Радиоактивный изотоп своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 18.09.2024

Дозиметр (например, такой как мой) может помочь Вам в обнаружении радиоактивных артефактов, подчас весьма неожиданных. Проще всего встретить радиоактивный изотоп в приборах (часах, компасах, тахометрах и т.п.), содержащих светомассу постоянного действия (СПД). Работа СПД основана на явлении радиолюминесценции - свечения веществ под действием ионизирующего излучения.
В разное время применялись различные изотопы:
1. Многие приборы от довоенного времени (с 1920-х годов) до 1950-х годов содержат краску, в состав которой входит радий-226 226 Ra. К нынешнему времени эта краска приобрела грязно-коричневый или розовый цвет. Хотя эта краска уже вряд ли будет сейчас светиться, но она сохраняет большую часть радиоактивности, так как период полураспада радия-226 составляет примерно 1600 лет.
Радий-226 226 Ra претерпевает α-распад с энергией частиц 4,777 МэВ (период полураспада 1600 лет). α-частицы, испускаемые радием, ударяются о люминофор (кристаллы сернистого цинка ZnS), теряют энергию, часть которой превращается в видимый свет. В результате распада радия-226 образуется радиоактивный газ радон-222 222 Rn. При этом примерно в 3,6 % случаев часть энергии выделяется в виде γ-кванта с энергией 0,188 МэВ.

Пробег α-частиц измеряется длиной, умноженной на плотность (мг/см2). Для энергии 4,777 МэВ пробег составляет 46,8 мг/см2. На ладонях, например, толщина покровного слоя равна 40 мг/см2. Таким образом, альфа-излучение радия-226 полностью поглощается корпусом прибора. Газ радон-222 также α-радиоактивен, в результате его распада с периодом полураспада 3,8 суток образуется полоний-218 218 Po с периодом полураспада 3,1 минуты. Этот радиоактивный ряд продолжается вплоть до образования стабильного свинца-206 206 Pb.

Продукты распада радия-226 являются источником высокоэнергетического бета-излучения, которое может частично проникать за пределы корпуса прибора. Также продукты распада радия-226 являются источником гамма-излучения, которое представляет опасность при дозе в десятки-сотни мкЗв/ч.
Гамма-спектр радия-226 и продуктов его распада

Радий-226 может представлять опасность в случае вдыхания или проникновения через кожу. По своим химическим свойствам радий-226 схож с кальцием (оба являются элементами подгруппы а второй группы в таблице Менделеева):

Поэтому радий, как и кальций, попадая в организм, накапливается в костных тканях с периодом биологического полувыведения 17 лет.
2. C 1950-х до 1970-х годов в СПД использовался прометий-147 147 Pm, который имеет период полураспада всего 2,6 года. К настоящему времени такая СПД уже вряд ли будет светиться. Прометий-147 испытывает бета-распад, превращаясь в самарий-147, и является источником бета-излучения низкой энергии, которой недостаточно для проникновения за пределы корпуса прибора. При этом, в отличие от возбудителя на базе α-излучения, прометий-147 не приводит к быстрому старению радиолюминофора. Прометий-147 может представлять опасность в случае вдыхания или проникновения через кожу.
Приборы, содержащие прометий-147, могут быть помечены значком:

3. В современном оборудовании (выпущенном после 1970-х годов) в качестве радиоактивного материала используется тритий 3 H - радиоактивный изотоп водорода.
$^3_1 H \to He^> + e^- + \bar_e$
Тритий имеет период полураспада 12,32 года. Тритий является источником бета-излучения низкой энергии (5,7 кэВ), которой недостаточно для проникновения за пределы корпуса прибора (пробег электронов в воздухе составляет 6 мм).
При воздействии огня тритий превращается в тритиевую воду 3 H₂O - более опасную форму трития. Тритий и тритиевая вода могут представлять опасность в случае вдыхания или проникновения через кожу.
Приборы, содержащие тритий, могут быть помечены значком:

ПРИБОРЫ, СОДЕРЖАЩИЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ, НЕЛЬЗЯ РАЗРУШАТЬ ИЛИ ВСКРЫВАТЬ.
ПРИ РАЗРУШЕНИИ КОРПУСА ПРИБОРА НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ПЫЛЕСОС ДЛЯ СБОРА ОСКОЛКОВ. ОН ЗАСОСЕТ В СЕБЯ ПОРОШОК РАДИЯ И ВЫБРОСИТ ЕГО НАРУЖУ, РАСПЫЛИВ ТАКИМ ОБРАЗОМ ЕГО ПО КОМНАТЕ! ОБРЫЗГАЙТЕ КОМНАТУ ВОДОЙ ИЗ ПУЛЬВЕРИЗАТОРА И ОДЕВ ЗАЩИТНУЮ МАСКУ И ПЕРЧАТКИ, СОБЕРИТЕ ОСКОЛКИ И ПЫЛЬ ВЛАЖНОЙ ТРЯПКОЙ.

