Способ получения радиоактивных изотопов кобальт-57 и кадмий-109

 

Заявляемое изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов на ускорителях заряженных частиц, в частности кобальта-57 и кадмия-109, на циклотроне с использованием внутреннего пучка протонов. Способ получения радиоактивных изотопов кобальт-57 и кадмий-109 включает изготовление двухслойной мишени, облучение ее пучком ускоренных протонов и химическую переработку мишени. Изготовление двухслойной мишени осуществляют нанесением слоя металлического серебра-109 на металлическую подложку диффузионной сваркой, затем нанесением слоя никеля-58 электрохимическим способом с последующим осуществлением диффузионной сварки слоев серебра-109 и никеля-58, а мишень облучают протонами с такими первоначальными энергиями, чтобы их энергия на переходе между слоями серебра-109 и никеля-58 находилась в диапазоне от 13 до 15 МэВ. Технический результат - обеспечение высокой производительности наработки радионуклидов, упрощение технологии переработки облученной мишени, улучшение условий безопасности и возможности получения кобальта-57 с заданными характеристиками по количеству примесей Со-56 и Со-58. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов на ускорителях заряженных частиц, в частности кобальта-57 и кадмия-109, на циклотроне с использованием внутреннего пучка протонов.

Известны способы получения радиоактивных изотопов кобальт-57 и кадмий-109 на циклотроне путем облучения соответственно никеля-58 и серебра-109 пучком протонов (Kaufman S., Reactions of Protons with Ni-58 and Ni-60// J, PR, 117, 1532, 60 /1/. Tanaka S., Furukawa M., Chiba M., Nuclear Reactios of Nikel with Protons up to 56 MeV//J, Jin, 34, 2419, 72 /2/. Wing J., Huizenga J.R., (p, n) Cross Sections of V-51, Cr-52, Cu-63, Cu-65, Ag-107, Ag-109, Cd-111, Cd-114 and La-139 from 5 to 10.5 MeV// J, PR, 128, 280, 62 /3/. Krasnov N.N., Sevastianov Yu.G., Konyakhin N.A., Razbash A.A., Ognev A.A., Ponomarev A.A. Radionuclide Production on Cyclotron of Institute of Physics and Power Engineering.// Proceedings of the IVth International Workshop on Targetry and Target Chemistry, PSI Villigen, Switzerland September 9-12, 1991, p.54-56 /4/. Strelov F.W.E. Improved separation of cadmium-109 from silver cyclotron targets by anion exchange chromatography in nitric acid-hydrobromic acid mixtures//Anal. Chim. Acta, 1978, Vol.97, p.87 /5/).

Недостатками известных способов являются: получение только одного изотопа в мишени, т.е. необходимость облучения двух разных мишеней для получения кобальта-57 и кадмия-109; относительная невысокая теплостойкость мишеней, обусловленная недостаточно хорошим сцеплением облучаемого материала с подложкой мишени; некоторые трудности при переработке никелевой мишени, связанные с попаданием значительных количеств меди из подложки в раствор при растворении никелевого слоя, что увеличивает объемы растворов для очистки кобальта-57 от меди.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ одновременного получения радиоактивных изотопов кадмий-109, кобальт-57 и марганец-54 на циклотроне путем облучения мишени, содержащей серебро-109 и железо-56 дейтронами с энергией 16 МэВ (Smith-Jones P.M., Strelov F.W.E., Haasbroek F.J.,Bohmer R.G. Production of Carrier Free 109Cd, 57Co and 54Mn from a Composite Cyclotron Target of Enriched Silver-109 and Iron-56// Appl. Radial Isot., 1988, vol.39, No.10, p.1073-1078 /6/).

Мишень для получения указанных радиоактивных изотопов представляет собой медную подложку, на которую нанесены два слоя: сначала слой железа-56, а на поверхность железа наносится слой серебра-109.

Толщина слоев серебра выбрана такой, что в серебре дейтроны теряют энергию с 16 МэВ до 7 МэВ и в этом слое образуется радиоактивный изотоп кадмий-109 по ядерной реакции 109Ag(d,2n)109Cd. В слое железа образуются кобальт-57 и марганец-54 по ядерным реакциям: 56Fe(d,n) 57Co и 56Fe(d,) 54Mn.

