СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА РЕНИЯ-188 Российский патент 1997 года по МПК G21G4/04 

Изобретение относится к области преобразования химических элементов и получению радиоактивных источников, а именно к способам выделения радионуклида рения-188 из облученной мишени вольфрама радиохимическим методом, и может быть использовано в ядерной медицине для терапевтических целей, для научных исследований и технологического контроля.

Известны способы получения генератора рения-188, заключающиеся в том, что облучают мишень из металлического вольфрама нейтронами или дейтронами, растворяют мишень в плавиковой кислоте либо в ее смеси с азотной кислотой, переводят в сорбируемую форму и затем в нерастворимую матрицу путем сорбции на анионите Dowex 1х50 в F-форме [1] либо на оксиде алюминия в NO-3

-форме [2] элюируют рений растворами хлорной кислоты [1] и нитрата аммония [2]
С помощью этих способов невозможно получить генератор рения с высокой объемной активностью, радионуклидной и химической чистотой. Представлены невыгодные условия сорбции вольфрама и элюирования рения-188, в результате чего возможно попадание фтор-иона в элюат, обнаруживается примесь ¹⁸⁸W порядка 0,1% Отсутствуют режимы, позволяющие создать технологию получения генератора рения-188 как для медицинских, так и технических целей.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления генератора рения-188, заключающийся в том, что облучают мишень из металлического вольфрама потоком нейтронов 3•10¹⁴ н/см²•с, растворяют в 48% HF в тефлоновом стакане с добавлением концентрированной азотной кислоты до образования прозрачного раствора. Раствор высушивают при нагревании для удаления HF, остаток растворяют в щелочи, перевод в матрицу осуществляют взаимодействием щелочного раствора вольфрамата с кислым раствором, содержащим цирконил-ион, для образования осадка вольфрамата циркония, содержащего W-188, дополнительной обработкой этого осадка доведением от pH≈2,8 до pH≈6, преимущественно 4,3, последовательной промывкой водой или физраствором, центрифугированием, декантацией водой, промывкой полярным органическим растворителем, смешивающимся с водой, затем органическим растворителем, смешивающимся с полярным органическим растворителем с низкой температурой кипения, сушкой осадка, причем однородность осадка достигается механической (шпателем) или ультразвуковой разливкой стекловидного геля вольфрамата циркония, либо добавкой инертного носителя (оксида алюминия, кварца). Матрицу помещают в емкость для элюирования, а элюирование проводят из колонки растворами натриевых солей (PCT/US 87/02814). Для очистки элюата рения-188 от примеси вольфрама-188 используется оксид алюминия или циркония в виде второй колонки либо слоя под матрицей, содержащей цирконил-вольфрамат, через которую проходит элюент [3] Известный способ является трудоемким и нетехнологичным. Он включает проведение большого числа операций, применение различных реактивов, в том числе концентрированных HF, HCI, HNO₃, органических растворителей, посуды, приборов (например, центрифуги), что осложняет процесс изготовления генератора-188 в серийном варианте в условиях высокой радиационной нагрузки. Невысок выход целевого продукта 55-65% Отсутствуют данные о радионуклидной чистоте рения-188 за исключением примеси W-188, что существенно для использования генератора в медицине.

Цель изобретения упрощение технологического процесса, позволяющего наладить промышленный выпуск генераторов рения-188 с обеспечением высокой объемной активности и радионуклидной чистоты целевого продукта.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения генератора рения-188, включающем облучение мишени из металлического вольфрама нейтронами, растворение мишени, перевод в матрицу, содержащую вольфрам-188, помещение матрицы в емкость для элюирования и элюирование рения растворами натриевых солей, мишень растворяют в перекиси водорода при комнатной температуре, перекисный раствор подщелачивают до pH 10-12, проводят очистку щелочного раствора от радионуклидных примесей пропусканием через колонку с оксидом алюминия, обработанным непосредственно перед употреблением 0,01-0,1 н раствором щелочи, подкисляют раствором соляной кислоты, переводят в матрицу сорбцией на оксиде алюминия в H⁺-форме в динамическом режиме на колонке или в статическом режиме с переносом матрицы в емкость для элюирования с фильтрующим слоем из оксида алюминия в H⁺-форме. Режим сорбции выбирали в зависимости от удельной и объемной активности вольфрама-188 и заданной активности генератора рения-188.

Растворение металлического вольфрама H₂O₂ при комнатной температуре с образованием смеси пероксовольфрамовых кислот - H₂WO₈, H₂WO₆, H₂W₂O₁₁, H₂WO₅ упрощает технологию переработки металлической мишени по сравнению с кислотной переработкой [1-3] Экспериментально подобранное соотношение H₂O₂ и W 12-16% H₂O₂ в количестве 16-10 мл на 1 г W обеспечивает полный переход мишенного материала в раствор с оптимальной концентрацией вольфрама (табл.1). Для разрушения избытка перекиси водорода в растворе и получения более устойчивой формы вольфрама - пероксовольфраматов натрия раствор пероксовольфрамовых кислот обрабатывают щелочью.

Очистка радиоактивных растворов вольфрама снижает возможность попадания в элюат рения-188 долгоживущих радионуклидных примесей, нарабатываемых из малых количеств химических примесей в исходном вольфраме. Например, при длительном облучении мишени из металлического вольфрама со степенью обогащения по изотопу W-186 99,79% образуется значительное количество радионуклидов, часть из которых, например ^134,137Cs, ⁶⁰Co, ^110mAg, ⁶⁵Zn и ¹⁴⁰Ba обнаруживаются в элюатах целевого радионуклида рения-188.

Подщелачивание перекисного раствора вольфрама до pH не менее 10-12 обеспечивает оптимальное извлечение примесных радионуклидов на оксиде алюминия в OH^--форме и минимальную сорбцию вольфрама. При более низких значениях pH увеличивается сорбция вольфрама (табл.2, 3), при более высоких значениях pH очистка от радионуклидных примесей не ухудшается, но снижается концентрация раствора вольфрама и его объемная активность.

Очистка вольфрама пропусканием щелочных растворов через колонку с оксидом алюминия в OH^--форме обеспечивает сорбцию радионуклидных примесей в верхней части колонки, оптимальную при pH 10-12 (0,01-0,1 н NaOH), и минимальную сорбцию вольфрама (табл.3). Извлечение и коэффициенты распределения Cs, Co, Ag и других микроэлементов в динамических условиях выше, чем в статических условиях.

Обработка оксида алюминия непосредственно перед употреблением 0,01-0,1 н растворами щелочи активирует сорбент для лучшей сорбции Cs и других примесных радионуклидов.

Подщелачивание перекисных растворов вольфрама концентрированными растворами NaOH менее 8 н, преимущественно 3-5 н, и дальнейшее подкисление до pH 2-4 при переводе в сорбируемую форму соли пероксо- и изополивольфраматов, после проведения очистки от радионуклидных примесей с использованием растворов соляной кислоты с концентрацией 1-5 н, преимущественно 2-3 н, позволяет получить конечные растворы вольфрама-188 оптимальной концентрации 42±6 мг/мл и объемной активности (табл.4).

Сорбция вольфрама в динамическом режиме обеспечивает упрощение технологического процесса при серийном выпуске генераторов в условиях высокой радиационной нагрузки.

Сорбция вольфрама в статическом режиме с переносом сорбата в колонку с фильтрующим слоем позволяет получить генератор максимальной активности из радиоактивного сырья низкой удельной или объемной активности и при этом снизить вероятность попадания W-188 в элюат целевого радионуклида рения-188, продлить срок годности несвоевременно перерабатываемого радиоактивного сырья или изготовленного генератора.

Таким образом, сочетание предлагаемых существенных отличий: растворение мишени из металлического вольфрама в перекиси водорода, подщелачивание перекисного раствора до pH 10-12, проведение очистки от радионуклидных примесей пропусканием через колонку со специально обработанным оксидом алюминия, перевод в сорбируемую форму подкислением соляной кислотой и в матрицу сорбцией на оксиде алюминия в H⁺-форме в динамическом или статическом режиме с известными признаками, является необходимым и достаточным для решения поставленной задачи, а именно упрощения технологического процесса, позволяющего наладить промышленный выпуск генераторов рения-188 с обеспечением высокой объемной активности и радионуклидной чистоты целевого продукта.

Пример 1. 1 г металлического вольфрама, обогащенного по изотопу ¹⁸⁶W (99,79%), облучали в потоке нейтронов 2•10¹⁵н/см²•с в течение 40 сут. Образец после "охлаждения" в течение 20 сут вскрывали, переносили в колбу на 50 мл, добавляли 15-13 мл (13-15%)H₂O₂, смесь перемешивали до полного растворения металла, добавляли 5 н NaOH (≈2,2 мл) до pH 10-12.

Готовили колонку размером h 10 см, D 0,8 см, заполняли оксидом алюминия (≈2 г), предварительно обработанным 0,01 н раствором NaOH при нагревании на плитке в течение 5-10 мин. Щелочной раствор пероксовольфраматов пропускали через колонку с Al₂O₃ в OH^--форме, промывали 0,01 н NaOH (3-4 мл), собирали элюат в колбе на 50 мл, подкисляли 2 н HCI (≈4 мл) до pH 3-4. Измеряли объем раствора вольфрама-188, по аликвоте определяли объемную активность и рассчитывали удельную активность и концентрацию W в растворе. По аликвоте щелочных растворов до и после очистки определяли радионуклидные примеси и рассчитывали степень очистки 10⁵.

С помощью дозатора готовили флаконы с радиоактивным раствором, обеспечивающим зарядку генератора заданной активности из расчета .

Готовили серию колонок высотой 7-10 см, D 0,8-1,2 см с содержанием Al₂O₃ 1,5-5 г, предварительно обработанным 0,1 н HCI при нагревании 5-10 мин.

Колонки и флаконы с радиоактивным раствором стерилизовали в автоклаве в течение 15 мин при 120^oC и давлении 1,1 атм. Колонки помещали в защитный контейнер ГТ-2 с внутренними коммуникациями.

Зарядку генераторной колонки проводили с помощью системы разрежения со скоростью до 20 мл/мин. Промывали генераторы через 18 ч 0,9% NaCl pH 3-4 (30 мл) и элюировали Re-188 тем же раствором по мере надобности с помощью вакуумированных флаконов объемами по 10 мл. Элюаты исследовали в течение срока годности генератора полугода, года. Определяли объемную активность, радиохимический выход, радиохимическую чистоту (РХЧ), pH, состав химических и радионуклидных примесей и другие характеристики элюата. Радиохимический выход составлял 75±5% в объеме 10 мл, РХЧ 99,9% pH 5,5±1, содержание неактивных примесей Al, Fe, Cu ≅ 5 мкг/мл, радионуклидных примесей ^134,137Cs, ⁶⁰Co, ⁶⁵Zn, ^110mAg, ¹⁴⁰Ba менее 10^-5% ¹⁸⁸W ≅10^-3% Характеристики элюата удовлетворяют медико-техническим требованиям.

Пример 2. Поясняет второй вариант зарядки генератора для защитного контейнера с наружными коммуникациями. Облучение, растворение образцов, очистку от радионуклидных примесей, перевод в сорбируемую форму проводили как в примере 1. Готовили колонки размером h 10 см, D 1,2 см с содержанием Al₂O₃ в H⁺-форме 3-6 г. Рассчитанный объем радиоактивного раствора ¹⁸⁸W 2-10 мл вносили в колонки с помощью дозатора с иглой, обмывали с 1-2 мл раствора 0,9% NaCl pH 3-4. Колонки стерилизовали в автоклаве в течение 15 мин при 120^oC и давлении 1,1 атм, помещали в защитный контейнер КСУ-2 с наружными коммуникациями, промывали через 6-18 ч 30-60 мл 0,9% NaCl и затем элюировали ¹⁸⁸Re растворами натриевых солей периодически в течение года. Характеристики элюата существенно не отличались от характеристик элюатов генераторов, приведенных в примере 1.

Пример 3. Поясняет вариант зарядки генератора в статических условиях. Облучение образца проводили в потоке нейтронов 2•10¹⁴ н/см²•с в течение 40 сут. Выдержку образцов, растворение, очистку от радионуклидных примесей, перевод в сорбируемую форму проводили как в примере 1.

Сорбцию проводили из растворов вольфрама-188 низкой удельной и объемной активности в статическом режиме в колбах на 50 мл, содержащих 2-5 г Al₂O₃ в H⁺-форме в течение 2 ч при перемешивании. Готовили колонки (h 10 см, D 0,8-1,2 см) с 1-2 г Al₂O₃ в H⁺-форме в качестве фильтрующего слоя. Сорбат из колбы переносили на воронку с бумажным фильтром, промывали 0,9% NaCl pH 3-4 50-60 мл, переносили в колонку с фильтрующим слоем протыканием фильтра стеклянной палочкой, обмывая 5 мл 0,9% NaCl pH 3-4. Колонки завальцовывали, стерилизовали в автоклаве в течение 15 мин при 120^oC и давлении 1,1 атм, переносили в защитный контейнер с коммуникациями типа КСУ-2.

Содержание вольфрама в генераторах до 500 мг. Характеристики элюата за исключением объемной активности рения-188 аналогичны характеристикам элюатов генераторов высокой удельной активности. Содержание радионуклидных примесей не превышало 10^-5% ¹⁸⁸W ≅ 10^-3%

Использование: в ядерной медицине для терапевтических целей, для научных исследований и технологического контроля. Сущность изобретения: разработан способ получения генератора рения-188 с высокой радионуклидной чистотой и объемной активностью целевого радионуклида. После облучения мишени из металлического вольфрама мишень растворяют в перекиси водорода. Перекисный раствор вольфрама подщелачивают до pH 10-12. Проводят очистку от радионуклидных примесей пропусканием щелочных растворов через колонку с оксидом алюминия, обработанным непосредственно перед употреблением 0,01-0,1 н раствором щелочи, подкисляют раствором соляной кислоты. Затем вольфрам переводят в матрицу, содержащую вольфрам-188, сорбцией на оксиде алюминия в H⁺-форме в динамическом режиме либо статическом с переносом в колонку с фильтрующим слоем из оксида алюминия в H⁺-форме, элюирование рения-188 проводят растворами натриевых солей. 4 табл.

Способ получения генератора рения-188, включающий облучение мишени из металлического вольфрама нейтронами, растворение мишени, перевод вольфрама-188 в матрицу, помещение матрицы в емкость для элюирования и элюирование рения растворами натриевых солей, отличающийся тем, что мишень растворяют в перекиси водорода, перекисный раствор подщелачивают до pH 10 12, проводят очистку щелочного раствора от радионуклидных примесей пропусканием через колонку с оксидом алюминия, обработанным непосредственно перед употреблением 0,01 0,1 н. раствором щелочи, подкисляют раствором соляной кислоты до pH 2 4, переводят в матрицу сорбцией на оксиде алюминия в Н⁺-форме.