Физические и химические основы производства радионуклидов. Лекция 5, Алиев Р.А.
- 1. Физические основы производства радионуклидов Р.А. Алиев, НИИ Ядерной физики МГУ 1
- 2. 2
- 3. Нуклидная карта спонтанное деление ЭЗ, + гипотетические ядра линия стабильности Z - N Ru 94 Ru 95 Ru 96 Ru 97 Ru 98 Ru 99 Ru 100 Ru 101 Ru 102 Ru 103 Ru 104 Ru 105 Ru 106 Ru 107 Tc 93 Tc 94 Tc 95 Tc 96 Tc 97 Tc 98 Tc 99 Tc 100 Tc 101 Tc 102 Tc 103 Mo 88 Mo 89 Mo 90 Mo 91 Mo 92 Mo 93 Mo 94 Mo 95 Mo 96 Mo 97 Mo 98 Mo 99 Mo 100 Mo 101 Mo 102 Mo 103 Nb 90 Nb 91 Nb 92 Nb 93 Nb 94 Nb 95 Nb 96 Nb 97 3
- 5. Различные каналы реакции 69 800 Ge+n s, мбарн Ge+2n Ga+p Ge+3n Ge* 600 400 200 67 70 Ge Ge 67 Ge 68 Ga 67 Ga 65 Zn 68 68 69 69 0 10 20 68 Ga+p+n 66 Zn+ Ga+p+2n 50 800 s, мбарн Ga+ +n 40 a) 67 68 30 Энергия возбуждения, МэВ 600 400 200 0 Соотношение продуктов реакции определяется энергией возбуждения составного ядра и не зависит от того, из каких компонентов оно получено 10 20 30 40 50 Энергия возбуждения, МэВ б) 5
- 6. Реакции под действием заряженных частиц (функция возбуждения) s s Потенциальная энергия E Eпор E Экзотермический процесс Эндотермический процесс r 6
- 7. Реакции под действием заряженных частиц (функция возбуждения) (p,2n) (p,3n) 100 0 (p,n) Сечение, мбарн (p,4n) (p,5n) (p,6n) (p,7n) 10 0 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Энергия протонов, МэВ 7
- 8. 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
- 9. Реакции под действием нейтронов Сечение, барн 1,0E+05 1,0E+03 1,0E+01 1,0E-01 1,0E-03 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 9
- 11. ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА • Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) • Однофотонная гамма-томография • Брахитерапия • Направленная бета- и альфарадиотерапия • Нейтронно-захватная терапия 11
- 12. 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
- 15. ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯ ТОМОГРАФИЯ • • • • 18F (110 min) 13N (10 min) 11C (20 min) 82Rb (1.27 min) 15
- 17. 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
- 18. НАПРАВЛЕННАЯ АЛЬФАТЕРАПИЯ (212Bi) Выживаемость 1.0 0.8 0.6 20 мкКи 0.4 0.2 0 Контроль 20 40 60 80 100 120 Сутки Miao et al. Clin. Cancer Res. 2005. 11. 15. 5616-21. 18
- 20. Характеристики качества радионуклидной продукции • • • • • Удельная активность Радионуклидная чистота Радиоизотопная чистота Химическая чистота Радиохимическая чистота 20
- 21. Способы повышения радиоизотопной чистоты • Выбор оптимальной энергии частиц • Выбор оптимального времени облучения и охлаждения • Использование изотопно обогащенных мишеней • Использование косвенных путей производства 21
- 22. Выбор оптимальной энергии 1000 124 Сечение, мбарн 124 124 Te(p,n) 123 Te(p,2n) I I 100 10 1 0 5 10 15 20 25 30 35 Энергия протонов, МэВ 22
- 23. Использование косвенных путей Ru 94 Ru 95 Ru 96 Ru 97 Ru 98 Ru 99 Ru 100 Ru 101 Ru 102 Ru 103 Ru 104 Tc 94 pn Tc 95 Tc 96 Tc 97 Tc 98 Tc 99 Tc 100 Tc 101 Mo 93 Mo 94 Mo 95 Mo 96 Mo 97 Mo 98 Mo 99 Mo 100 EC Tc 93 n Tc 102 Tc 103 n p Mo 92 23
- 24. Способы выделения из мишени • Жидкостная экстракция • Ионообменная и экстракционная хроматография • Осаждение и соосаждение • Возгонка • Использование химии горячих атомов 24
- 25. Некоторые экстрагенты i-Bu n-Bu O n-Bu n-C8H17 n-C8H17 O P O n-Bu n-C8H17 P P n-C8H17 O II ТБФ (TBP) O III ТОФО (TOPO) H3C i-Bu O O I N CMPO CH3 O O P O H3C OH CH3 Д2ЭГФК (HDEHP) 25
- 26. 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