Радиоактивный компас
Например, таким артефактом оказался немецкий армейский корпус времен Второй мировой войны:

Military Marching Compass in Mils w/ 6 cm fold-out ruler HAP WW 2

Исследование радиоактивности компаса с помощью моего DIY-дозиметра и Android-приложения GeigerCounter дало следующие результаты:

Среднее значение скорости счета составило 275,4 CPM. Учитывая, что фоновый уровень радиации в этом помещении равен 50,61 CPM, превышение составило 5,44 раза.

Радиоактивный тахометр
Но радиоактивность компаса оказалась намного меньше, чем радиоактивность обычного тахометра, используемого в учебных целях, а до этого использовавшегося в авиации.
Тахометр - вид спереди и сзади:

Такой двухстрелочный электрический тахометр переменного тока ТЭ-45 применяется на самолете АН-2:

Он состоит из трехфазного магнитоэлектрического тахогенератора ТЭ-45 (частота сигнала генератора пропорциональна частоте вращения вала двигателя) и показывающего прибора ТЭ-45 (собственно он и является этим излучающим объектом). Указатель тахометра ТЭ-45 является дальнейшей модернизацией указателей ТЭ-22 и ТЭ-44.

Датчик – генератор вырабатывает трехфазный ток, частота которого зависит от количества оборотов в минуту коленчатого вала авиадвигателя. Этот ток по соединительным проводам подводится на электродвигатель указателя. Он вращает магнит, который за счет вихревых токов поворачивает медный колпачок, а вместе с ним и стрелки на угол, пропорциональный частоте вращения коленвала.

Исследование радиоактивности тахометра с помощью моего DIY-дозиметра и Android-приложения GeigerCounter дало следующие результаты:

Среднее значение скорости счета составило 4082,33 CPM.

Следует отметить, что не все такие тахометры радиоактивны. На представленной ниже фотографии радиоактивной светомассой обладают тахометры 1 и 3:

Учитель. В атомной индустрии все возрастающую ценность для человечества представляют радиоактивные изотопы. С помощью ядерных реакций можно получить радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе только в стабильном состоянии.

Сегодня на семинаре мы выясним, как получают радиоактивные изотопы и в каких отраслях науки и техники их применяют.

Радиоактивные изотопы получают в атомных реакторах и на ускорителях элементарных частиц. В настоящее время производством изотопов занята большая отрасль промышленности. Первым элементом, созданным искусственным путем, был технеций 99 ₄₃Тс. Он был получен в 1937 г. при бомбардировке молибдена дейтерием.

Прометий 145 ₆₁Рm, франций 223 ₈₇Fr, не имеющие стабильных изотопов, впервые получены искусственно.

В 1935 году венгерский физико-химик Хевеши облучил нейтронами химический элемент диспрозий 164 ₆₆Dy. В результате опыта прибор зафиксировал очень высокую радиоактивность образца. Нерадиоактивный диспрозий стал радиоактивным.

С помощью ядерных реакции получены трансурановые элементы от нептуния 237 ₉₃Np до мейтнерия, 109-го элемента таблицы Менделеева. Элементы от 104 до 108 синтезированы в г. Дубне. Элемент 108 одновременно синтезирован в Германии, там же синтезирован элемент 109.

Учитель. Остановимся более подробно на том, где и когда радиоактивные изотопы применяют, с какой целью применяют те или иные изотопы в медицине, сельском хозяйстве, промышленности.

Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Предпосевное облучение семян, предпосевное замачивание семян в радиоактивных растворах, внесение в почву радиоактивных веществ в качестве микроудобрений, облучение растущих растений небольшими дозами γ-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли, кукурузы, гороха и других культур, а также получены высокопродуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков. Картофель, облученный γ-лучами, не портится и не прорастает более года, γ-излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми. Для уничтожения вредителей на табачных плантациях растения опрыскивают содержащими мышьяк химическими соединениями. Если мышьяк попадает в организм человека с табачным дымом, то он накапливается в волосах. При облучении пряди волос нейтронами образуется радиоактивный мышьяк. Исследуя его излучение, можно установить концентрацию мышьяка в волосах и сравнить с нормой. На основе этих данных разрабатывают рекомендации о допустимом количестве мышьяка в сельскохозяйственных химикатах.

γ-излучения радиоактивных изотопов используются также для консервации пищевых продуктов.

На птицефабрике облучают яйца. Благодаря этому из каждых 100 яиц в результате инкубации выводится в среднем 97 цыплят, то есть на 7 штук больше, чем без облучения.

Не менее обширно применение радиоактивных изотопов в промышленности. Одним из примеров этого может служить способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневые кольца нейтронами, вызывают в них ядерные реакции, то есть делают кольца радиоактивными. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ колец.

Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах. Мощное 7-излучение радиоактивных препаратов используют в тяжелой промышленности для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Широкие возможности открываются при использовании радиоактивных изотопов для создания приборов и средств автоматики.

Для датирования горных пород и минералов, археологических раскопок используют радиоуглеродный метод. Метод радиоактивного углерода применяют для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.).

В растениях всегда имеется p-радиоактивный изотоп углерода 14 ₆С с периодом полураспада 5700 лет. Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов космического излучения.

Образующийся радиоактивный изотоп углерода быстро окисляется. Соединяясь с кислородом, этот углерод образует углекислый газ, поглощаемый растениями, а затем в виде пищи попадает в живые организмы. Один грамм углерода из образцов молодого леса испускает около 15 β-частиц в секунду. После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счет радиоактивности. С момента гибели организма концентрация этого изотопа углерода в тканях постепенно уменьшается и по количеству оставшегося 14 ₆С, зная период его полураспада, можно определить время гибели организма.

Опыты по использованию 14 ₆С для установления возраста древностей связаны с именем американского ученого Либби, который в 1947 г. признан автором метода радиоуглеродного датирования. Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических остатках, можно определить возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 100 000 лет. Таким методом узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров, археологических находок.

Но радиоуглеродный метод исследования пригоден только для изучения органических остатков.

Получение и применение радиоактивных изотопов

Учитель. Радиоуглеродное датирование считается наиболее надежным и точным. А сейчас попробуем определить возраст древнего предмета.

Активность изотопа углерода 14 ₆C в древнем деревянном предмете составляет 4/5 активности этого изотопа в свежерубленном дереве. Период полураспада 14 ₆С равен 5570 лет. Определите возраст древнего предмета.

Активностью радиоактивного вещества называется число ядер, распавшихся в единицу времени.

λ — постоянная распада. По закону радиоактивного распада тогда:

В начальный момент времени активность Следовательно:

— постоянная распада; Т — период полураспада; е — основание натурального логарифма, е ≈ 2,7. Тогда Логарифмируя, получим: отсюда:

Ответ. ≈ 1800 лет.

Библиотека образовательных материалов для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы из сети Интернет, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

Если медицинское учреждение находится вдали от промышленных ядерных реакторов и ускорителей заряженных частиц, или в местах, куда затруднена регулярная доставка РФП, тогда прибегают к использованию изотопных генераторов, на которых производство РФП ведётся сочетанием радионуклидов с набором реагентов. На генераторах получение короткожи- вущих радионуклидов является задачей несложной и безопасной для персонала, генераторы транспортабельны, что даёт возможность наработки изотопа непосредственно в медицинских клиниках. При этом получение РФП стремятся вести на полностью автоматизированных установках с минимальным участием (или без всякого участия) радиохимика-фармацевта.

Изотопный генератор работает на основе системы двух генетически связанных между собой радионуклидов, причём один из них - более ко- роткоживущий (дочерний) постоянно образуется в результате распада другого (материнского), имеющего больший период полураспада. Дочерний нуклид при распаде превращается в стабильный или весьма долгоживущий изотоп. При этом целевой нуклид, являющийся изотопом другого (по сравнению с материнским) элемента, может быть быстро и многократно извлечён из лабораторного генератора, например, посредством пропускания жидкости (элюата) определенного состава через генератор.

Рис. 6. Процессы распада в цепочке ^Мо—> 99т Тс—>"Тс.

