Upload
matthew-combs
View
34
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
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. Три мишенные станции для получения наиболее используемых в настоящее время радионуклидов. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
РАДИОИЗОТОПНЫЙ КОМПЛЕКС РИЦ-80. РАЗРАБОТКА НОВЫХРАДИОИЗОТОПНЫЙ КОМПЛЕКС РИЦ-80. РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ИЗОТОПАМЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ИЗОТОПА
Sr-82 Sr-82 И ДРУГИХ МЕДИЦИНСКИХ ИЗОТОПОВИ ДРУГИХ МЕДИЦИНСКИХ ИЗОТОПОВ
В. Пантелеев, 26.12.2013
Радиоизотопный комплекс РИЦ-80
В. Пантелеев, 25.12.2013
Три мишенные станции для получениянаиболее 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 возможностиполучения медицинских радионуклидов ирадиофармпрепаратов 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 комплексаРИЦ-80 в подвале экспериментального заласинхроциклотрона ПИЯФ
.
В. Пантелеев, 25.12.2013
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.
Радионуклид Т1/2
МишеньВремяоблуч. (ч)
Активностьв мишени (Ки)
использование
Ge-68 пэт калибр.
270.8 d Ga 240 2 калибровка ПЭТ сканеров, диагностика заболеваний нейроэндокринной системы
Sr- 82 пэт 25.55 d Rb, Y 240 10 диагностика заболеваний сердечно-сосудистой системы
Mo-99 офэт+тер
2.74 d Mo 240 7.3 диагностика и терапия различных видов опухолей
In-111 офэт 2.8 d Cd 25 24.7 Диагностика воспалительных процессов и злокачественных образований
I-123 офэт 13.27 h Te 5 10.4 диагностика щитовидной железы, локализация опухолей (нейробластома и феохромоцитома)
I-124 офэт 4.17 d Te 25 9.3 диагностика щитовидной железы , локализация опухолей, терапия
Tb-149 α-тер 4.1 h Gd 12 3.5 терапия злокачественных образований на клеточном уровне
Ra-223 α-тер 11.4 d Th 240 7.3 терапия злокачественных образований
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
В. Пантелеев, 25.12.2013
Разработка масс-сепараторного и высокотемпературного«сухого» метода получения медицинских радионуклидов
В. Пантелеев, 25.12.2013
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
В. Пантелеев, 25.12.2013
В. Пантелеев, 25.12.2013
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.
В. Пантелеев, 25.12.2013
В. Пантелеев, 25.12.2013
Рабочие прототипы мишеней для РИЦ-80
Выделение Sr-82 из мишеней дикарбида иттрия, хлористого и металлического рубидия
В. Пантелеев, 25.12.2013
530 540 550 760 770 780 7900,0
5,0x102
1,0x103
1,5x103
2,0x103
2,5x103
3,0x103
3,5x103
4,0x103
53
0
83R
b
55
3
77
6 -
82S
r ->
82R
b
before heating after 2 h heating
Cou
nt
EkeV
530 540 550 760 770 780 7900,0
5,0x102
1,0x103
1,5x103
2,0x103
2,5x103
3,0x103
3,5x103
4,0x103
53
0
83R
b
55
3
77
6 -
82S
r ->
82R
b
before heating after 10 h heating
Cou
nt
EkeV
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%, дляСтронция 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 В. Пантелеев, 25.12.2013
Вывод: из рабочего прототипа мишени из дикарбида иттриявысокой плотности толщиной 10 г/cм2 эффективностьвыделения стронция-82 за 10 часов нагрева при температуре1500 °С составляет величину близкую к 100%.
В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ
500 510 520 530 540 550 560 770 7801x102
1x103
1x104
1x105
1x106
776 keV
( 82Sr --> 82mRb)
RbClCount
E, keV
RbCl-target-02.dat RbCl-after-02.dat514 +511 keV ( 85Sr + annihilation)
520 keV ( 83Rb )
529 keV ( 83Rb )
552 keV ( 83Rb )
500 510 520 530 540 550 560 770 7801x102
1x103
1x104
1x105
1x106
RbClCount
E, keV
RbCl-cup-02.dat
552 keV ( 83Rb )
514 +511 keV ( 85Sr + annihilation)
520 keV ( 83Rb )
529 keV ( 83Rb )
776 keV
( 82Sr --> 82mRb)
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 хлористогорубидия, испаренного в балластный объем,после нагревания при температуре 800 °С в течение2-ух часов.Эффективность выделения рубидия в балластный объем близка к 100%
В. Пантелеев, 25.12.2013
Эксперименты по выделению стронция иэ мишени в виде RbCl проведены с массой мишенного вещества около одного грамма/cм2
1350 1400 2050 2060 2070 2080 2090 2100
1000
10000
счет
в к
анал
е
канал
511кэв
Sr-82(776 кэв)
Rb-83(520 кэв)
Rb-83(530 кэв)
Мишень: Rb металл.
Гамма спектр облученной мишени металлического рубидияв 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%.
В. Пантелеев, 25.12.2013
Выделение изотопов 223Ra и 224Ra, распадающихся α-распадом, из мишени из карбида урана-238 высокой плотности
В. Пантелеев, 25.12.2013
5500 6000 6500 7000 7500
0
1x104
2x104
3x104
4x104
0
1x103
2x103
3x103
4x103
0
200
400
600
800
1000
6623
, 21
1B
i
6552
, 21
9R
n
6425
, 21
9R
n
6288
, 22
0R
n62
78, 2
11B
i
6051
+60
90, 2
12B
i
5830
, 22
5A
c (?
)57
47, 2
23R
a
5716
, 22
3R
a
5687
, 22
4R
a
5607
, 22
3R
a55
40, 2
23R
a
5449
, 22
4R
a
No 3
Cou
nt
EkeV
6778
, 21
6P
o68
19, 2
19R
n
7069
, 21
7A
t (?)
7386
, 2
15P
oNo 2
6623
, 21
1B
i
6552
, 21
9R
n
6425
, 21
9R
n
6288
, 22
0R
n62
78, 2
11B
i
6051
+60
90, 2
12B
i
5830
, 22
5A
c (?
)57
47, 2
23R
a5716
, 22
3R
a
5687
, 22
4R
a
5607
, 22
3R
a55
40, 2
23R
a
6778
, 21
6P
o
6819
, 21
9R
n
7069
, 21
7A
t (?)
7386
, 2
15P
o
5449
, 22
4R
a
No 1
6623
, 21
1B
i
6552
, 21
9R
n
6425
, 21
9R
n
6288
, 22
0R
n62
78, 2
11B
i
6051
+60
90, 2
12B
i
5830
, 22
5A
c (?
)5747
, 22
3R
a57
16, 2
23R
a
5687
, 22
4R
a
5607
, 22
3R
a
5540
, 22
3R
a
5449
, 22
4R
a
6778
, 21
6P
o68
19, 2
19R
n
7069
, 21
7A
t (?)
7386
, 2
15P
o
Альфа спектры 223,224Ra высаженных на охлаждаемую подложкув течение двух часов нагрева облученной мишени при разных температурах
Т = 1900 °СЭффективность выделенияоколо 2%
Т = 2100 °СЭффективность выделенияоколо 10%
Т = 2300 °СЭффективность выделения около 90 %
Следующий этап – использование карбида ториявысокой плотности в качестве мишени, что обеспечитполучение на РИЦ-80 активности изотопов Ra-223, Ra-224до 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.
В. Пантелеев, 25.12.2013
Измерение эффективности поверхностной ионизации радиоактивного стронция
В. Пантелеев, 25.12.2013
Измерение эффективности поверхностной ионизации радиоизотопов стронция
Ионный источник поверхностнойионизации с вольфрамовой трубкойДлиной 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
В. Пантелеев, 25.12.2013
1360 1380 1400 1420 1440
0
2000
4000
6000
счет
в к
анал
е
канал
Sr-85(514 кэв)
Rb-83(520 кэв)
Rb-83(530 кэв)
W(монокристалл)
Линзовая часть нового тестового масс-сепаратора в экспериментальномзале 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 монокристаллавольфрама 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:
В. Пантелеев, 25.12.2013
500 510 520 530 890 900 910
1x103
2x103
3x103
4x103
511 keV (annihilation)898 keV
( 88Y )
Screen washing testsCount
E, keV
screen-000.dat (Screen before washing) screen-001.dat (Screen after 10% HCl)
514 keV ( 85Sr )
500 510 520 530 890 900 910
100
200
300
400
500
600
700
800
511 keV (annihilation)
898 keV
( 88Y )
Screen washing testsCount
E, keV
screen-002.dat (HCl solution)
514 keV ( 85Sr )
Eγ 514 898
Sγ до смывки 15150 (150) 17390 (160)
Sγ после смывки 7090 (100) 17740 (170)
Sγ смытое в HCl 3220 (60) 470 (30)
% смытого в НСl 53% <2.7%
Смывка высаженного стронция солянойкислотой
В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ
Гамма-спектр раствора Sr-85 в 10% соляной кислоте
2200 2400 2600 2800
0,1
1
2400 2500 2600 2700
0,01
0,1
W/Re ionizer l =35 mm, d =1.5 mm
ioni
zatio
n ef
fici
ency
temperature (oC)
Tm Eu Lu
Lu
ioni
zatio
n ef
fici
ency
temperature (oC)
length of ionizer l = 12 mm l = 35 mm
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) = 6.15Vi(Tm) = 6.14 Vi(Eu) = 5.67Для 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 поверхностнойионизации:
Ионизационный потенциал стронция: Vi(Sr) = 5.69 eV,
Т.е. ожидаемая эффективность ионизации стронцияблизка к 100%
В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ
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.
В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ
Распределение возможности наработки нуклидов по трем направлениям
Масс-сепаратормишень
Сухое выделениемишень
Классическое направлениемишень
SR-82 YC, Rb Rb, RbCl, YC Rb
Ge-68 - Ga Ga
Mo -99 Mo(разр. спец. ионн. ист.)
Мо -
In-111 Sn Cd Cd
I-123 Te - Xe
I-124 Te Te
Tb-149 GdC - -
Ra-223 ThC ThC -
F-18 - - H2O
В. Пантелеев, НИЦ КИ, ПИЯФ