Производство медицинских радиоизотопов Sr-82 и Tl-201 на новом протонном ускорителе ПИЯФ. План-проект.

Радионуклиды Sr-82 (генератора Rb-82) и Tl- 201 используются в медицинской практике для исследования методом позитронной эмиссионной томографии (PET) деятельности сердца, кровеносных сосудов, в том числе сосудов головного мозга, а также при диагностике онкологических заболеваний. Это связано с тем, что в биологическом отношении гидратированные ионы Rb + и Tl + близки к ионам К +, играющим важную роль в метаболических процессах. Кроме того, при применении Rb-82 и Tl-201 достигаются более достоверные результаты диагностики.

Наиболее перспективными для получения на протонном циклотроне с энергией протонов от 30 до 80 МэВ медицинских радионуклидов Sr-82 и Tl-201 считаются мишени из Rb и Tl (обогащённые изотопами Rb-85 и Tl-203, или рубидий и таллий природного изотопного состава)

Sr Rb Kr A Т 1/2 Вид распада Т 1/2 Вид распада Т 1/2 Вид распада 801,8чε30сβ+β+ Стаб. 8122мин. β+ β+ *30,3мин. 4,6ч ИП ε, β + *13,с 2,310 5 л. ИП, ε 82 25,3дн. ε * 6,3ч 1,23мин. ИП ε, β + Стаб. 83 *5с 32ч ИП ε, β + 86,2дн.ε *1.83ч Стаб. ИП 84Стаб. *20,5мин. 32,8дн. ИП ε, β + Стаб. 85 *67,7мин. 64,9дн. ИП β - Стаб.(72%) *4,8ч 10,75л. ИП β - 86Стаб. *1мин. 18,7дн. ИП ε β -, нет γ Стаб. 87*2,8ч стаб ε, нет γСтаб.(30%)76мин.β -β - Список нуклидов, образующихся при облучении протонами с энергией 3080 МэВ естественной смеси изотопов Rb.

Pb Tl Hg A Т 1/2 Вид распада Т 1/2 Вид распада Т 1/2 Вид распада 1982,4чε *1,8ч 5,3ч ε ε, β + Стаб. 199 *12мин. 1,5ч ε, β + 7,42чε*46мин. Стаб. ИП ,5ч ε 26,1ч ε, β + Стаб. 201 *61с 9,4ч ИП ε, β + 73,1чε, β + Стаб ,62ч 5, л *ε,ИП ε, нет γ 12,23дн.εСтаб. 203 *6,2с 51,9ч ИП ε Стаб.(30%)46,6дн.β -β *67,2мин. Стаб. ИП3,7летβ -, нет γСтаб. 2051,510 7 летε, нет γСтаб.(70%)5,2мин.β -β - 206Стаб.*3,7мин. 4,7мин β -β - *,15мин.β -β - Таблица 2. Список нуклидов, образующихся при облучении протонами с энергией 3080 МэВ естественной смеси изотопов Tl (203 и205) [6].

Путём манипулирования временными выдержками можно с минимальными потерями (не более 15-20%) получить конечный продукт Sr-82 с содержанием радиоизотопных примесей менее 1%.

Radionuclide Whole body radiation dose, Rad/mCi Rb Rb-82~0.001 Tl K Cs Таблица 3. Дозовые нагрузки на организм пациента при использовании различных радионуклидов.

Cечение реакции 203 Tl(p,3n) в зависимости от энергии протонов (расчёт).

Сечение реакции 203 Tl(p,xn) 204-x Pb (расчёт).

Сечение реакции 205 Tl(p,xn) 206-x Pb (расчёт).

Функция возбуждения реакции 85Rb(p,4n)82Sr в зависимости от энергии протонов

" 85Rb(p,4n)82Sr Recommended cross sections and Yield calculated for thick (~10g/cm2) 85Rb target. EnergyCross-section Saturation act. MeV mb GBq/microA E E E E E+01 2,8Ci/day for50µA

Интегральный выход Sr-82 при полном поглощении в мишени протонного пучка; a,c,d,f,e – расчёт, b – эксперимент. В пересчёте на 50µА - 0,6 Ки/сутки -

MeV mbarn Сечения реакции nat. Rb(p,xn) 82 Sr. Принимая во внимание совокупность всех данных по сечениям образования Sr – 82 и Tl-201 и взяв за основу значения, близкие к минимальным, можно рассчитывать на производительность установки при интенсивности протонов 50µА и толщине мишени 4-6 г/см 2, равную кюри в сутки Sr-82 и 0,5-0,7 кюри в сутки Tl-201, что сравнимо с зарубежными установками по производству этих радионуклидов. Стоимость 1 mCi ~100 US $;

Проект экспериментальной установки по производству радиоизотопов Sr-82 и Tl-201 Рис. 6. Схема получения радионуклидов Sr-82 и Tl-201 на циклотроне ПИЯФ. 1.Циклотрон; 2. Узел облучения мишени (пневмопочта); 3. Приёмник пневмопочты ; 4.Свинцовый контейнер для временного хранения мишеней.