В большинстве случаев генератор представляет собой колонку, заполненную сорбентом и оборудованную фильтром, предотвращающим вымывание исходного нуклида. Элюат должен быть стерилен, не содержать материнского нуклида и иметь химическую форму, пригодную для непосредственного применения в клинике. Генератор обеспечен защитным свинцовым кожухом и системой коммуникаций. Он прост и безопасен в эксплуатации в условиях больницы. Активность дочернего нуклида при элюировании из генератора определяется общими закономерностями, обусловленными кинетикой накопления и распада нуклидов.

Они связаны с получением материнского радионуклида необходимого качества и количества по приемлемой цене, периодом полураспада, а также с характеристиками генератора, а именно: воспроизводимостью высокого выхода дочернего радионуклида в течение периода эксплуатации, радиационной стойкостью функциональных материалов и жизнеспособностью самого генератора.

Рис. 7. Схема радиоактивных превращений в генераторе технеция-99ш.

В настоящее время для целей радионуклидной диагностики чаще всего используются генераторы технеция, индия, рения, рубидия и галлия. Рассмотрим их устройство и функционирование несколько подробнее.

Для получения 99тТс в генераторах используют процесс распада

Материнский радионуклид производят в ядерных реакторах по реакции: 9вМо(п,у)99Мо.

Генератор представляет собой стеклянную колонку, заполненную сорбентом. Нерастворимые соединения молибдена, включающие молибдат-ион 99Мо0₄ 2_ (или фосфоромолибдат-ион, Н₄[Р(Мо₂0₇)б]з _ ) достаточно прочно фиксированы на оксиде алюминия. Колонка заполнена стерильным физиологическим раствором. При (3-распаде 87% 99М0 образуется

практического влияния на значение поглощенной дозы радиации.

Количество 99>пТс0₄‘ в колонке постепенно возрастает. В дальнейшем уровень 99тТс в генераторе зависит как от распада 99Мо и самого 99п>Тс, так и от интенсивности элюирования последнего для последующего использования. Элюирование - процесс получения из генератора стерильного раствора препарата путём промывания колонки физиологическим раствором (элюентом).

Рис. 9. Схема медицинского генератора технеция.

Изменения во времени активности обоих изотопов представлены на рис. .5. Здесь предполагается, что каждые 24 часа технеций полностью удаляется из генератора.

При превращении wMo только в 99" 1 Тс равновесная активность последнего должна быть равна

скачиваемого 99 т Тс равна 84% от активности 99Мо.

В диагностике применяют комплексы " т Тс, обладающие той или иной органотропностью. Их готовят с помощью специальных реагентов, которые расфасованы во флаконы. Приготовление РФП сводится к простому смешиванию реагента и элюата, однако в ряде случаев требует специальных манипуляций или является многостадийным.

Этот генератор позволяет получать растворы хлоридных комплексов [[ 11 з т 1п](Н₂о 6 ' п С1_п)] (3 '” )+ , где п = о, 1, 2, з в растворе о,05н НС1, которые применяются в диагностических целях при сканировании печени, лёгких, кровеносных сосудов, а также при идентификации опухолевых образований. Интерес к П з т 1п вызван благоприятными ядерно-физическими свойствами, как его самого, так и его материнского радионуклида. Это генератор можно использовать в течение года.

Получение исходного радионуклида для генератора n 3Sn/ u 3 m In проводят в ядерном реакторе путем радиационного захвата нейтронов ядрами “ 2 Sn. В связи с малым значением сечения реакции радиационного захвата, получение препарата П з8п высокой удельной активности возможно лишь в облучательных каналах с большой плотностью потока тепловых нейтронов. В качестве стартового материала используется металлическое олово, обогащённое по изотопу ,,2 Sn до 99%. Облучение производится в реакторе со значением флюенса тепловых нейтронов 410 14 н/см 2 сек. Удельная активность облученного материала составляет при этом не менее 30 Ки/г.

Действие генератора П з ш 1п основано на цепочке радиоактивных превращений:

Индий-изт за счёт изомерного перехода (Г= 99,3 мин) превращается в стабильный изотоп индия - “З1п. Изомерный переход сопровождается испусканием у-квантов с энергией 329 кэВ, рентгеновского излучения с энергией 244-28 кэВ и электронов конверсии с энергией 3654-392 кэВ.