После окончания облучения и соответствующей выдержки во времени облученные серебро и железо снимают фрезой с медной подложки, растворяют и из полученных растворов выделяют все три радиоизотопа.

К недостаткам способа, выбранном в качестве прототипа, следует отнести то, что этот способ направлен, главным образом, на получение кадмия-109, поскольку отношение активности кадмия к активности кобальта-57 составляет около 8:1, тогда как потребность в кобальте-57 на потребительском рынке выше, чем кадмия-109. Кроме того, нанесение серебра на медную подложку осуществляют из цианидных электролитов электрохимическим способом, что представляет определенную трудность и опасность. Переработка облученной мишени довольно трудоемка. При облучении мишени образуется значительное количество химически неотделяемого радионуклида кобальт-56 от радионуклида кобальт-57. Относительно невысокая теплостойкость мишеней, обусловленная недостаточно хорошим сцеплением нанесенных электролитическим методом слоев облучаемых материалов с подложкой мишени и друг с другом, ограничивает величины токов заряженных частиц на мишени.

Решаемая техническая задача состояла в устранении указанных недостатков, а именно обеспечение высокой производительности наработки радионуклидов, упрощение технологии переработки облученной мишени, улучшение условий безопасности и возможности получения кобальта-57 с заданными характеристиками по количеству примесей Со-56 и Со-58.

Сущность изобретения состоит в следующем. Предложен способ получения радиоактивных изотопов кобальт-57 и кадмий-109, включающий изготовление двухслойной мишени, облучение ее пучком ускоренных протонов и химическую переработку мишени. Отличительные особенности предложенного способа состоят в том, что изготовление двухслойной мишени осуществляют нанесением слоя металлического серебра-109 на металлическую подложку диффузионной сваркой, затем нанесением слоя никеля-58 электрохимическим способом с последующим осуществлением диффузионной сварки слоев серебра-109 и никеля-58, а мишень облучают протонами с такими первоначальными энергиями, чтобы их энергия на переходе между слоями серебра-109 и никеля-58 находилась в диапазоне от 13 до 15 МэВ.

Дополнительно предлагается в качестве пучка ускоренных протонов использовать внутренний протонный пучок циклотрона.

Кроме того, прелагается облучаемую поверхность мишени выполнять криволинейной в форме части цилиндра с радиусом, равным радиусу конечной орбиты внутреннего пучка протонов.

Целесообразно также слой никеля после облучения растворять в мишени в соляной кислоте химическим или электрохимическим методом полностью или послойно.

Целесообразно в качестве материала подложки использовать медь.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что:

Предлагается использовать двухслойную мишень, на медную подложку которой сначала наносится слой серебра (серебро-109), а затем на серебро наносится слой никеля-58.

Кобальт-57 образуется при облучении никеля-58 протонами с энергией протонов более 10 МэВ, а кадмий-109 образуется при облучении серебра-109 протонами с энергией более 4 МэВ. Минимальные потери выхода кобальта-57 и в то же время значительный выход кадмия-109 могут быть получены в случае, если на слой серебра будут падать протоны с энергией 13-15 МэВ. Поэтому толщина слоя никеля-58 выбирается с учетом начальной энергии протонов, потерь энергии в слое никеля-58 до величины энергии 13-15 МэВ.

Чтобы мишень имела высокую тепловую стойкость, чтобы можно было облучать ее пучком протонов более высокой мощности и тем самым обеспечить более высокую производительность, должно быть надежное и прочное соединение между слоями облучаемого вещества и поверхностью мишенной подложки.

В предлагаемом способе для обеспечения прочного сцепления слоев предлагается применять метод диффузионной сварки в вакууме. Сначала сваривается фольга из серебра-109 с медной подложкой мишени. Затем на поверхность серебра наносится электрохимическим методом слой никеля-58. После этого производится диффузионная сварка в вакууме никеля с серебром и дополнительно серебра с медной подложкой. Такой способ изготовления мишени обеспечивает более высокую тепловую стойкость мишени. Кроме того, в процессе облучения обратная сторона подложки мишени охлаждается потоком воды.

При облучении мишени на циклотроне для предотвращения возможного теплового повреждения отдельных участков облучаемой поверхности вследствие перегрева используется система контроля температурного поля. Контроль осуществляется с помощью дистанционного измерения интенсивности инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью мишени (Способ получения радиоактивных изотопов. Авторское свидетельство №965197, 1982 /7/).

