Разработка мишени природного и обогащенного Cr для производства марганца

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1167 (2023) Цитировать эту статью

432 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

52Mn — перспективный ПЭТ-радиометалл с периодом полураспада 5,6 суток и средней энергией позитронов 242 кэВ. Обычно хром с природным изотопом используется в качестве целевого материала для получения этого изотопа посредством реакции nat/52Cr(p,n)52Mn. Хотя природный Cr является подходящим материалом для мишени, 52Mn более высокой чистоты можно получить путем перехода к обогащенным мишеням из 52Cr, чтобы предотвратить совместное производство долгоживущего 54Mn (t1/2 = 312 дней). К сожалению, мишени из 52Cr не являются экономически эффективными без наличия процессов переработки, поэтому данная работа направлена ​​на изучение путей подготовки мишеней из Cr, которые можно было бы перерабатывать. В данной работе были исследованы фольга из природного хрома, таблетки металлического порошка, обогащенный оксид хрома-52 и гальванические мишени из Cr(III). Каждую из этих циклотронных мишеней облучали, а полученный 52Mn очищали, если это было возможно, с использованием полуавтоматической системы. Улучшенная очистка твердофазным анионообменом смесей этанол-HCl привела к извлечению 94,5 ± 2,2% 52Mn. Наиболее многообещающей конфигурацией мишени для производства пригодной для повторного использования мишени был гальванический Cr(III). В данной работе представлены несколько путей оптимизации мишеней из обогащенного Cr для производства 52Mn высокой чистоты.

Марганец-52 (52Mn) представляет собой радиометалл, излучающий позитроны, который можно использовать для долгоживущих исследований с использованием позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Кроме того, поскольку нерадиоактивный Mn ранее использовался в качестве контрастного агента для МРТ с усилением марганца (MEMRI), радиоактивный 52Mn можно комбинировать с нерадиоактивным Mn для создания контрастного агента двойного действия, усиливающего сигнал, для визуализации с помощью ПЭТ / МРТ1.

Одним из наиболее распространенных путей получения 52Mn является nat/52Cr(p,n)52Mn. Несколько исследователей сообщили о подготовке и характеристике мишеней Cr с естественным изотопным содержанием (природный Cr). (Таблица 1). Другие методы использовали мишени из ванадия для получения 52Mn посредством бомбардировки 3He, однако существует лишь ограниченное количество ускорителей, способных ускорять эти частицы2.

Природный Cr состоит из 4 изотопов Cr, включая 50Cr (4,35%), 52Cr (83,79%), 53Cr (9,50%) и 54Cr (2,37%). Поскольку природный Cr содержит высокий процент 52Cr, это недорогой способ производства 52Mn. К сожалению, реакции, которые происходят на трех других стабильных изотопах Cr, могут привести к образованию нескольких радиозагрязнений через этот облученный материал мишени, как показано в таблице 2. Если принять во внимание сечения и пороги этих реакций и протонный пучок энергия сохраняется ниже ~ 13 МэВ, только две из этих примесей, 52mn и 54Mn, наблюдаются в гамма-спектрах после облучения природного хрома1,9,10,11. Предыдущие исследования оптимизировали параметры бомбардировки посредством измерений поперечного сечения10. Другим решением для предотвращения образования этих долгоживущих примесей было бы использование обогащенной мишени из 52Cr.

Поэтому мы стремились разработать обогащенные мишени из 52Cr с использованием химии, которая позволила бы перерабатывать материал мишени для изготовления новых мишеней с меньшими затратами. Мишени из природного Cr использовались для проведения технико-экономического обоснования процессов производства, очистки и переработки перед переходом на 52Cr. Cr можно приобрести во многих различных формах, включая порошок, фольгу, стержни, однако 52Cr обычно получают в виде металлического порошка. Порошки Cr можно прессовать в порошковые мишени с помощью гидравлического пресса, подвергать реакции с получением других химических форм, таких как Cr2O3 или CrCl3, или наносить гальваническое покрытие, чтобы увеличить потенциал переработки мишеней из обогащенного 52Cr. Поскольку считается, что Cr(VI) обладает более высокой токсичностью, в этой работе избегали этой степени окисления и основное внимание уделялось менее токсичному Cr(III). В этой работе были изучены различные виды и целевые конфигурации Cr для изучения пригодных для повторного использования обогащенных 52Cr мишеней.