Таким образом, в процессе распада ^Sn в генераторе нарабатывается “3ln. Накопление и з т 1п описывается уравнением:

где t - время, час.

В основе разделения материнского “3Sn и дочернего и з т 1п лежит метод хроматографии. В качестве адсорбентов в индиевом генераторе используют различные вещества - силикагели, активированные угли, гидратированный диоксид циркония.

Генератор i88 W(69-78 дн, р*-распад)/ 188 Ке( 17,02 ч; Ер_тах= 2.12 МэВ; Еу= 155 кэВ (15%)) используется для наработки терапевтического изотопа l88 Re - источника жесткого р- и мягкого у-излучения с энергией 155 кэВ (15%). Наличие у-излучения позволяет вести мониторинг поступления ,88 Re в ткани или орган и более точно рассчитывать терапевтические дозы облучения. Обычно получаемый продукт представляет собой перренат натрия, Na l88 ReO. в 0,9% NaCl водном растворе, его активность составляет

3,7 *18,5 ГБк (100*500 мКи).

Генераторы рения бывают адсорбционными (используются в госпиталях) и экстракционными (используются как региональные, для обслуживания всех больниц большого города).

При создании адсорбционного генератора мишень из оксида вольфрама облучают нейтронами и обрабатывают щёлочью. Осадок растворяют в перекиси водорода. Полученный раствор подщелачивают до pH 12*14. Проводят очистку щёлочного раствора пропусканием через колонку с оксидом алюминия в ОН -форме и подкисляют раствором соляной кислоты. Затем l88 W переводят в матрицу сорбцией на оксиде алюминия в Н + - форме в динамическом режиме, либо в статистическом с переносом матрицы в колонку с фильтрующим слоем из А1₂0₃ в Н + -форме. Элюирование l88 Re проводят растворами натриевых солей.

Преимуществом экстракционного генератора l88 Re является возможность использования l88 W любой активности, достаточной для получения нужной активности l88 Re. Рений экстрагируется только в форме Re(VII), которая необходима для синтеза на его основе меченых физиологически активных соединений (другие формы рения остаются в водном растворе). ,88 Re оказывается хорошо очищенным от неорганических примесей. К сожалению, этот экстракционный генератор может быть использован только в качестве регионального генератора. Он должен обслуживаться высококвалифицированными специалистами в специализированных радиохимических организациях и не может быть поставлен непосредственно в медицинские клиники.

Для экстракционного генератора возможно использование материнского нуклида (в данном случае l88 W) со сравнительно низкой удельной активностью (менее 1 Ки/г), которая достижима при облучении оксида вольфрама в реакторе со средним потоком нейтронов мо 14 н-см~ 2 -с _| . Это приводит к значительному снижению стоимости конечного продукта - l88 Re, которая сравнима со стоимостью " ш Тс.

Для экстракционного генератора используют мишени из триоксида вольфрама. Экстрагентом служит метилэтилкетон (МЭК). Экстракцию рения проводят из смеси гидроксида и карбоната натрия. Основным узлом генератора является центробежный полупротивоточный экстрактор. На оси двигателя прикрепляется насадка, в которой друг над другом размещена первая камера экстрактора, вторая камера и сборное кольцо, в котором собирается экстрагент вместе с извлекаемым ионом металла.

Триоксид вольфрама растворяется в щелочном растворе 2,5 моль/л КОН + 2,5 моль/л К₂С0₃ и загружается в первую ступень экстрактора. Во вторую камеру загружается 2,5 моль/л К₂С0₃ (промывной раствор). Исходный раствор используется многократно, так как из раствора ,88 W можно извлекать ,88 Re в течение длительного времени (два месяца) по мере накопления l88 Re. Выход ,88 Re 89%. Имеет место хорошее разделение дочернего и материнского нуклидов: активность ,88 W менее мо-з относительно активности l88 Re.

Медицинский генератор 82 Sr(25,5 fln)/ 82 Rb(i,3 мин) предназначен для наработки РФП, используемых для диагностики кардиозаболеваний с помощью ПЭТ. Материнский радионуклид ( 82 Sr) для стронций/рубидие- вого генератора нарабатывают облучением рубидия протонами, ускоренными на линейном ускорителе до энергии 143 МэВ. Генератор рассчитан использование в течение 6о дн.

