Электролитический способ изготовления молибденовых мишеней для получения изотопов технеция Российский патент 2024 года по МПК G21G4/08 

Изобретение относится к физике и технике ускорителей и может быть использовано для изготовления молибденовых мишеней, которые могут быть использованы для получения изотопов технеция, применяемых для формирования диагностических радиофармпрепаратов исследований мозга, сердца, щитовидной железы, легких, печени, желчного пузыря, почек, костей скелета, крови, диагностики опухолей, а также в ядерных технологиях.

Одним из перспективных методов получения изотопов технеция, является бомбардировка протонами молибдена по схеме ^xMo (p,2n)→^x-1mTc. Изомер, полученный этим способом, пригоден для медицинского применения и/или использования в ядерных технологиях.

Перспективными радиофармпрепаратами для обеспечения медицинских технологий являются изотопы технеция, причем наиболее распространен технеций-99, период полураспада которого составляет около 6 часов. Короткий период полураспада ^99mTc делает недоступным применение этого препарата для многих территорий, поскольку за это время препарат по логистической цепочке производства сложно доставить до пациента. В этом смысле перспективным можно признать способ наработки изотопа технеция-99 на месте из мишеней, представляющих собой скомпактированный слой из молибдена заданной толщины. Мишень закрепляют на подложке для наработки изотопов бомбардировкой протонами с применением специальных устройств (циклотронов). Совершенствование способов получения изотопов технеция позволит повысить доступность медицинских технологий.

Известен способ изготовления молибденовых мишеней методом электрофоретического осаждения с последующим спеканием (Zeisler S.K., Hanemaayer V., Buckley K.R. and et. al. High power Targets for Cyclotron Production of ^99mTc. Paper presented at: 15^th Int. Workshop on Targetry and Target Chemistry WTTC15; 2014 Aug 18-21; Prague, CZ) [1]. Этот способ заключается в осаждении молибденового покрытия на танталовой подложке из дисперсной фазы под действием электрического поля. Для данного способа характерны высокая скорость нанесения покрытия и чистота осадка молибдена. Однако полученные этим способом слои молибдена не обладают плотностью, достаточной для получения из них изотопа технеция, поэтому требуют спекания, усложняющего производственный процесс. Кроме того, гладкие осадки молибдена могут быть получены лишь при использовании порошка с малым размером зерна, изготовление которого требует механического измельчения исходных материалов. Это может привести к загрязнению исходных продуктов. Большое количество операций и сложных переделов приводит к значительным безвозвратным потерям молибдена и требует значительных затрат на подготовку сырья и материалов.

Известен способ получения молибденовой мишени путем холодной прокатки порошка из ¹⁰⁰Мо, который осуществляют в горизонтальном прокатном стане с последующим отжигом полученной мишени в атмосфере аргона с введением в нее 5-11% водорода (Thomas В., Wilson J. and Gagnon K. Solid ¹⁰⁰Mo target preparation using cold rolling and diffusion bonding. Paper presented at: 15th Int. Workshop on Targetry and Target Chemistry WTTC15; 2014 Aug 18-21; Prague, CZ) [2]. Недостаток данного способа заключается в высоком количестве безвозвратных потерь молибдена, что повышает себестоимость единицы продукции.

Наиболее близким к заявленному способу, является способ получения молибденовой мишени путем электроосаждения из ацетатного водного электролита (Morley T.J., Penner L., Schaffer P. and et. al. The deposition of smooth metallic molybdenum from aqueous electrolytes containing molybdate ions. Electrochem Commun. 2012; 15, 78-800) [3]. Осадки молибдена, полученные электролизом из раствора с высоким содержанием молибдата, имеют равномерную структуру и хорошее сцепление с подложкой, причем их структура не зависит от материала подложки. Однако эффективность процесса восстановления молибдена крайне мала. Это связанно с тем, что потенциал восстановления Мо ниже, чем потенциал разложения воды. Ввиду этого на катодах, помимо молибдена, восстанавливается водород. Кроме того, для данного способа характерен низкий выход по току, который объясняется тем, что сам металл является катализатором для реакции восстановления водорода, тем самым направляя основной объем токовой нагрузки в сторону протекания побочной реакции. В связи с протеканием побочных реакций, выход по току в пересчете на элементарный молибден мал, а скорость осаждения сплошного слоя составляет около 5 мкм за 10 часов. Эти факторы в значительной степени снижают эффективность процесса получения мишеней, а также приводят к повышению себестоимости готового продукта за счет увеличения времени ведения процесса, а также перерасхода электроэнергии и исходных материалов. Кроме того, из-за значительного содержания водорода осадки молибдена не обладают пластичностью.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании изобретения, заключается в возможности изготовления пластичных молибденовых мишеней для получения изотопов технеция, с повышенной эффективностью восстановления молибдена и сниженной себестоимостью процесса.

