Автоматизированный модуль для получения технеция-99м

Автоматизированный модуль для получения

технеция-99м

Томск

2013

Национально исследовательский Томский политехнический

университет

Применение РФП технеция-99м

Для диагностики в кардиологии, онкологии, эндокринологии, неврологии и других областях медицины. Используется в 80-90 % всех диагностических процедур, проводимых с радионуклидами. В США ежегодно проводится 12 млн. исследований. Годовой объём мирового рынка 99mТс оценивается в $3,7 млрд.

Генератор – это система двух генетически связанных радионуклидов 99Мо/99mТс, в которой технеций-99м (Т½ =

6,012ч), генерируется в результате –-распада материнского изотопа молибдена-99 (Т½ = 66,02 ч). Время

максимального накопления технеция-99м – 22,89 ч.

Получения 99Mo на ядерных реакторах

Две основные реакции:

реакция деления урана-235

235U (n,f) 99Mo (сечение 582,6 барн) реакция радиационного захвата

98Mo (n,) 99Mo (сечение 0,136 барн)

Реакция деления урана-235

Выход 99Мо – 6,1 %. Удельная активность - более 1000 Ки/г. Образуется более 20 долгоживущих осколочных γ- РН с периодами полураспада от 0,1 до 60 дней с массовыми числами от 72 до 161, а также -излучающие изотопы (239Pu), требующие переработки и утилизации. Расход 235U – 1 %. Например, в Россендорфе (Германия) за 10 лет было произведено 230 кKu 99Мо и накоплено 11000 кKu жидких р/а отходов с общим объемом 30 м3. Закрыты реакторы в Карлсруе, Россендорфе. Приостановлено строительство двух новых реакторов MAPLE (Канада), хотя было израсходовано $350 млн.

Мировой рынок 99Мо

Мировая потребность 13-15 тысяч Кu в неделю MDS Nordion, реактор NRU (Канада) ≥40%;Mallinckrodt, реактор HFR, Петтен, Голландия ≥25%;IRE, реактор BR2 (Бельгия) ≥15%;NTP, реактор SAFARI-1 (Южная Африка)≥20%.Мировой дефицит 99Мо в 2010 г. составил 30 %.В НИИАР реализуется проект на производство 2700 Ки в неделю после пуска второй очереди, что позволит по данным Атомпрома снять проблему на ближайшую перспективу. Однако проблема утилизации отходов останется.

Реакция 98Mo (n,) 99Mo

Радиоактивных отходов практически не образуется. Основной недостаток – низкая активность нарабатываемого 99Мо: порядка 1 Кu/г при облучении тепловыми нейтронами мишеней природного молибдена (24,13 % 98Мо) и 6-8 Кu/г – мишеней, обогащенных по 98Мо (> 95 %). Более высокая активность - до 200 Кu/г может быть получена лишь на реакторах с потоком тепловых нейтронов 51015 н/см2с, однако таких реакторов в мире всего три, а строительство новых требует больших затрат.

Для использования такого низкоактивного сырья в генераторах 99mТс требуется разработка специальных технологий, к числу которых, прежде всего, относится экстракционная.

Основные преимущества экстракционной технологии

•Экстракционная технология является концентрирующей.• Высокая объемная активность препарата 99mТс (более 5 ГБк/мл).• Использование доступного МоО3 природного изотопного состава.• Низкая себестоимость РФП.• Высокая химическая, радиохимическая и радионуклидная чистота.

Мишень для облучения МоО3

Мишень – МоО3, риродный изотопный состав;

Корпус – герметичная ампула из кварцевого стекла;

Масса навески – 7 г.

Схема экстракционного получения 99мTc

Вспомогательные операции: Сброс отработанной водной фазы;Сбор и очистка экстрагента для повторного использования.

Растворение мишени MoO3, загрузка в

экстрактор

Отбор экстракта с 99мTc

Отделение 99мTc от экстракта при помощи дистилляции

Смыв 99мTc 0,9%раствором NaCl

Экстракция 99мTc метилэтил кетоном

Контроль качества

Стерилизация РФП

Упаковка маркировка

Фасование препарата 99мTc

Основные проблемы экстракционной технологии

В разное время экстракционные генераторы 99mТс разрабатывались в Великобритании, Чехословакии, России, Индии, Австралии, Иране, Корее и других странах.Большие габариты экстрактора. необходимость использования тяжелой биологической защиты. необходимость визуального контроля. большая продолжительностью получения препарата (1,5 – 2 часа). отсутствие дистанционного управления. высокая квалификации обслуживающего персонала.

Классическая схема экстракционной установки

ще

ло

чно

й р

аство

р 9

9М

о

экстр

аге

нт

да

вл

ени

е

1

2

3

Недостатки:Большая поверхность раздела – большие потери технеция-99м;Двигатель в радиационноопасной зоне.

Экстракционный генератор технеция-99м с коаксиальной

колонной

В 90х годах при НИИ ядерной физики была разработана и

испытана новая схема

экстракционного генератора на

основе коаксиального экстрактора.

Изменение выхода 99mТс из коаксиального генератора в зависимости от объема метилэтилкетона (объем ВФ

100 мл)

2001000

50

Объем МЭК, мл.

Вы

ход

99

mТ

с, %

.

50 150

После проведения успешных испытаний была подготовлена опытная партия установок коаксиального типа для Радиевого института им. В.Г. Хлопина и Института атомной энергии им. И.В. Курчатова и Института ядерных исследований и ядерной энергетики Болгарской АН (г. София).

Экстракционный генератор технеция-99м с многократным

циклом экстракции

Схема экстракционного генератора технеция-99м с многократным

циклом экстракции

К 4 К 6 К 8 К 9 К 10

К 7

К 2

К 5

К 1

К 3

1 2

В 3 В 4

В 1 В 2

9

6

8

11

3

4

5

10

23

22

7

Разработка мобильных генераторов 99mТс

Все приведенные выше генераторы являются стационарными установками, рассчитанными на получение до 10 Ки 99mТс и более при одновременном обслуживание нескольких клиник города или региона. Для создания малогабаритных установок, удобных для использования непосредственно в клиниках, методом математического моделирования был впервые разработан миниатюрный экстрактор высотой всего 10 см.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Малогабаритный экстрактор

Экстракционно-хроматографический генератор

С учетом небольших объемов водной и органической фаз (20 и 25 мл, соответственно), используемых в транспортируемом экстракторе, с целью экспрессного отделения 99mТс от МЭК вместо традиционной испарительной технологии был применен метод хроматографии.

Схема экстракционно-хроматографического генератора технеция-99м

Экстракционно-хроматографический генератор технеция-99м

Транспортный контейнер для Экстракционно-хроматографического генератор технеция-99м

Эксплутационные характеристики генераторов технеция-99м НИ ТПУ

П/п Тип генератора Высо-та, мм

Расход МЭК,

мл

Активно-сть 99Мо,

Ки

Время получе-

ния, мин

Выход 99мТс,

%

1 Коаксиальный 450 100-110

10 120 80

2 Многократный цикл экстракции

270 50-60 15-20 60 75-90

3 Экстракционно-хроматографич.

110 25 1-2 20 75-85

Получено 6 патентов

Показатели Натрия пертехнетат, 99mТс из экстракционного

генератора

Натрия пертехнетат, 99mТс из хроматографического

генератора

Натрия пертехнетат, 99mТс из экстракционно-

хроматографического генератора

рН От 5,0 до 7,0 От 4,0 до 7,0 От 5,8 до 6,5

Радионуклидные примеси

99Мо не более 210-3 %, Других: не более 110-4 %

99Мо не более 210-2 %, Других: не более 110-3%

99Мо – ниже пределов обнаружения; Других: не более 110-3 %

Радиохимическая чистота

Не менее 99,2 % Не менее 99,2 % 99,2 – 99,8 %

Химические примеси

Мо не более 0,2 мкг/мл; Al – ниже пределов обнаружения.

Мо не более 0,2 мкг/мл; Al не более 5,0 мкг/мл;

Мо – ниже пределов обнаружения;Al – до 1 мкг/мл

Метилэтилкетон Не более 0,5 мг/мл Не регламентируется 0,01 мг/мл

Натрия хлорид От 8,0 до 10,0 мг/мл От 8,0 до 10,0 мг/мл От 8,4 до 9,0 мг/мл

Сравнительные характеристики качества РФП

МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРАКЦИОННОГО ПОЛУЧЕНИЯ

ТЕХНЕЦИЯ-99М

Томск

2013

Томский политехнический университет