Генератор 68 Ge(270,9 дн)/ 68 Са(б7,7 мин) характеризуется большим временем эксплуатации и производит изотоп с коротким периодом полу- распада. Катион 68 Ga3 + может формировать устойчивые комплексные соединения со многими лигандами, что делает его пригодным для синтеза большого количества комплексов с макромолекулами различного функционального назначения. В диагностике онкологических заболеваний методом ПЭТ РФП с 68 Ga являются более информативными, чем, например, с isF-ФДГ. Генератор 68 Ga представляет собой стеклянную колонку с сорбентом на основе диоксида титана, на котором сорбирован материнский радионуклид ^Ge. Колонка помещена в защитный контейнер и снабжена линиями элюента и элюата. Дочерний радионуклид 68 Ga элюируют из колонки раствором 0,1 М HCI.

Изотопы с избытком нейтронов обычно производятся в ядерных реакторах.
Кроме того, для получения нейтроноизбыточных изотопов может быть использован ускоритель протонов. Протоны конвертируются в нейтроны на мишени с большим массовым числом. Радиоактивные изотопы получаются по методу адиабатического резонансного перекрытия (Adiabatic Resonance Crossing, ARC). (Метод ARC был предложен К. Руббиа для трансмутации и производства радиоизотопов.) При бомбардировке ускоренными протонами в мишени генерируются нейтроны. Затем они рассеиваются в свинце, постепенно замедляясь до резонансной энергии, после чего происходит нейтронный захват ядрами, выбранными для производства нужного изотопа.

В настоящее время в мире для производства радионуклидов используется несколько сот ускорителей. Ядерная медицина потребляет более 50% всей производимой изотопной продукции. Большая часть циклотронов предназначена для производства радиоизотопов с дефицитом нейтронов для позитронно-эмиссионной томографии и имеют энергию ~10-18 МэВ. Увеличение энергии ускорителя расширяет круг доступных для производства изотопов. Циклотроны и линейные ускорители средней энергии располагаются, в основном, в научно-исследовательских центрах, и не специализированы для производства изотопов.
Для производства изотопов используются различные реакции: (p,n), (p,α), (p,pn), (p,2n), (p,3n),
(p,5 n), (d,p),(d,n), (d,2n), (d,3n), (d,α), ( 3 Не,n), ( 3 Не,α), ( 3 Не,αn), ( 3 He,2n), ( 3 He,3n), (α,р), (α,n), (α,2n), (α,pn), (α,3p).
Производство изотопов с помощью ускорителей нередко предпочтительней, чем в реакторах. Так если производство короткоживущего изотопа может быть реализовано как с помощью реакции (n,γ) в реакторе или (d,p) в небольшом циклотроне одинаково успешно, циклотрон предпочтительней. Его проще проще установить вблизи к пациенту.

Чтобы увеличить производительность производства изотопов, нужны специализированные ускорители с большим средним током пучка, с большой и варьируемой энергией, с одновременной наработкой разных изотопов. Например, протоны с энергией 70 МэВ позволяют производить 123 I, используя моноизотоп иода 127 I с помощью реакции
127 I(p,5n) 123 Xe → 123 I. 123 I можно производить и при энергии протонов
30 МэВ, используя 124 Xe. Но этот изотоп весьма редкий (0.0952% в естественной смеси) и соответственно очень дорогой.
Применение в качестве источников радиоизотопов ядерных реакторов и ускорителей ионов связано с различными финансовыми, техническими и экологическими ограничениями. В последнее время возрастает интерес к альтернативному источнику производства радиоизотопов − сильноточным ускорителям электронов. Нейтроны получаются в результате фотонейтронных реакций (γ,xn) и (γ,xp) от тормозного излучения электронов, падающих на мишень из тяжелых ядер. Применение электронных ускорителей позволяют в ряде случаев ослабить ограничения и недостатки, связанные с первыми двумя типами источников радиоизотопов.
В нижеприведенной таблице приведены примеры получения некоторых изотопов с помощью электронных ускорителей.

Интересные перспективы для производства изотопов открывает использование для этих целей ускорителей тяжелых ионов. Под действием тяжелых ионов образуется большое число самых различных изотопов, как нейтроноизбыточных, так и протоноизбыточных. Даже если производство того или иного изотопа уже освоено на протонных ускорителях и реакторах, применение пучков тяжелых ионов может оказаться выгодным, так как иногда удается избежать длинной цепочки радиационных превращений, с помощью которой получается тот или иной изотоп "традиционным способом".

