СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДНОГО ГЕНЕРАТОРА АКТИНИЯ-228 Российский патент 2020 года по МПК G21G4/08 

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в химической технологии и аналитической химии.

Актиний-228 в радиохимической практике используется в качестве удобного короткоживущего гамма-излучающего трассера для изучения актиния, а также в радиохимическом анализе актиния-227 для определения химического выхода аналита.

Известен способ получения радионуклидного генератора актиния-228 сорбционного типа, в котором в качестве сорбента используют сильнокислотный катионит (А.Н. Несмеянов Радиохимия. М.: Химия, 1978. — 560 с.). Способ включает растворение старой соли тория-232, выделение актиния-228 из полученного раствора соли тория, путем предварительного отделения от радия-228 соосаждением радия с хлоридом бария, от тория-232 экстракцией тория на трибутилфосфате, с дальнейшим концентрированием актиния-228 из продуктивного раствора на сорбенте. Дальнейшее элюирование актиния-228 из сорбента осуществляют с использованием в качестве элюента раствора лактата аммония.

Использование старой соли тория-232 является единственным практически реализуемым вариантом для получения радионуклидного генератора актиния-228, что обусловлено естественным накоплением актиния-228 при радиоактивном распаде тория-232 по цепочке: «торий-232 → радий-228 → актиний-228 → торий-228 → радий-224…». Период полураспада радия-228 составляет 5,75 лет, поэтому его существенные активности имеются лишь в солях тория после выдержки в течение как минимум 5 – 10 лет.

Недостатком способа является использование для концентрирования, в качестве сорбента, универсального сильнокислотного катионита, который способен сорбировать большинство ионов металлов. Поэтому при концентрировании совместно с актинием-228 сорбируются и остатки радия-228, тория-232 не отделенные вышеперечисленными методами, а также часть других катионов, которые входили в состав старой соли тория-232. Кроме того, использование в качестве элюента лактата аммония (аммонийная соль молочной кислоты) приводит к тому, что после элюирования получается раствор лактата актиния, который, для дальнейшего использования, необходимо дополнительно очищать от анионов молочной кислоты с переводом в более технологичные соляно-серно-азотнокислые среды. К еще одному недостатку можно отнести многостадийность осуществления способа, связанную с использованием осадительных операций, операций фильтрации и жидкостной экстракции, что приводит к увеличению затрат на осуществление способа и его недостаточной воспроизводимости, а также к значительным потерям актиния-228.

Изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной с получением загрязненного радионуклидного генератора актиния-228 вследствие использования универсального сильнокислотного катионита, а также с большими потерями актиния, обусловленными многостадийностью операций, в том числе связанными с использованием нетехнологичного элюата.

В основу изобретения положена задача простого и воспроизводимого получения радионуклидного генератора актиния-228.

При этом, техническим результатом заявляемого изобретения является получение более чистого радионуклидного генератора актиния-228 при увеличении степени извлечения актиния и уменьшении затрат на осуществление способа.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе получения радионуклидного генератора актиния-228, согласно изобретению, проводят растворение старой соли тория-232, отделением из полученного раствора тория-232 и радия-228 и концентрирование актиния-228 из продуктивного раствора на сорбенте, используя в качестве элюента раствор лактата аммония, отличающийся тем, что соль тория-232 растворяют до концентрации по торию в интервале 0,1-10 г/дм3, далее в полученный раствор вводят ЭДТА с 2-3-кратным молярным избытком по отношению к торию-232 и поддерживают рН раствора соли тория-232 на уровне 4 – 8, отделение от тория-232 проводят путем совместной сорбции актиния-228 и радия-228 из полученного раствора на сорбенте, содержащем MnO2, при этом тоий-232 остается в растворе, чем достигается его отделение, а насыщенный актинием-228 и радием-228 сорбент, содержащий MnO2 выдерживают в течение как минимум 40 дней, после чего актиний-228 и радий-228 с сорбента, содержащего MnO2, десорбируют раствором хлористоводородной кислоты с концентрацией 0,5-1 моль/дм3, с получением раствора десорбции, содержащего актиний-228 и радий-228, который далее упаривают до влажных солей и растворяют в хлористоводородной кислоте до рН =1,8-2,2 с получением продуктивного раствора из которого концентрируют актиний-228 с одновременным отделением от радия-228 на сорбенте представляющем из себя твердый экстрагент, содержащий в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты, а в качестве элюента используют раствор неорганической кислоты с рН=0,8-1,2..

Интервал концентрации тория в растворе после растворения соли тория-232 определяет наиболее оптимальную его концентрацию для дальнейшего эффективного получения радионуклидного генератора актиния-228. Так, уменьшение концентрации тория в растворе менее 0,1 г/дм³ не позволит получить радионуклидный генератор актиния-228 необходимой удельной активности из-за очень незначительной концентрации актиния в растворе. Превышение концентрации тория в растворе более 10 г/дм³ будет приводить к его нестабильному поведению на следующих операциях связанному с гидролизом и образованием осадков гидроксида тория.

Заданный молярный избыток натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), вводимый в раствор соли тория, необходим для комплексования тория с данной кислотой для исключения его гидролиза на следующих операциях. Уменьшение молярного избытка ЭДТА менее 2 не позволит закомплексовать весь торий, находящийся в растворе, что будет приводить к его гидролизу и выпадению в осадок на следующих операциях. А это, в свою очередь, не позволит дальше вести весь процесс. Увеличение молярного избытка ЭДТА более 3 приведет к увеличению свободной ЭДТА, что на дальнейшей операции совместной сорбции актиния-228 и радия-228 будет приводить к растворению сорбента, содержащего MnO₂.

Интервал рН, определенный для совместной сорбции актиния-228 и радия-228 на сорбенте, содержащем MnO₂ характеризуется тем, что при рН менее 4 резко снижается степень извлечения как актиния-228, так и радия-228. При рН более 8 начинают разрушаться комплексные соединения тория с ЭДТА, торий начинает гидролизоваться и выпадать в осадок, что приводит к полной остановке процесса.

Время выдержки сорбента не менее 40 суток обусловлена тем, что за данный период распадается весь радий-224 и его дочерние изотопы. Радий-224 так же является продуктом распада тория-232, и он так же концентрируется на сорбенте, содержащем MnO₂, совместно с актинием-228 и радием-228. Период полураспада радия-224 около 3,6 суток. Для его полного распада необходимо не менее 10 периодов полураспада. Таким образом, за счет выдержки сорбента, содержащего MnO₂ отделяют радий-224.

После выдержки, сорбента, содержащего MnO_2, актиний-228 и радий-228, десорбируют раствором хлористоводородной кислоты с концентрацией 0,5-1 моль/дм³, с получением раствора десорбции, содержащего актиний-228 и радий-228. Использование хлористоводородной кислоты с концентрацией более 1 моль/дм³ будет приводить к растворению сорбента, содержащего MnO₂, с концентрацией менее 0,5 моль/дм³ к неполной десорбции актиния-228 и радия-228.

Далее, путем упаривания раствора десорбции, содержащего актиний-228 и радий-228 и последующего растворение влажных солей в растворе хлористоводородной кислоты, получают продуктивный раствор с рН =1,8-2,2, который направляют на концентрирование актиния-228 твердым экстрагентом, содержащим в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты.

Использование для концентрирования актиния-228 твердого экстрагента, содержащего в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты позволяет селективно выделить при рН =1,8-2,2 актиний-228 из продуктивного раствора. Моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты проявляет повышенную избирательность к редкоземельным элементам и, соответственно, к актинию, как аналогу редкоземельного элемента лантана. Предлагаемый, для извлечения актиния-228, интервал рН позволяет, как эффективно отделиться от радия-228, так и иметь сорбенту наибольшую емкость по актинию. Концентрирование актиния-228 при более низком значении рН будет приводить к снижению емкости сорбента по актинию. Концентрирование актиния-228 при более высоком значении рН будет приводить к увеличению сорбции радия-228 и других элементов.

Использование в качестве элюента неорганической кислоты (соляная, серная, азотная) позволяет получать раствор, готовый для дальнейшего технологического и аналитического применения. Выбранный интервал рН для элюирования актиния-228 отвечает наиболее низкой емкости сорбента по актинию. Дополнительное понижение значения рН будет приводить к перерасходу кислоты на выполнение операции элюирования, при этом эффективность элюирования повышаться не будет. Превышение значения рН элюента, более обозначенного, будет приводить к уменьшению эффективности элюирования актиния.

Сущность изобретения поясняется фигурами, на которых изображено:

- фиг. 1 - таблица, изменение степени сорбции тория, радия и актиния и удельная активность актиния в зависимости от концентрации тория в растворе, содержания ЭДТА и рН растворов, по примеру 1;

- фиг. 2 - таблица, влияние времени выдержки сорбента, содержащего MnO₂ на соотношение активностей радия-224 и радия-228 в сорбенте, по примеру 2;

- фиг. 3 - таблица, влияние концентрации хлористоводородной кислоты в растворе десорбции на степень десорбции радия и актиния, по примеру 3;

- фиг. 4 - таблица, влияние рН продуктивного раствора на степень извлечения радия и актиния, по примеру 4;

- фиг. 5 - таблица, влияние концентрации хлористоводородной кислоты, а также серной и азотной кислот на степень элюирования актиния, по примеру 5.

Осуществление заявляемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Несколько навесок старой соли тория-232 растворяют в хлористоводородной кислоте, при этом берут разную навеску старой соли тория-232, что бы при его растворении концентрация тория в растворах составляла 0,05, 0,1, 1, 5, 10, 12 г/дм³. Раствор соли тория с концентрацией 1 г/дм³ готовится в большем количестве и сначала делится на три равные части. В полученные растворы добавляют ЭДТА с 2-х кратным молярным избытком. В дополнительные части раствора с концентрацией тория 1 г/дм³ добавляют, кроме того, эквимолярное соотношение ЭДТА, 3-х, 4-х кратный молярный избыток ЭДТА. Полученный раствор соли тория с концентрацией тория 1 г/дм³ и 2-х кратным избытком ЭДТА дополнительно делят на пять равных частей и каждую часть корректируют щелочным агентом до рН 2, 4, 6, 8, 10. У растворов соли тория с различной концентрацией тория и 2-х кратным молярным избытком ЭДТА, а также у растворов соли тория с концентрацией тория 1 г/дм³ и эквимолярным, 3-х и 4-х кратным избытком ЭДТА корректируют до рН 6. Все растворы с откорректированными рН приводят в контакт с расчётным количеством сорбента, содержащего MnO₂. Полученные после сорбции растворы отделяют от сорбента, содержащего MnO₂ и анализируют на содержание тория, радия, а также измеряют удельную активность сорбента, содержащего MnO₂ для оценки степени сорбции актиния.

Пример 1 показывает изменение степени сорбции тория радия и актиния и удельной активности актиния в зависимости от концентрации тория в растворе, содержания ЭДТА и рН растворов. Из примера 1 видно, что наилучшего концентрирования актиния, на сорбенте, содержащем MnO₂ и при этом эффективного отделения от тория при сорбции актиния из раствора тория, удается добиться при концентрации тория в растворе в интервале от 0,1 до 10 г/дм³, избытка ЭДТА в интервале 2-3, рН раствора в интервале 4-8.

Пример 2. Навеску старой соли тория растворяют в хлористоводородной кислоте, с получением раствора соли тория с концентрацией 1 г/дм³. В полученный раствор добавляют ЭДТА с 2-х кратным молярным избытком, корректируют рН до 6, приводят в контакт с расчётным количеством сорбента, содержащего MnO₂. Насыщенный радием и актинием сорбент, содержащий MnO_2, измеряют на гамма-спектрометре сразу, а также через 5, 10, 20, 30, 40, 50 суток, и делают вывод о соотношении активностей радия-224 и радия-228 в сорбенте, содержащем MnO₂.

Пример 2 показывает влияние времени выдержки сорбента, содержащего MnO₂ на соотношение активностей радия-224 и радия-228 в сорбенте. Время выдержки 40 и более суток позволяет практически полностью отделиться от радия-224 и продуктов его распада.

Пример 3. Навеску старой соли тория растворяют в хлористоводородной кислоте, с получением раствора тория с концентрацией 1 г/дм³. В полученный раствор добавляют ЭДТА с 2-х кратным молярным избытком, корректируют рН до 6, приводят в контакт с расчётным количеством сорбента, содержащего MnO₂. Насыщенный радием и актинием сорбент, содержащий MnO₂, выдерживают 40 суток. После чего сорбент, содержащий MnO_2, делят на 4 части и десорбируют расчётным количеством хлористоводородной кислоты различной концентрации. Полученные растворы анализируют на содержание актиния и радия. По результатам анализа рассчитывают степень десорбции.

Пример 3 показывает, что наиболее эффективной десорбции радия и актиния можно добиться при использовании хлористоводородной кислоты с концентрацией 0,5-1 моль/дм³.