Электролитический способ изготовления молибденовых мишеней для получения изотопов технеция, включающий электроосаждение молибдена из электролита, который отличается тем, что электроосаждение молибдена осуществляют из эвтектического расплава NaCl-KCl-CsCl с добавлением MoCl₃, с содержанием Мо в упомянутом расплаве 5-7 мас. % в пересчете на металл, процесс ведут при температуре от 700 до 800°С и катодной плотности тока от 0,01 А/см² до 0,15 А/см² в инертной атмосфере аргона с получением молибденовых мишеней толщиной от 0,14 до 0, 346 мм.

Заявляемый способ электролиза позволяет получать пластичные молибденовые мишени толщиной, удовлетворяющей требованиям к молибденовым мишеням высокой чистоты, которая обеспечивается наличием в составе электролита соединений, имеющих низкую растворимость оксидов, а также использованием аргона с низким содержанием кислорода. В совокупности использование таких исходных материалов позволяет осаждать слои молибдена с низкими значениями кислорода в составе электролита.

Кроме того, использование в заявленном способе расплава, не содержащего водорода, позволяет выделять молибден без протекания побочных процессов. Газовые продукты при получении фольги не выделяются, что снижает потери электролита. Ведение процесса в атмосфере инертного газа (аргона) в замкнутом объеме позволяет локализовать возможные испарения и вторично их использовать в процессе. Использование электролита, содержащего соединения цезия с хлоридами поливалентных тугоплавких металлов, снижает упругость паров, и, следовательно, повышает устойчивость (стабильность) электролита при температурах электролиза в интервале от 700 до 800°С. Параметры заявляемого способа определены экспериментально.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в получении пластичных молибденовых мишеней с высоким выходом по току, повышенной скоростью осаждения молибдена без побочных процессов и потерь электролита и повышении его устойчивости в процессе электролиза.

Предложенный способ иллюстрируется примерами.

Пример 1

Электроосаждение молибдена осуществляли в углерод-углеродном контейнере. Процесс вели из эвтектического расплава NaCl-KCl-CsCl с добавлением MoCl₃, с содержанием Мо, в упомянутом расплаве 5 мас. % в пересчете на металл при температуре 700°С в инертной аргоновой атмосфере. Электролиз проводили на стеклоуглеродном катоде при плотности катодного тока 0,01 А/см². В качестве анода использовали перфорированный контейнер с таблетками из молибденового порошка. Пластичность мишеней проверяли на изгиб. При изгибе в 20° без растрескивания элемент мишени считали пластичным. Выход по току определяли весовым методом. В течение 13 часов на электроде получена пластичная молибденовая мишень толщиной 150 мкм, что соответствует скорости осаждения молибдена 11,6 мкм/ч. Выход по току составил 99,2%.

Пример 2

Электроосаждение молибдена осуществляли в углерод-углеродном контейнере. Процесс вели из эвтектического расплава NaCl-KCl-CsCl с добавлением MoCl₃, с содержанием Мо, в упомянутом расплаве 5 мас. % в пересчете на металл при температуре 750°С в инертной аргоновой атмосфере. Электролиз проводили на стеклоуглеродном катоде при плотности катодного тока 0,01 А/см². В качестве анода использовали перфорированный контейнер с таблетками из молибденового порошка. Пластичность мишеней проверяли на изгиб. При изгибе в 20° без растрескивания элемент мишени считали пластичным. Выход по току определяли весовым методом. В течение 12 часов на электроде получена пластичная молибденовая мишень толщиной 140 мкм, что соответствует скорости осаждения молибдена 11,7 мкм/ч. Выход по току составил 99,7%.