Генераторы радионуклидов

Генератор радионуклидов представляет из себя устройство, в котором находится относительно долгоживущий "родительский" изотоп, который распадаясь постоянно продуцирует необходимый, например для ПЭТ, короткоживущий изотоп, который затем выделяется методами хроматографии, экстракции или сублимации.
На рис. в качестве примера показана схема и внешний вид генератора 82 Sr→ 82 Rb. Использование такого генератора, который менялся в установке ПЭТ один раз в месяц, позволило исключить необходимость в наличии циклотрона и радиохимической лаборатории в клинике, что существенно удешевило диагностику кардиозаболеваний.


Рис. 2. Генератор стронция/рубидия-82 для позитрон-эмиссионной томoграфии: принцип работы генератора (слева) , внешний вид генератора, разработанного в ИЯИ РАН (справа).

Интересные перспективы сулит использование для ПЭТ ловушек антипротонов. Время жизни антипротонов в современных ловушках дни − недели. С помощью антипротонов из ловушек можно было бы получать короткоживущие изотопы непосредственно на месте их использования. Так что для производства процедуры ПЭТ необходимость в циклотроне пропадает и существенно расширяется география таких исследований. Впрочем для этого нужен ускоритель, производящий антипротоны, но он уже не должен территориально быть привязан к сканеру ПЭТ.

Рассмотрим генераторы для получения изотопов для альфа-терапии − 212 Bi и 213 Bi.

Получение 212 Bi

Начальный элемент цепочки распадов при получении 212 Bi − 232 U , образование которого происходит в ядерном реакторе при облучении природного тория в результате следующих реакций на 232 Th :

232 Th(n,γ) 233 Th → 233 Pa(γ,n) 232 Pa → 232 U
232 Th(n,2n) 231 Th → 231 Pa(n,γ) 232 Pa → 232 U
232 Th(γ,n) 231 Th → 231 Pa(n,γ) 232 Pa → 232 U

Цепочка распадов 232 U показана ниже.

Для получения 212 Bi используют две генераторные системы − 228 Th/ 224 Ra и 224 Ra/ 212 Bi. В первой из них 224 Ra отделяется от 228 Th . Во втором генераторе из 224 Ra выделяют 212 Bi.

Получение 21 3 Bi

При облучении тория в реакторе одновременно с 232 U происходит образование 23 3 U:

232 Th(n,γ)→ 233 Th→ 233 Pa→ 233 U

В результате α-распада 23 3 U образуется 229 Th, который, в свою очередь, после ряда распадов переходит в 213 Bi.

Предложено несколько способов получения 229 Th:

из старых запасов изотопа урана 233 U;
в ядерном реакторе в результате многократных захватов нейтронов 226 Ra в реакции
226 Ra(3n,2β) 229 Th;
в ядерном реакторе при облучении изотопа тория 230 Th быстрыми нейтронами в результате реакции 230 Th(n,2n) 229 Th;
в результате облучения 230 Th протонами на циклотроне по реакциям 230 Th(p,pn) 229 Th и
230 Th(p,2n) 229 Pa(1,4 сут, β - ) → 229 Th.

Для получения 213 Bi используют две генераторные системы − 229 Th/ 225 Ac и 225 Ac/ 213 Bi. В первой 229 Th выдерживается некоторое время для накопления дочерних продуктов распада, затем 225 Ac вместе с остальными дочерними продуктами распада отделяется от 229 Th, затем проводят разделение 225 Ac и радионуклидов радия. Во второй системе ( 225 Ac/ 213 Bi) из 225 Ac выделяют 213 Bi.

Синовэктомия − иссечение синовиальной оболочки сустава.

Радиоиммунотерапия (РИТ) - это комбинированный метод лечения, который совмещает в себе возможности радиотерапии и иммунотерапии. При иммунотерапии используются специально созданные в лабораторных условиях моноклональные антитела, обладающие способностью распознавать раковые клетки и связываться с их поверхностью. Моноклональные антитела имитируют активность собственных антител организма пациента, которые в норме атакуют инородные объекты, такие как бактерии и вирусы. При РИТ используются моноклональные антитела, связанные с радиоизотопом. При введении в кровоток пациента помеченные радиоизотопом моноклональные антитела разыскивают раковые клетки и связываются с ними, что обеспечивает высвобождение высокой дозы излучения непосредственно в опухоли.

Читайте также: