СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЙ МИШЕНИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РАДИОИЗОТОПОВ МОЛИБДЕНА-99 Российский патент 2016 года по МПК G21G1/08 B82B1/00 

Область техники

Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопов.

Настоящее изобретение может быть использовано для производства радиоизотопа молибден-99 (⁹⁹Mo), являющегося основой для создания радиоизотопных генераторов технеция-99m (^9mTc), нашедших широкое применение в ядерной медицине для диагностических целей.

Предшествующий уровень техники

⁹⁹Mo является одним из наиболее востребованных радиоизотопов в ядерной медицине [Кодина Г.Е. Методы получения радиофармацевтических препаратов и радионуклидных генераторов для медицины. В кн. ИЗОТОПЫ. Свойства. Получение. Применение. Под ред. В.Ю. Баранова. М.: Физматлит. Том 2. 2005. С. 389-412]. Его используют в генераторах ⁹⁹Mo/^99mTc для визуального контроля и ранней диагностики онкологических, сердечнососудистых и других заболеваний. ^99mTc образуется при распаде материнского радиоизотопа ⁹⁹Mo.

Широкое применение радиоизотопа ^99mTc объясняется сочетанием его ядерных свойств, которое обуславливает его преимущество перед многими короткоживущими радиоизотопами. Технеций-99m имеет удобную для регистрации энергию гамма-излучения (140 кэВ), малый период полураспада. У него отсутствуют бета- и жесткое гамма-излучения, что уменьшает дозовые нагрузки на пациентов и персонал изотопных лабораторий. Данный радиоизотоп разрешен к применению для проведения диагностических исследований беременных и новорожденных. До 80% диагностических процедур в мире осуществляется с помощью ^99mTc. Технеций-99m принадлежит к числу изотопов, обладающих наименьшей радиотоксичностью.

Основные мировые производители нарабатывают ⁹⁹Mo с использованием урановой мишени. Более 95% радиоизотопа ⁹⁹Mo производится с применением высокообогащенного урана с содержанием изотопа ²³⁵U≈90%. Урановая мишень состоит из твердых соединений урана в виде окислов или уран-алюминиевого сплава. Облучение происходит в экспериментальном канале реактора с индивидуальным принудительным охлаждением. После облучения мишени реакторными нейтронами производится радиохимическое выделение ⁹⁹Mo из смеси осколков деления в условиях горячей камеры.

Известен реакторный способ получения радиоизотопа ⁹⁹Mo, основанный на реакции деления урана-235 (²³⁵U) по действием нейтронов [Герасимов А.С., Киселев Г.И., Ланцов М.Л. Получение ⁹⁹Mo в ядерных реакторах. Атомная энергия. Том 67, выпуск 1, август 1989, 104-108]. В этом процессе мишень, содержащую двуокись урана с обогащением по изотопу ²³⁵U до 90%, облучают в течение 7-10 суток в потоке нейтронов ядерного реактора, а затем перерабатывают одним из традиционных радиохимических способов. Радиоизотоп ⁹⁹Mo, выделенный из продуктов деления с помощью процессов экстракции и хроматографии, обладает высокой удельной активностью (≈10⁵ Ки/г), что важно при изготовлении ⁹⁹Мо/^99mТс-генераторов.

В реакции деления урана ⁹⁹Мо нарабатывается с высоким выходом (6%). Однако вместе с ним образуется целая группа других продуктов деления. Суммарная активность отходов, образующихся при делении ядра урана, значительно превышает активность целевого радиоизотопа ⁹⁹Мо [Маркина М.А., Старизный Е.С., Брегер А.Х. Энергетическое распределение гамма-излучения продуктов деления ²³⁵U при малом времени облучения. Атомная энергия, 1979, том 46, выпуск 6, 411]. Поэтому главным недостатком этого метода получения ⁹⁹Mo является необходимость переработки радиоактивных материалов, поскольку нужно выделить и очистить ⁹⁹Mo от других продуктов деления. Работа с продуктами деления требует дорогостоящего оборудования и специальных помещений. «Осколочный» метод вызывает необходимость решения вопроса о транспортировке и захоронении большого количества продуктов деления. Кроме того, другим сдерживающим фактором для дальнейшего расширения этого способа производства ⁹⁹Mo является необходимость ограничить или даже свести к нулю оборот высокообогащенного урана в гражданской сфере, поскольку распространение высокообогащенного урана несет опасность террористической угрозы. Приняты программы, в частности программа RERTR (Reduced Enrichment for Research and Test Reactors), по сокращению оборота высокообогащенного урана в мирных секторах экономики, в соответствии с которой исследовательские реакторы, используемые для производства ⁹⁹Mo, будут постепенно переводиться на низкообогащенное урановое топливо и мишени из низкообогащенного урана.

По этой причине ориентация современного производства ⁹⁹Mo на использование высокообогащенного урана, на фоне постепенного выведения этого материала из гражданского оборота в соответствии с концепцией МАГАТЭ о «нераспространении», создает дополнительные риски для потребителей ⁹⁹Mo.

Известен альтернативный способ получения ⁹⁹Mo по реакции ⁹⁸Mo(n,γ)⁹⁹Mo - активационный. При облучении нейтронами ядерного реактора мишени, содержащей молибден, обогащенный по изотопу ⁹⁸Mo, при среднем потоке тепловых нейтронов 1·10¹⁴ см^-2×с^-1 может быть получена удельная активность ⁹⁹Mo до 6-8 Ки/г [Скуридин B.C., Стасюк Е.С., Нестеров Е.А., Ларионова Л.А. Разработка высокоактивных генераторов технеция-99m на основе обогащенного молибдена-98 // Медицинская физика, №4, 2010, 41-47]. Активационный способ получения ⁹⁹Mo имеет ряд преимуществ по сравнению с «осколочным» методом: дешевизна исходного сырья, исключение из технологического оборота делящихся материалов, отсутствие долгоживущих радиоактивных отходов, значительное снижение капитальных затрат, обусловленное более низкими требованиями к условиям обеспечения радиационной безопасности.

Основной недостаток активационного способа производства ⁹⁹Mo, препятствующий его широкому внедрению, состоит в низкой удельной активности целевого радионуклида из-за присутствия в мишени изотопного носителя ⁹⁸Mo. Такой материал неэффективно использовать в стандартном ⁹⁹Mo/^99mTc-генераторе сорбционного типа, поскольку требуются колонки большего размера, в результате чего увеличится масса радиационной защиты. Для элюирования ^99mTc из такой колонки понадобится большой расход жидкости, что приведет к снижению объемной активности раствора и необходимости последующей концентрации ^99mTc.

Для устранения этой проблемы предложен вариант получения ⁹⁹Mo по реакции радиационного захвата ⁹⁸Mo(n,γ), основанный на эффекте Сцилларда-Чалмерса, с использованием в качестве мишеней структурированных наночастиц молибдена или его соединений.

Известно, что ядро ⁹⁹Mo, образующееся в результате реакции радиационного захвата тепловых нейтронов ⁹⁸Mo(n,γ), в момент снятия возбуждения испусканием γ-квантов приобретает импульс отдачи, которого достаточно для разрыва химических связей атомов в решетке. Энергия отдачи ~30÷100 эВ вызывает перемещение образующихся атомов ⁹⁹Mo, которые способны образовывать новые соединения, переходить из одной фазы в другую и т.д. Доля атомов отдачи ⁹⁹Mo, покидающих материнское соединение молибдена, зависит от соотношения длин пробегов и размеров мишени.

Отдельные работы в этом направлении проводились в России и за рубежом [Tomar, В. S.; Steinebach, О.М.; Terpstra, В.Е.; Bode, P.; Wolterbeek, Н.Т.: Studies on production of high specific activity ⁹⁹Mo and ⁹⁰Y by Szilard Chalmers reaction: Radiochim. Acta. 2010, 98, 499-506]. В европейском патенте [Wolterbeek H.T. "A process for the production of no-carrier added 99Mo". European patent. EP 2131369 A1.6.06.2008. Technische Universiteit Delft (NL)] описан процесс получения ⁹⁹Mo путем облучения органических соединений молибдена гексакарбонила Мо(СО)₆ и диоксо-диоксината [C₄H₃(O)-NC₅H₃]₂-MoO₂ CH₂Cl₂ с последующей экстракцией ⁹⁹Mo из органической фазы растворов в водную. Полученный выход составил от 10% (при факторе обогащения 40) до 20% (при факторе обогащения 20).