Пример 4. Навеску старой соли тория растворяют в хлористоводородной кислоте, с получением раствора тория с концентрацией 1 г/дм³. В полученный раствор добавляют ЭДТА с 2-х кратным молярным избытком, корректируют рН до 6, приводят в контакт с расчётным количеством сорбента, содержащего MnO₂. Насыщенный радием и актинием сорбент, содержащий MnO₂, выдерживают 40 суток, десорбируют расчётным количеством хлористоводородной кислоты с концентрацией 1 моль/дм³. Полученный раствор упаривают до влажных солей, которые делят на пять частей и далее растворяют в воде с корректировкой рН 1, 1,8, 2,2, 2,5, 3, с получением продуктивного раствора. Полученные продуктивные растворы приводят в контакт с расчётным количеством сорбента - твердый экстрагент, содержащий в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты. Растворы отделяют от сорбента и анализируют на содержание актиния и радия для расчёта степени извлечения.

Пример 4 показывает, что наиболее эффективной сорбции актиния и, соответственно отделения от радия, на сорбенте, содержащем в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты, можно добиться при использовании продуктивного раствора с рН = 1,8-2,2.

Пример 5. Навеску старой соли тория растворяют в хлористоводородной кислоте, с получением раствора тория с концентрацией 1 г/дм³. В полученный раствор добавляют ЭДТА с 2-х кратным молярным избытком, корректируют рН до 6, приводят в контакт с расчётным количеством сорбента, содержащего MnO₂. Насыщенный радием и актинием сорбент, содержащий MnO₂, выдерживают 40 суток, элюируют расчётным хлористоводородной кислоты с концентрацией 1 моль/дм³. Полученный раствор упаривают до влажных солей, растворяют в воде с корректировкой рН до 1,8, с получением продуктивного раствора. Полученный продуктивный раствор приводят в контакт с расчётным количеством сорбента - твердый экстрагент, содержащий в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты. Насыщенный твердый экстрагент, содержащий в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты делят на 7 частей и элюируют расчётным количеством хлористоводородной, серной и азотной кислот. Полученные элюаты анализируют на содержание актиния.

Пример 5 показывает, что наиболее эффективного элюирования актиния можно добиться при использовании элюата (хлористоводородная, серная, азотная кислота) с рН = 1,8-2,2.

Изобретение относится к способу получения радионуклидного генератора актиния-228. В качестве сорбента актиния-228 используют твердый экстрагент, содержащий в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты, а в качестве элюента используют раствор неорганической кислоты с рН 0,8-1,2. На подготовительном этапе происходит отделение от тория комплексованием его с ЭДТА и селективной сорбцией из полученного раствора радия и актиния на сорбенте, содержащем MnO₂. Дальнейшая выдержка сорбента, содержащего MnO₂, насыщенного актинием и радием, их элюирование хлористоводородной кислотой, упаривание позволяют получить продуктивный раствор, который можно использовать для сорбции актиния-228. Техническим результатом является получение более чистого радионуклидного генератора актиния-228 с хорошей воспроизводимостью при увеличении степени извлечения актиния и уменьшении затрат на осуществление способа. 5 ил.

Способ получения радионуклидного генератора актиния-228, включающий растворение старой соли тория-232, отделение из полученного раствора тория-232, радия-228 и концентрирование актиния-228 из продуктивного раствора на сорбенте с последующим элюированием элюентом, отличающийся тем, что соль тория-232 растворяют до концентрации по торию в интервале 0,1-10 г/дм³, далее в полученный раствор вводят ЭДТА с 2-3-кратным молярным избытком по отношению к торию-232 и поддерживают рН раствора соли тория-232 на уровне 4–8, отделение из полученного раствора тория-232 проводят путем совместной сорбции актиния-228 и радия-228 на сорбенте, содержащем MnO₂, при этом торий-232 остается в растворе, чем достигается его отделение, а насыщенный актинием-228 и радием-228 сорбент, содержащий MnO₂, выдерживают в течение минимум 40 дней, после чего актиний-228 и радий-228 с сорбента, содержащего MnO₂, десорбируют раствором хлористоводородной кислоты с концентрацией 0,5-1 моль/дм³ с получением раствора десорбции, содержащего актиний-228 и радий-228, который далее упаривают до влажных солей и растворяют в хлористоводородной кислоте до рН 1,8-2,2 с получением продуктивного раствора, из которого концентрируют актиний-228 с одновременным отделением от радия-228 на сорбенте, представляющем собой твердый экстрагент, содержащий в качестве активного компонента моно-2-этилгексиловый эфир 2-этилгексилфосфоновой кислоты, а в качестве элюента используют раствор неорганической кислоты с рН 0,8-1,2.