Производство циркония

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1736 (2023) Цитировать эту статью

819 Доступов

Подробности о метриках

Разработан процесс производства циркония-88 (88Zr) в количествах от десятков до сотен ГБк с использованием протонных пучков на иттрии. Для этого на Лос-Аламосском заводе по производству изотопов (IPF) мишени из металлического иттрия (≈20 г) облучались пучком протонов с энергией ~16–34 МэВ и током пучка 100–200 мкА. Радионуклид 88Zr был получен и отделен от иттриевых мишеней с помощью гидроксаматной смолы с выходом элюирования 94(5)% (1σ). Жидкий раствор DCl в D2O был выбран в качестве подходящей матрицы образца 88Zr из-за высокого нейтронного пропускания дейтерия по сравнению с водородом и равномерного распределения 88Zr в матрице образца. Выделенный 88Zr растворяли в DCl и 8 мкл полученного раствора переносили в вольфрамовый контейнер для проб с отверстием диаметром 1,2 мм с помощью шприца и автоматической станции наполнения внутри горячей камеры. Нейтронное пропускание полученного образца 88Zr измеряли на установке для экспериментов по непрямому захвату радионуклидов (DICER).

Цирконий (Zr) — переходный металл IV группы, имеющий 5 стабильных и 31 известный радиоактивный изотоп. Некоторые радиоактивные изотопы Zr важны для различных областей науки и техники. Цирконий-89 (89Zr) является одним из наиболее перспективных радионуклидов для иммунопозитронно-эмиссионной томографии (иммуно-ПЭТ) благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам1,2. Его относительно длительный период полураспада (78,4 часа) соответствует биологическому периоду полураспада антител и фрагментов антител, и он распадается до стабильного иттрия-89 (89Y) посредством захвата электронов (77%) и эмиссии позитронов (23%), излучая в основном 511 кэВ. гамма-лучи от аннигиляции, гамма-лучи с энергией 909 кэВ и несколько рентгеновских лучей3. Кроме того, значительные количества 89Zr можно относительно легко получить с помощью пучка протонов низкой энергии (Ep < 13,1 МэВ) на моноизотопной мишени 89Y, а полученный 89Zr можно эффективно отделить от мишени, хелатировать и присоединить к антителу4.

Еще один интересный изотоп циркония — 88Zr, период полураспада которого составляет 83 дня, и который распадается на итрий-88 (88Y) путем захвата электронов, испуская гамма-лучи с энергией 393 кэВ и несколько рентгеновских лучей. Иттрий-88 (t1/2 = 106,6 дней) распадается на стабильный стронций-88 (88Sr) главным образом за счет захвата электронов, испуская гамма-лучи с энергией 898 кэВ и 1836 кэВ и несколько рентгеновских лучей3. Таким образом, 88Zr можно использовать для получения высокочистого, не содержащего носителей 88Y в системе генератора радионуклидов. И 88Zr, и 88Y являются полезными индикаторами в радиофармацевтических исследованиях в качестве долгоживущих заменителей многообещающего иммуно-ПЭТ 89Zr5, а также в радиоиммунотерапии и радиоэмболизационной терапии с 90Y6 соответственно.

Природный цирконий широко использовался в ядерных устройствах при испытаниях ядерного оружия в качестве нагруженного детекторного материала или радиохимической диагностики, т.е. его использовали для определения флюенса нейтронов по начальному количеству загруженного Zr и измерению активности изотопов Zr, образующихся в нейтронной среде7. Флюенс нейтронов, полученный на основе экспериментальных и исторических данных, можно сравнить с флюенсом нейтронов, рассчитанным с использованием различных программ, в которых используются сечения, индуцированные нейтронами. Цирконий-88 является одним из наиболее важных изотопов Zr, образующихся в реакциях, индуцированных высокоэнергетическими нейтронами8, и точные измерения его (n,γ) сечения могут быть использованы для улучшения кодов и, таким образом, для лучшего понимания работы устройства. Более того, недавно Шустерман и его коллеги обнаружили, что 88Zr имеет неожиданно высокое сечение захвата тепловых нейтронов, составляющее (8,61 ± 0,69)·105 барн9. Предположительно, большое сечение тепловых нейтронов 88Zr обусловлено одним или несколькими низкоэнергетическими резонансами. Детальное исследование сечения захвата нейтронов 88Zr в широком диапазоне энергий необходимо для определения свойств его чрезвычайно высокого сечения захвата тепловых нейтронов и получения первых точечных экспериментальных данных при энергиях нейтронов до кэВ-диапазона информировать о точности кодов нейтронного флюенса. Такое исследование окажет влияние как на фундаментальном, так и на прикладном уровне.