведены с массой мишенного вещества около одного грамма/cм2

Гамма спектр облученной мишени металлического рубидия в мишенном контейнере до и после его нагрева при Т=800 °C

Часть гамма-спектра облученного металлического рубидия до его нагревания и после нагревания при температуре 800 °С в течение 1 часа. Эффективность отделения рубидия 92%.

Выделение изотопов 223Ra и 224Ra, распадающихся α-распадом, из мишени из карбида урана-238 высокой плотности

Альфа спектры 223,224Ra высаженных на охлаждаемую подложку в течение двух часов нагрева облученной мишени при разных температурах

Т = 1900 °С Эффективность выделения около 2%

Т = 2100 °С Эффективность выделения около 10%

Т = 2300 °С Эффективность выделения около 90 %

Следующий этап – использование карбида тория высокой плотности в качестве мишени, что обеспечит получение на РИЦ-80 активности изотопов Ra-223, Ra-224 до 2 Ки. Для одновременной наработки разделенных Ra-223, Ra-224 необходимо использование масс-сепаратора

Сечение получения 225Ac и 227Th из ториевой мишени (232Th) (S. Ermolaev, B Zhuikov et al., icis7 abstracts, p 32. 4-8 Sept. Moscow, Russia.

Измерение эффективности поверхностной ионизации радиоактивного стронция

Измерение эффективности поверхностной ионизации радиоизотопов стронция

Ионный источник поверхностной ионизации с вольфрамовой трубкой Длиной 20 мм из монокристаллического вольфрама с работой выхода 5 эВ

Измеренная эффективность ионизации рубидия при температуре 2400 °С равна 84%, стронция 45%

Как было показано, при увеличении длины ионизатора эффективность ионизации возрастает пропорционально его длине, поэтому, используя источник из монокристаллического вольфрама длиной 50 мм, реально получить эффективность ионизации, близкую к 100% как для стронция, так и для радия

Линзовая часть нового тестового масс-сепаратора в экспериментальном зале ИРИС

получены эффективности выделения стронция-82 (более 90%) из разных мишенных материалов – YC2, RbCl, металлического рубидия. Получена эффективность выделения изотопов радия (более 90%) из мишени урана-238 высокой плотности. Полученные результаты позволяют рассчитывать на высокий выход активности Ra-223,224 (около 2 Ки) из высокотемпературной мишени карбида тория, рабочий прототип которой изготовлен В НПО “ЛУЧ” и поставлен в ПИЯФ. C использованием источника поверхностной ионизации из монокристалла вольфрама с работой выхода внутренней поверхности 5 эВ получена эффективность ионизации радиоактивных атомов стронция выше 40%. Увеличение длины источника до 50 мм позволит получить эффективность Ионизации более 80%.

Для разрабатываемых прототипов мишеней для РИЦ-80:

Смывка высаженного стронция соляной кислотой

Гамма-спектр раствора Sr-85 в 10% соляной кислоте

Эффективность ионизации атомов некоторых элементов (V.N. Panteleev et al., Rev. Sci. Instrum., Vol. 73, No. 2, p.738, February 2002). Эффективность ионизации стабильных Эффективность ионизации Изотопов Eu, Tm и Lu в зависимости Lu для ионизаторов различной длины от температуры в зависимости от температуры

Работа выхода W/Re : 5.2 eV. Ионизационные потенциалы (eV) : Vi(Lu) = 6.15 Vi(Tm) = 6.14 Vi(Eu) = 5.67 Для щелочных элементов Li, Na, K, Rb and Cs эффективность ионизации близка к 100%.

α = ni/n0≈exp [(φ - Vi)/kT] εi = α/(1+ α), где

Эффективность поверхностной ионизации:

Ионизационный потенциал стронция: Vi(Sr) = 5.69 eV, Т.е. ожидаемая эффективность ионизации стронция близка к 100%

2000 -2012 2012 -2013 2013

Монтаж оборудования циклотрона Ц-80 завершен, в камере получен высокий вакуум Планируемый вывод пучка – конец 2013 г. Выход на полную интенсивность –2014г. Изготовлены три протонных тракта к мишеням РИЦ-80. РИЦ-80 (Радиоактивные Изотопы на циклотроне Ц-80) Создание проекта - 2012 -2013 г.; (профинансировано, в 2013 должно быть закончено и отправлено на госэкспертизу) Строительство комплекса - 2014 -2016 г. Получение небольших количеств (0.1 - 0.2 Ки) генераторного радиоизотопа Sr-82 – 2014 г.

Распределение возможности наработки нуклидов по трем направлениям