Пример 3

Электроосаждение молибдена осуществляли в углерод-углеродном контейнере. Процесс вели из эвтектического расплава NaCl-KCl-CsCl с добавлением MoCl₃, с содержанием Мо, в упомянутом расплаве 5 мас. % в пересчете на металл при температуре 800°С в инертной аргоновой атмосфере. Электролиз проводили на стеклоуглеродном катоде при плотности катодного тока 0,01 А/см². В качестве анода использовали перфорированный контейнер с таблетками из молибденового порошка. Пластичность мишеней проверяли на изгиб. При изгибе в 20° без растрескивания элемент мишени считали пластичным. Выход по току определяли весовым методом. В течение 12 часов на электроде получена пластичная молибденовая мишень толщиной 143 мкм, что соответствует скорости осаждения молибдена 11,7 мкм/ч. Выход по току составил 99,8%.

Пример 4

Электроосаждение молибдена осуществляли в углерод-углеродном контейнере. Процесс вели из эвтектического расплава NaCl-KCl-CsCl с добавлением MoCl₃, с содержанием Мо, в упомянутом расплаве 6 мас. % в пересчете на металл при температуре 700°С в инертной аргоновой атмосфере. Электролиз проводили на стеклоуглеродном катоде при плотности катодного тока 0,08 А/см². В качестве анода использовали перфорированный контейнер с таблетками из молибденового порошка. Пластичность мишеней проверяли на изгиб. При изгибе в 20° без растрескивания элемент мишени считали пластичным. Выход по току определяли весовым методом. В течение 3 часов на электроде получена пластичная молибденовая мишень толщиной 280 мкм, что соответствует скорости осаждения молибдена 93,3 мкм/ч. Выход по току составил 99,4%.

Пример 5

Электроосаждение молибдена осуществляли в углерод-углеродном контейнере. Процесс вели из эвтектического расплава NaCl-KCl-CsCl с добавлением MoCl₃, с содержанием Мо, в упомянутом расплаве 7 мас. % в пересчете на металл при температуре 720°С в инертной аргоновой атмосфере. Электролиз проводили на стеклоуглеродном катоде при плотности катодного тока 0,15 А/см². В качестве анода использовали перфорированный контейнер с таблетками из молибденового порошка. Пластичность мишеней проверяли на изгиб. При изгибе в 20° без растрескивания элемент мишени считали пластичным. Выход по току определяли весовым методом. В течение 2 часов на электроде получена пластичная молибденовая мишень толщиной 346 мкм, что соответствует скорости осаждения молибдена 173 мкм/ч. Выход по току составил 98,6%.

Таким образом, заявленный способ позволяет получить пластичные молибденовые мишени с высоким выходом по току, повышенной скоростью осаждения молибдена без побочных процессов и потерь электролита.

Изобретение может быть использовано для получения изотопов технеция, применяемых для формирования диагностических радиофармпрепаратов исследований мозга, сердца, щитовидной железы, легких, печени, желчного пузыря, почек, костей скелета, крови, диагностики опухолей, а также в ядерных технологиях. Электролитический способ изготовления молибденовых мишеней для получения изотопов технеция включает электроосаждение молибдена из электролита. Электроосаждение молибдена осуществляют из эвтектического расплава NaCl-KCl-CsCl с добавлением MoCl₃, с содержанием Мо в упомянутом расплаве 5-7 мас. % в пересчете на металл. Процесс ведут при температуре от 700 до 800°С и катодной плотности тока от 0,01 А/см² до 0,15 А/см² в инертной атмосфере аргона с получением молибденовых мишеней толщиной от 0,14 до 0,346 мм. Способ позволяет изготовить пластичные молибденовые мишени для получения изотопов технеция с высоким выходом по току, повышенной скоростью осаждения молибдена без побочных процессов и потерь электролита.

Электролитический способ изготовления молибденовых мишеней для получения изотопов технеция, включающий электроосаждение молибдена из электролита, отличающийся тем, что электроосаждение молибдена осуществляют из эвтектического расплава NaCl-KCl-CsCl с добавлением MoCl₃, с содержанием Мо в упомянутом расплаве 5-7 мас. % в пересчете на металл, процесс ведут при температуре от 700 до 800°С и катодной плотности тока от 0,01 А/см² до 0,15 А/см² в инертной атмосфере аргона с получением молибденовых мишеней толщиной от 0,14 до 0, 346 мм.