Для того чтобы обеспечить одинаковый угол падения внутреннего пучка протонов на облучаемую поверхность мишени по всей ее длине, а следовательно, и одинаковое распределение активности радиоизотопов по толщине слоев облучаемых материалов по всей облучаемой поверхности мишени, поверхность мишени выполнена криволинейной с радиусом кривизны, равным радиусу конечной орбиты пучка. При этом становится более равномерным распределение пучка протонов по поверхности мишени и тем самым становится более равномерной тепловая нагрузка, что также позволяет производить облучение пучком протонов более высокой интенсивности, обеспечивая более высокую производительность.

Нанесение никеля-58 на слой серебра позволяет легко растворять никель химическим или электрохимическим методом в соляной кислоте. По окончании растворения никеля на поверхности серебра образуется пленка трудно растворимого хлорида серебра и дальнейшее растворение прекращается. Таким образом, медь не попадает в раствор, что облегчает выделение кобальта-57.

Одной из основных характеристик качества радиоизотопа кобальт-57 является содержание радиоактивных примесей кобальта-56 и кобальта-58. Эта величина изменяется по глубине никеля от слоя к слою. Поэтому, используя послойное растворение, можно получать кобальт-57 с различным содержанием радиоактивных примесей. Криволинейная поверхность мишени, обеспечивающая равномерное распределение активности радиоизотопов по толщине слоев облучаемых материалов по всей облучаемой поверхности мишени, позволяет более точно прогнозировать толщину растворяемых слоев никеля для получения кобальта-57 с заданными характеристиками.

Предлагаемый способ получения радиоактивных изотопов кобальт-57 и кадмий-109 осуществляется следующим образом.

Изготавливается облучаемая мишень нанесением серебра толщиной 90 мкм на медную подложку толщиной 2 мм методом диффузионной сварки. На слой серебра электрохимическим способом наносится слой Ni-58 толщиной 45 мкм. После этого производится диффузионная сварка в вакууме никеля с серебром и дополнительно серебра с медной подложкой. После чего облучаемой поверхности прессованием придают необходимую кривизну с радиусом кривизны, равном 640 мм. Мишень устанавливается в мишенное устройство, помещается в вакуумную камеру циклотрона и на нее подается пучок ускоренных до энергии 20 МэВ протонов. Средняя тепловая мощность, выделяемая на мишени во время облучения 16-20 кВт. Доза облучения составляет примерно 1500 кВт и зависит от необходимого количества нарабатываемых изотопов. После набора заданной дозы мишень снимается с мишенного устройства и передается на радиохимическую переработку, где происходит послойное электрохимическое растворение никеля и серебра и последующее радиохимическое выделение изотопов из соответствующих растворов.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1

При облучении мишеней на циклотроне для предотвращения возможного теплового повреждения отдельных участков облучаемой поверхности вследствие перегрева используется система контроля температурного поля.

В таблице 1 представлены результаты, полученные при облучении 6 экспериментальных мишеней.

Представленные экспериментальные данные показывают, что предлагаемые технические решения, а именно применение метода диффузионной сварки в вакууме на этапах нанесения каждого слоя облучаемого материала и криволинейной поверхности мишени позволяют производить облучение мишени пучком протонов более высокой интенсивности и тем самым существенно повысить производительность наработки радиоизотопов.

Пример 2

В таблице 2 представлены результаты послойного растворения никеля-58 с облученных двухслойных мишеней.

Как видно из представленных данных, в зависимости от условий снятия слоев никеля-58 можно получать кобальт-57 с различным содержанием примесей.

Пример 3

Двухслойные мишени №№7624, 7625, 7638, 7639, 7660, 7661 и 7666 были изготовлены по предлагаемому способу. Слой серебра был из природного материала. После растворения никеля-58 и выделения из него кобальта-57 в мишенях было 606 мКи кадмия-109. Серебро с мишеней было переведено в раствор и по стандартной технологии было выделено 540 мКи кадмия-109, т.е. около 90%. Таким образом, кроме кобальта-57 при облучении двухслойных мишеней получен также радиоизотоп кадмий-109, причем практически без уменьшения выхода кобальта-57.