Российские авторы предложили использовать в качестве стартового материала соединения молибдена в виде частиц размером 5÷100 нанометров (нм) [Патент РФ RU 2426184 C1. 02.07.2010. «Способ получения радионуклида ⁹⁹Mo». Маслаков Г.И., Радченко В.М., Ротманов К.В. и др.]. Облучение тугоплавких радиационно и термически устойчивых наночастиц Mo₂C они проводили нейтронами с плотностью потока более 10¹⁴ см^-2с^-1 в течение 7÷15 суток. По мнению авторов, в результате эффекта Сцилларда-Чалмерса в процессе облучения на поверхности наночастиц должна повышаться концентрация ⁹⁹Mo, т.к. поверхность является барьером, на котором будут накапливаться вылетевшие из решетки радионуклиды. После облучения авторы проводили выделение ⁹⁹Mo из поверхностного слоя стартового материала растворением этого слоя в смеси кислот или смеси щелочей. Однако большой разброс размеров наночастиц стартового материала (5÷100 нм) привел к низкой эффективности процесса. Частицы менее 5 нм вымывались из порошка в раствор, а из частиц с размером ~100 нм поступление ядер отдачи в поверхностный слой происходило лишь с небольшой глубины, что привело к низким показателям выхода продукта. При стравливании поверхностного слоя частиц молибдена кислотой или щелочью в раствор попадал в основном стартовый материал частиц - ⁹⁸Mo. Полученный выход ⁹⁹Mo составил 30.2÷37.4%, при факторе обогащения 1.6÷1.5. Основной недостаток такого способа производства ⁹⁹Mo - низкая удельная активность получаемого радиоизотопа. Авторы приводят значение удельной активности ⁹⁹Mo, полученной по этому способу, на уровне 1 Ки/г, что уступает удельной активности осколочного ⁹⁹Mo около пяти порядков величины (≈10⁵ Ки/г). При удельной активности ⁹⁹Mo на уровне 1 Ки/г невозможно использовать стандартный ⁹⁹Mo/^99mTc-генератор сорбционного типа, поскольку потребуются большие колонки и, соответственно, размеры генератора тоже станут неприемлемо большие, в результате чего увеличатся весогабаритные характеристики радиационной защиты. Кроме того, для элюирования ^99mTc из такой колонки понадобится большой расход жидкости, что приведет к снижению объемной активности раствора и необходимости последующей концентрации ^99mTc.

За прототип выбран способ получения наноструктурированной мишени для производства радиоизотопа ⁹⁹Мо по реакции радиационного захвата ⁹⁸Mo(n,γ)⁹⁹Mo в виде буфера и наночастиц молибдена или его соединений [Патент РФ RU 2490737 C1. 29.03.2012. «Способ получения радиоизотопа молибден-99». Чувилин Д. Ю., Загрядский В.А., Меньшиков Л.И., Кравец Я.М., Артюхов А.А., Рыжков А.В.].

В этом патенте мишень представляет собой структурированный материал, состоящий из наночастиц молибдена или его соединений, окруженных буфером в виде твердого вещества, растворимого в воде или других растворителях, при этом d - характерный размер наночастиц выбирают из условия λ/d>>1, где λ - длина пробега в веществе наночастицы атомов отдачи ⁹⁹Mo.

Использование буферных соединений создает потенциальную возможность отделения ⁹⁹Mo от материнского вещества. Высокая удельная поверхность и малый размер наночастиц призваны обеспечить высокий выход атомов отдачи в буфер - материал инертной среды, принимающей ядра ⁹⁹Mo. Согласно оценкам длина пробега атомов отдачи в материале молибденовой мишени составляет ~10 нм [Л.И. Меньшиков, А.Н. Семенов, Д.Ю. Чувилин Расчет выхода атомов отдачи реакции ⁹⁸Mo(n,γ)⁹⁹Mo из наночастиц дисульфида молибдена (IV). Атомная энергия. Т. 114, вып. 4, 2013, с. 226-229].

После облучения мишени наночастицы и буфер разделяют одним из известных методов, после чего буфер направляют на радиохимическую переработку для выделения радиоизотопа ⁹⁹Mo, а наночастицы возвращают в активную зону реактора в составе новой мишени. В качестве материала наночастиц используют металлический молибден природного изотопного состава или обогащенный по изотопу ⁹⁸Мо, а также соединения молибдена MoS₂, MoS₃ или MoO₃. Характерный размер наночастиц должен быть ≤10 нм. В качестве материала буфера используют хлористый натрий NaCl, а разделение буфера и наночастицы проводят в воде. Облучение мишени проводят в активной зоне исследовательского или энергетического ядерного реактора с плотностью потока тепловых нейтронов 10¹⁴ см^-2с^-1 в течение 7÷10 суток.

Основной проблемой этого метода является сложность его реализации. Синтез наночастиц с заданными параметрами является нетривиальной задачей, поскольку наночастицы обладают избыточной поверхностной энергией, ведущей к слипанию и укрупнению. Существующие методы получения монодисперсных 5÷10 нм наночастиц соединений Mo, стабилизированных органическими лигандами, не могут быть использованы для изготовления мишеней, поскольку такие структуры не обладают достаточной радиационной стойкостью.

Раскрытие изобретения

Преимущества использования буфера могут проявиться в полной мере лишь при создании мишени, содержащей унифицированный набор наночастиц, равномерно распределенных в подходящем буфере. Изолированные неорганические наноструктуры могут быть созданы в порах твердых пористых матриц, устойчивых к облучению. Наиболее перспективными для использования в качестве такой матрицы - буфера представляются оксиды металлов.

Техническим результатом является упрощение способа изготовления мишени, повышение производительности процесса наработки ⁹⁹Mo за счет создания нанослоев по всему объему матрицы, что позволяет достичь высокой гомогенности состава «нанослой Mo - буфер», обеспечить эффективность использования стартового материала и повысить эффективность сбора атомов отдачи. Упрощение технологии изготовления мишени достигается исключением предварительных этапов - синтеза наночастиц и механической гомогенизации наночастиц и буфера. Предложенный способ обеспечивает возможность формирования необходимых толщин нанослоев молибденовых соединений в каналах матрицы путем простого варьирования числа процедур импрегнирования, что было недостижимо в прототипе. Качество мишени повышается за счет регулирования толщин нанослоев и внесения в мишень более высоких концентраций материнского вещества. Все это позволит повысить производительность процесса наработки ⁹⁹Mo по реакции радиационного захвата ⁹⁸Mo(n,γ) по сравнению с прототипом.

Для достижения указанного результата предложен способ изготовления наноструктурированной мишени для производства радиоизотопа ⁹⁹Mo по реакции радиационного захвата ⁹⁸Mo(n,γ) в виде буфера из твердого вещества и наночастиц, содержащих молибден с характерным размером наночастиц d, причем λ/d>>1, где λ - длина пробега атомов отдачи ⁹⁹Mo в веществе наночастицы, при этом буфер выполнен в виде матрицы из мезопористого неорганического материала с полостями и каналами с характерными размерами в интервале 2-50 нм, а на поверхность полостей и каналов наносят нанослой оксида молибдена MoO₃, толщина которого меньше длины пробега атома отдачи ⁹⁹Mo в веществе нанослоя, а в качестве матрицы используют гранулированную окись алюминия Al₂O₃ с удельной поверхностью 200 м²/г, предварительно прокаленную при 700-750°C.

Кроме того:

- формируют нанослой из окиси молибдена MoO₃ путем пропитки полостей и каналов матрицы раствором парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄ с последующей термообработкой мишени в потоке кислорода.

- используют парамолибдат аммония, полученный путем конверсии из прекурсора - по гексафторида молибдена, обогащенного по изотопу Mo.

В нанотехнологии мезопористые материалы используются как матрицы (нанореакторы) для синтеза наноразмерных изолированных частиц, наностержней и т.п. Жесткие матрицы с фиксированными полостями и каналами применяются для создания и стабилизации наночастиц [С.П. Губин, Ю.А. Кокшаров, Г.Б.Хомутов, Г.Ю.Юрков. Магнитные наночастицы: методы получения, строение и свойства. Успехи химии, 74, (6). 2005, 539-574]. Структура мезопористых материалов характеризуется наличием полостей или каналов с диаметром в интервале 2-50 нм. Матрица из сорбента Al₂O₃ обеспечивает формирование нанослоя материнского MoO₃ и одновременно служит акцептором атомов отдачи ⁹⁹Mo.

Матрица из сорбента Al₂O₃ имеет средний характерный размер каналов 20 нм. Толщина последовательно наносимых в полости слоев MoO₃ ограничена этой величиной. Подобного способа создания упорядоченного ансамбля наночастиц молибдена в мишенях до сих пор не применялось при проведении ядерных реакций по методу Сцилларда - Чалмерса.

В качестве другого фактора, от которого зависит возможность эффективного извлечения атомов отдачи ⁹⁹Mo после облучения, рассматривались химические свойства пары «буфер - соединение молибдена». Как было установлено, эти соединения можно разделить, используя водный раствор аммиака, который согласно [Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева. Химические свойства неорганических веществ. Под ред. Лидина. М.: Химия. 2000. 480] легко растворяет MoO₃ и не растворяет Al₂O₃. Возможность после облучения разделить исходный ⁹⁸MoO₃ и матрицу-буфер Al₂O₃, в которой локализованы ядра отдачи ⁹⁹Mo, продемонстрирована в процессе элюирования материнского MoO₃.

Гранулы сорбента Al₂O₃ с высокой удельной поверхностью пронизаны разветвленной сетью открытых наноразмерных капилляров. Важно, что самоорганизованный массив пор, формирующийся в процессе изготовления этого сорбента, отличается равномерной плотностью. Это создает возможность получения равномерного распределения молибдена по объему Al₂O₃ при осаждении молибденовых покрытий на поверхности его мезопор.

Приготовление мишеней осуществлялось пропиткой гранул окиси алюминия раствором соединений молибдена и последующим удалением растворителя. Достоинство такого метода в том, что он позволяет получать молибденовые слои различной толщины варьированием числа нанесений и концентрации импрегнирующего раствора.

Оксид алюминия пригоден для реакторных экспериментов в силу его тугоплавкости (T_пл.=2044°C), высокой радиационной стойкости и низкого сечения захвата тепловых нейтронов - σ_n,_γ (Al)=0.24 барн. Что касается MoO₃, то, помимо его радиационной стойкости, принималась во внимание достаточная простота технологической задачи получения ⁹⁸MoO₃ из гексафторида молибдена (MoF₆). Эта задача возникла в связи с тем, что в природном молибдене содержится только 24.13% ⁹⁸Mo, необходимого для наработки ⁹⁹Мо. Поскольку в промышленности обогащение молибдена по изотопу ⁹⁸Mo производится на центробежных разделительных каскадах с использованием гексафторида молибдена MoF₆, то именно ⁹⁸MoF₆ должен использоваться в качестве изотопно-обогащенного прекурсора для получения ⁹⁸MoO₃.

В качестве облучаемого вещества мишени, кроме MoO₃, могут применяться и другие соединения молибдена, например MoS₂, Mo₂C. Однако использование этих соединений по предложенному методу пропитки неэффективно из-за их крайне низкой растворимости. MoS₂, Mo₂C могут использоваться в виде наночастиц, но для этого надо сначала отдельно изготовить такие наночастицы (что является непростой самостоятельной задачей). Трудности на этом пути заключаются в том, что порошок наночастиц может иметь широкое распределение по размерам. Кроме того, при смешивании порошка с буфером в такой механической смеси возможны неоднородности, агрегация наночастиц, изменение их размеров и т.д.

Пример изготовления мишени

Операция 1. Подготовка гранул Al₂O₃. Товарный гранулированный оксид алюминия прокаливали при температуре 700÷750°C в течение 3 часов для удаления сорбированных веществ и уменьшения его растворимости.

Операция 2. Гидролиз MoF₆. В химический реактор, футерованный тефлоном, при температуре жидкого азота конденсировали определенное количество гексафторида молибдена из контейнера с MoF₆. Реактор вакуумировали, взвешивали и добавляли в него десятикратный (по отношению к весу MoF₆) избыток воды, после чего отогревали реактор до комнатной температуры. В результате гидролиза получался прозрачный бесцветный раствор. Наличие тефлонового покрытия гарантировало отсутствие примесей металлов в растворе.

Операция 3. Раствор переливали в емкость из стеклоуглерода и упаривали на воздухе при 120÷140°C до появления сухого остатка светло-зеленого цвета.

Операция 4. Порошок светло-зеленого цвета помещали в кварцевый реактор и прокаливали при 700÷750°C в атмосфере чистого кислорода. В результате получали порошок белого цвета, состав которого по результатам его химического анализа соответствовал формуле MoO₃.

Введение полученного MoO₃ в поры Al₂O₃ путем пропитки гранул его водным раствором недостаточно эффективно в силу низкой растворимости MoO₃ (~2 г/л). Поэтому из MoO₃ приготавливали промежуточное вещество - парамолибдат аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄, растворимость которого значительно выше и достигает 20 г на 100 мл воды при 20°C.

Операция 5. MoO₃, полученный в операции 4, переводили в парамолибдат аммония путем растворения его в 10% водном растворе аммиака согласно реакции:

7MoO₃+6(NH₃·H₂O)[разб.]=(NH₄)₆Mo₇O₂₄+3H₂O

Операция 6. Формирование нанослоев MoO₃ на поверхности каналов активированной окиси алюминия осуществляли пропиткой гранул водным раствором парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄ и их последующей термообработкой:

- 5.041 г активированной гранулированной окиси алюминия погружали в 20% раствор парамолибдата аммония и выдерживали в нем в течение суток. Затем раствор сливали и взвешивали влажные гранулы. В результате такой операции гранулы вбирали в себя 6.411 г раствора, т.е. 1.370 г раствора на 1 г Al₂O₃;

- после пропитки гранулы сушили в токе аргона марки ВЧ при температуре 130°C в течение 2-х часов. Взвешивание гранул по завершении процесса осушки показало, что была высажена пленка парамолибдата аммония массой 2.206 г.

- высушенные гранулы, с парамолибдатом аммония в порах, подвергали термической обработке при 700÷750°C в атмосфере кислорода, для разложения парамолибдата до образования MoO₃.

(NH₄)₆Mo₇O₂₄=6NH₃+7MoO₃+3H₂O

На этом процесс изготовления заканчивался, и образец мишени анализировали на содержание MoO₃. Так, после первого цикла пропитки, сушки и отжига (операция 6) по результатам химического анализа (методом ICP-AES) содержание молибдена в образце мишени составило 23 вес. %.

В дальнейшем изготовленный образец мишени был использован для определения возможной степени разделения стартового MoO₃ и материала матрицы. Элюирование материнского MoO₃ из мишени после облучения проводили 20% раствором аммиака в воде. Процесс необходимо было ускорять, поскольку период полураспада ⁹⁹Mo составляет 66 часов. Операцию проводили следующим образом:

- полученные вышеописанным способом гранулы Al₂O₃ с MoO₃, общей массой 1.150 г, перетирались и загружались в вертикальную стеклянную трубку;

- затем в трубку заливали 20 мл 20% раствора аммиака в воде;

- к трубке подсоединяли баллон с азотом;

- давление азота подбирали таким образом, чтобы скорость протекания раствора составляла ~20 мл/час.

Процесс элюирования повторяли 5 раз. Полученные растворы и промытый порошок анализировались на содержание MoO₃. Таблица иллюстрирует процесс последовательного элюирования MoO₃ из пор Al₂O₃, показана зависимость доли извлекаемого MoO₃ q от числа повторений n процедуры промывания

n - номер этапа элюирования; q [вес. %] - отношение извлеченного MoO₃ к общему количеству MoO₃ в исходном порошке по данным элементного анализа ICP-AES.

Таким образом, за три элюирования из пор Al₂O₃ было извлечено более 97 вес % MoO₃, что позволяет считать этот процесс достаточно эффективным.

Предложенный способ изготовления мишени для производства ⁹⁹Mo основан на формировании нанослоев молибдена в каналах и полостях существующих мезопористых неорганических материалов, обладающих узким распределением пор по размеру. По сравнению со способом, выбранным за прототип, такой подход позволяет значительно упростить технологию изготовления мишени, отказавшись от предварительных этапов - синтеза наночастиц и механической гомогенизации наночастиц и буфера. Предложенный способ обеспечивает возможность формирования необходимых толщин нанослоев молибденовых соединений в каналах матрицы путем простого варьирования числа процедур импрегнирования, что было недостижимо в прототипе. Более высокая эффективность использования стартового материала и сбора атомов отдачи позволит повысить производительность процесса наработки ⁹⁹Mo по реакции радиационного захвата ⁹⁸Mo(n,γ) по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к реакторной технологии получения радиоизотопа молибден-99 (⁹⁹Mo), являющегося основой для создания радиоизотопных генераторов технеция-99m (^99mTc). Способ изготовления мишени для производства радиоизотопа молибден-99 осуществляется посредством реакции ⁹⁸Mo(n,γ)⁹⁹Mo, протекающей в потоке тепловых нейтронов ядерного реактора, с использованием матрицы-буфера из мезопористых неорганических материалов, в каналы которой вносят соединения молибдена. Изготовление мишени производится пропиткой сорбента Al₂O₃ с удельной поверхностью 200 м²/г раствором парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄ и последующей термообработкой в потоке кислорода, в результате чего на поверхности каналов образуется нанослой MoO₃. Средняя толщина нанослоев MoO₃, последовательно наносимых в каналы матрицы, задается числом нанесений и ограничена эффективным диаметром каналов. После облучения разделение содержащего ядра отдачи буфера Al₂O₃ и стартовых наночастиц MoO₃ достигается путем элюирования более 97% MoO₃ из мишени 20%-ным раствором аммиака в воде. Техническим результатом является возможность получения равномерного распределения молибдена по объему Al₂O₃ при осаждении молибденовых покрытий на поверхности его мезопор, упрощение способа изготовления мишени, повышение производительности процесса наработки ⁹⁹Mo за счет создания нанослоев по всему объему матрицы, достижение высокой гомогенности состава «нанослой Мо - буфер» при повышении эффективности использования стартового материала и сбора атомов отдачи. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Способ изготовления наноструктурированной мишени для производства радиоизотопа ⁹⁹Mo по реакции радиационного захвата ⁹⁸Mo(n, γ) в виде буфера из твердого вещества и наночастиц, содержащих молибден с характерным размером наночастиц d, причем λ/d>>1, где λ - длина пробега атомов отдачи ⁹⁹Mo в веществе наночастицы,
отличающийся тем, что
буфер выполнен в виде матрицы из мезопористого неорганического материала с полостями и каналами с характерными размерами в интервале 2-50 нм, а на поверхность полостей и каналов наносят нанослой оксида молибдена MoO₃, толщина которого меньше длины пробега атома отдачи ⁹⁹Mo в веществе нанослоя, а в качестве матрицы используют гранулированную окись алюминия Al₂O₃ с удельной поверхностью 200 м²/г, предварительно прокаленную при 700-750°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формируют нанослой из окиси молибдена MoO₃ путем пропитки полостей и каналов матрицы раствором парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄ с последующей термообработкой мишени в потоке кислорода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют парамолибдат аммония, полученный путем конверсии из прекурсора - гексафторида молибдена, обогащенного по изотопу ⁹⁸Mo.