Описание работы установки. Мишень плотностью 2-4г/см 2, состоящая из естественной смеси изотопов рубидия (таллия) облучается протонами с энергией в диапазоне 40-80МэВ в специальном устройстве с размерами примерно 40 см во всех измерениях. Устройство представляет собой узел дистанционно управляемой пневмопочты, установленный на протонном пучке. Мишень в виде прессованных таблеток из RbCl или электролитически нанесенного на медную подложку металлического таллия помещается в шпулю пневмопочты, которая, в свою очередь, помещается в массивный охлаждаемый проточной дистиллированной водой металлический блок, который одновременно является заглушкой для протонного пучка(2). После облучения мишень доставляется в защитный бокс 3 р/х помещения корпуса ИРИС,.

В боксе 3 устанавливается приёмное устройство, позволяющее дистанционно проводить химические операции по растворению мишени, её очистке от нежелательных примесей и приготовлению генератора Sr-82 или готового препарата Tl-201 или других радиозотопов. Соответствие готовой продукции медицинским требованиям проверяется с помощью гамма-спектрометрии и других аналитических средств.

Класс работ Суммарная активность на рабочем месте для радионуклидов группы А. Для нуклидов гр. Б, В и Г эти значения надо умножить на 10 2, 10 3 и 10 5 IБолее 10 8 Бк IIот 10 5 до 10 8 Бк IIIОт 10 3 до 10 5 Бк Санитарные правила СП /2010 (работа с открытыми источниками излучения). Группа А: (МЗА) Бк Группа Б: и 10 5 Бк Группа В: и 10 7 Бк Группа Г Бк и более Класс работ с открытыми источниками излучения. Радионуклиды Sr-82 и Tl-201 относятся к группе Б, и проведение операций с этими радионуклидами в защитном боксе допускается в пределах до 10 кюри.

В качестве примера использования пневмопочты можно сослаться на опыт работы южно-горейской радиофармацевтической фирмы. Radiopharmeceuticals Laboratory, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences(KIRAMS), Seoul, Korea The production of five radionuclides (C-11, F-18, , Ga-67, Tl-201) is carried at KIRAMS with enriched target materials. The average yields of F-18, 1-123, Ga-67, and Tl-201 radionuclides are 90 mCi/µAh, 10 mCi/(µAh, 3 mCi/µAh, and 3 mCi/µAh at the end of beam, respectively. The radiochemical purities of products have been achieved higher than 99.7 %.

Currently we are producing the radioisotopes of F- 18, 1-123, Ga-67, and Tl-201 radionuclides with yields of 90 mCi/µAh, 10 mCi/µAh, 3 mCi/Ah, and 3 mCi/µAh. Solid target systems are used for the production of Ga-67 and Tl-201 radionuclides. A cyclotron up to 350 µA installed at 2002 and has been operating with four external beam lines consisting of two solid targets and each of a gas and a liquid target. For the solid target the current of proton beam is irradiated as high as 220 µA with a cooling water. The loading and unloading of targets is carried out by pneumatic control systems without a beam interruption.

Перечень медицинских радионуклидов, доступных для получения на протонном ускорителе с Ep=80Mev Gamma emitters. 67Zn(p,n)67Ga 68Zn(p,2n)67Ga natKr(p,x)81Rb 82Kr(p,2n)81Rb 111Cd(p,n)111In5. 112Cd(p,2n)111In5. 123Te(p,n)123I 124Te(p,2n)123I 124Te(p,n)124I 127I(p,5n)123Xe123I 127I(p,3n)125Xe125I 124Xe(p,2n)123Cs123Xe123I 124Xe(p,pn)123Xe123I 203Tl(p,3n)201Pb201Tl 203Tl(p,2n)202mPb. 203Tl(p,4n)200Pb200T

Positron emitters 14N(p,α)11C. 16O(p,α)13N 14N(d,n)15O 15N(p,n)15O 18O(p,n)18F natNe(d,x)18F 69Ga(p,2n)68Ge natGa(p,xn)68Ge 85Rb(p,4n)82Sr

Что нужно: Пневмопочта Работа по модернизации бокса (манипуляторы, приёмник пневмопочты и др.) Капитальный ремонт р/х пом. в к. ИРИС. Аналитическое оборудование. Примерный состав группы по получению радионуклидов (не включая обслуживания работ на циклотроне): Руководитель группы 2 радиохимика или 1 радиохимик и 1 химик- аналитик 1 радиоинженер на стадии запуска-1 конструктор и 1-2 механика.

Метод σ, мбарн Выход c учётом эффективности метода, Ки/50µАсутки Содер жание р/а примесей, % Радиохимия ,6-0,7

эксперимента 12345*5* 6*6* ср. Эффективность,% !.02,06,37,010,29.05,6 Экспериментальное определение эффективности получения Sr на масс-сепараторе ISOLDE. 13,4 - Расчёт по экспериментальным данным выходов и сечений Прямое определение эффективности (мишень – Nb, W ионный источник, Т = 2600 о С) 5*,6* - то же,что и 3,4, но использовались расчётные значения сечений

For both tipes (plazma and surface) of ion source this sems to have marked the end of their development in the direction of higher efficiencies by means of temperature and geometrical changes H.Ravn

Таким образом, при прочих равных условиях (т,е., интенсивности протонного пучка и массы мишени) эффективность получения Sr-82 путём облучения рубидиевой мишени с последующим радиохимическим разделением не менее, чем в 50 раз выше,чем при получении на масс-сепараторе. Следует также заметить, что получение радионуклида – только первый этап в производстве фармпрепарата, а все последующие, т.е. растворение, приготовление генератора, определение химического и радиохимического состава требуют применения радиохимических и аналитических методов. Равным образом это относится и к производству других радиоизотопов

I < 1nA I >100nA