Формула изобретения

1. Способ получения радиоактивных изотопов кобальт-57 и кадмий-109, включающий изготовление двухслойной мишени, облучение ее пучком ускоренных протонов и химическую переработку мишени, отличающийся тем, что изготовление двухслойной мишени осуществляют нанесением слоя металлического серебра-109 на металлическую подложку диффузионной сваркой, затем нанесением слоя никеля-58 электрохимическим способом с последующим осуществлением диффузионной сварки слоев серебра-109 и никеля-58, а мишень облучают протонами с такими первоначальными энергиями, чтобы их энергия на переходе между слоями никеля-58 и серебра-109 находилась в диапазоне 13 - 15 МэВ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пучка ускоренных протонов используют внутренний протонный пучок циклотрона.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой никеля после облучения растворяют с поверхности мишени в соляной кислоте химическим или электрохимическим методом полностью или послойно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала подложки используют медь.

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 14.03.2005

Извещение опубликовано: 20.02.2007        БИ: 05/2007




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к реакторной технологии получения радионуклидов для ядерной медицины

Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов с целью повышения их ювелирной ценности

Изобретение относится к радиохимии изотопов, в частности плутония, и может быть использован для получения особо радиоизотопно чистого препарата плутония-237 (Pu-237)

Изобретение относится к технике получения радионуклидов при облучении заряженными частицами стабильных изотопов

Изобретение относится к производству радиоактивных изотопов и может быть использовано в ядерной медицине для приготовления радиофармацевтических препаратов

Изобретение относится к области атомной техники
Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов, а именно к получению радионуклида палладий-103 на циклотроне с использованием пучка заряженных частиц

Изобретение относится к области радиохимии

Изобретение относится к области ядерной технологии и радиохимии, а именно получения и выделения радиоактивных изотопов для медицинских целей

Изобретение относится к получению радионуклида 230U для терапии онкологических заболеваний

Изобретение относится к ядерной физики, а точнее к производству изотопов для использования в качестве источника гамма-излучения в дефектоскопах при анализе материалов без их разрушения

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц

Изобретение относится к способу получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц. Способ включает облучение мишени на ускорителе протонов и выделение 82Sr без носителя из облученной мишени. В качестве мишени берут изотоп 84Sr, мишень облучают пучком протонов, в процессе облучения в результате пороговой ядерной реакции 84Sr(р,3n)82Y в мишени нарабатывают и одновременно радиохимическим методом из мишени непрерывно извлекают 82Y, продукт распада которого, целевой радиоизотоп 82Sr (без носителя), далее выделяют радиохимическим методом. Техническим результатом является возможность производить 82Sr без носителя в области энергий протонов Ер≤30÷40 МэВ, возможность применения для производства 82Sr стандартных циклотронов с Ер≤30÷40 МэВ, возможность повысить интегральный выход 82Sr в схеме производства по реакции Rb(p,xn)82Sr на ускорителях с Ер=70÷100 МэВ для наработки 82Sr. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу получения изотопов для ядерной медицины. Способ включает облучение мишени нейтронами и выделение 177Lu из облученной мишени. В качестве мишени берут изотоп 176Yb, мишень облучают в потоке нейтронов ядерного реактора, в процессе облучения в результате ядерной реакции 176Yb(n,γ)177Yb в мишени нарабатывают 177Yb, продуктом распада которого целевой радиоизотоп 177Lu (без носителя) затем выделяют хроматографическим методом на ионообменной колонке. В качестве элюэнта для смыва 177Lu с колонки использовали 0.07 N раствор α-изомасляной кислоты. Очистку продукта от следов α-изомасляной кислоты осуществляли на второй ионообменной колонке. При этом элюат подкисляли до pH=1-2. 177Lu сорбировали на колонке, элюат с α-изомасляной кислотой направляли в отходы. Затем колонку промывали 100 мл дистиллированной воды, после чего элюировали 177Lu десятью миллилитрами 0.5 N HCl. Элюат упаривали досуха и смывали осадок HCl с pH=5.1. Техническим результатом является возможность производить радиоизотоп 177Lu без носителя в практически значимых количествах (десятки кюри) на стандартных исследовательских реакторах и применять для наработки, выделения и очистки радиоизотопа 177Lu отечественное сырье и химреактивы, а также обеспечение качества мечения при синтезе радиофармпрепаратов на основе 177Lu. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх