專利名稱:生產(chǎn)放射性核素的方法
生產(chǎn)放射性核素的方法[0001]本發(fā)明涉及放射性核素的生產(chǎn)。更具體地,本發(fā)明涉及根據(jù)Szilard-Chalmers原理生產(chǎn)的并具有高特定放射性的放射性核素。本發(fā)明相應(yīng)提供了一種生產(chǎn)該放射性核素的方法，還擴(kuò)展至由所述方法生產(chǎn)的放射性核素。本發(fā)明還提供了一種放射性核素的生產(chǎn)配置。[0002]在癌癥患者治療中引起并發(fā)癥的常見原因是癌癥的轉(zhuǎn)移，尤其是在骨骼中。轉(zhuǎn)移是一種惡性腫瘤從其體內(nèi)原發(fā)位置如乳房或前列腺擴(kuò)散并集中在另一個(gè)器官如骨骼中的病癥。疼痛和不適是轉(zhuǎn)移性骨癌的常見癥狀和副作用，并通常使得在原發(fā)位置處惡性腫瘤的單獨(dú)治療或處理變得無效，經(jīng)常導(dǎo)致惡性腫瘤對于患者來說是致命的。緩解來自轉(zhuǎn)移性骨病的骨痛，通常是受到放射性核素治療(RNT)，也稱為放射性同位素治療(RIT)影響。RNT 或者RIT涉及將放射源施用于目標(biāo)區(qū)域如惡性腫瘤已擴(kuò)散至此的骨骼，從而輻照目標(biāo)區(qū)域并控制這個(gè)區(qū)域的癌性生長。這可作為對原發(fā)性惡性腫瘤單獨(dú)治療的增強(qiáng)和補(bǔ)充。特別是在骨轉(zhuǎn)移治療中，需要具有短程發(fā)射和高特定放射性的輻射源，從而分別減少敏感骨髓暴露于輻射以獲得具有有限或最小輻射劑量的強(qiáng)抗腫瘤效果，從而減少輻射暴露于身體其他部位。[0003]在本發(fā)明的領(lǐng)域中眾所周知的是，高特定放射性的放射性核素(包括亞穩(wěn)放射性核素)能夠通過用中子輻射輻照適當(dāng)?shù)陌繕?biāo)核素材料的目標(biāo)介質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)，使得入射中子與目標(biāo)核素材料中的目標(biāo)核子反應(yīng)，從而產(chǎn)生中子(η)吸收-伽馬(Y)輻射核反應(yīng)， 也表示為(η，Y)。在目標(biāo)介質(zhì)中產(chǎn)生的亞穩(wěn)放射性核素從Y輻射獲得高的反沖能量并從原始目標(biāo)晶格，即目標(biāo)核素材料中發(fā)射或彈回。然后這些發(fā)射的放射性核素被捕獲并被陷入放置在緊密靠近目標(biāo)介質(zhì)處的反沖捕獲材料或介質(zhì)(RCM)中，從而所發(fā)射的放射性核素與目標(biāo)核素材料中的不活躍或冷的目標(biāo)核子分離。所發(fā)射的亞穩(wěn)放射性核素相對于冷的核子，在反沖捕獲材料中濃縮或富集。這個(gè)過程通常稱為Szilard-Chalmers原理。然后反沖核子從反沖捕獲材料中回收。[0004]本發(fā)明的目的是提供 一種利用Szilard-Chalmers原理生產(chǎn)具有高特定放射性和短程輻射發(fā)射的放射性核素的可行方法。[0005]因此，本發(fā)明提供了生產(chǎn)放射性核素的方法，其包括[0006]在輻射區(qū)，使用中子輻射輻照含有至少一種目標(biāo)核素材料的目標(biāo)介質(zhì)，從而使得在目標(biāo)核素材料中形成放射性核素，同時(shí)至少一些所形成的放射性核素從目標(biāo)核素材料中發(fā)射；和[0007]在不具有晶體等級空籠結(jié)構(gòu)的碳基反沖捕獲材料中，捕獲和收集所發(fā)射的放射性核素。[0008]所述目標(biāo)核素材料可選自由純金屬和金屬化合物組成的組。優(yōu)選地，目標(biāo)核素材料可含有金屬化合物，包括金屬氧化物、金屬鹽或有機(jī)金屬化合物。具體地，目標(biāo)核素材料的金屬可選自元素周期表中從原子序數(shù)為21的鈧(Sc)延伸至原子序數(shù)為83的鉍(Bi) 的金屬元素，該兩個(gè)元素包含在內(nèi)，排除非金屬元素砷(As)、硒(Se)、溴(Br)、氪(Kr)、碲 (Te)、碘(I)和氙(Xe)。優(yōu)選地，金屬可以是錫(Sn)。在這種情況下，目標(biāo)核素材料通?？蛇x自元素錫或錫金屬，以及選自錫氧化物，包括氧化錫(II) (SnO)和二氧化錫(IV) (SnO2)0 目標(biāo)核素材料可以替代地選自錫鹽，包括氯化錫(II) (SnCl2)、四氯化錫(IV) (SnCl4)、硫酸錫(II) (SnSO4)和硝酸錫(II) (Sn(NO3)2)。目標(biāo)核素材料還可替代地選自錫的有機(jī)金屬化合物，包括四苯基錫、錫(IV)-駄善氧化物、錫(II)-駄善和錫(II) -2, 3-蔡駄善。[0009]碳基反沖捕獲材料可選自非晶態(tài)碳、碳的同素異形體及其混合物。更具體地，反沖捕獲材料可選自各向同性非晶態(tài)碳；碳的同素異形體如石墨、石墨烯、碳納米泡沫、炭黑、木炭、活性炭和玻璃碳；或其混合物。上述各向同性非晶態(tài)碳和碳的同素異形體的特征為，其沒有晶體等級的所謂空籠結(jié)構(gòu)，當(dāng)暴露于中子輻照時(shí)該空籠結(jié)構(gòu)很容易由于輻射而發(fā)生變形。[0010]目標(biāo)核素材料和反沖捕獲材料均可為精細(xì)顆粒形式，通常各自具有最多約50nm 的平均粒徑。優(yōu)選地目標(biāo)核素材料可具有能夠獲得的盡可能小的平均粒徑，一般在約50nm 至約10 μ m的量級。[0011]具體地，當(dāng)目標(biāo)核素材料和反沖捕獲材料均為如上所述的微粒時(shí)，該方法可包括將目標(biāo)核素材料與反沖捕獲材料混合?？梢岳斫猓谶@樣的實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生中子輻照時(shí)， 反沖捕獲材料也將存在于輻射區(qū)中，因此目標(biāo)介質(zhì)同時(shí)含有目標(biāo)核素材料和反沖捕獲材料?？深A(yù)計(jì)，目標(biāo)核素材料和反沖捕獲材料在這種情況下被混合的比率可通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)和最優(yōu)化來確定。然而，方便的是，目標(biāo)核素材料和反沖捕獲材料可按1:1的重量比混合。[0012]輻照目標(biāo)介質(zhì)可包括將目標(biāo)介質(zhì)放置在來自中子源的中子通量路徑中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，中子源可以是在核反應(yīng)堆中發(fā)生的核裂變反應(yīng)的核裂變產(chǎn)物。該方法因此可包括將目標(biāo)介質(zhì)放置在相對于核反應(yīng)堆的位置中，該位置來自核裂變產(chǎn)物的中子通量足夠高，并具有所需要的與目標(biāo)核素材料的反應(yīng)兼容的動(dòng)能范圍。或者，中子源可為基于加速器的中子源。這種源的一個(gè)實(shí)例為在美國田納西州橡樹嶺的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的散裂中子源(SNS)。[0013]該方法可包括從反沖捕獲材料中回收所捕獲的放射性核素。[0014]優(yōu)選地，從反沖捕獲材料中回收所捕獲的放射性核素包括用稀釋和/或濃縮的酸性萃取溶劑處理反沖捕獲材料，由此形成反沖捕獲材料懸浮液，并從反沖捕獲材料中化學(xué)萃取或浸出捕獲的放射性核素，以獲得富集放射性核素的萃取溶劑。因此，可設(shè)想反沖捕獲材料既可用稀酸也可用濃酸處理，或者可選地，例如以兩步處理的形式同時(shí)分別用稀酸和濃酸處理。[0015]特別是當(dāng)萃取溶劑是一種稀酸時(shí)，從反沖捕獲材料中回收所捕獲的放射性核素可包括，通過將捕獲的放射性核素溶解于稀酸中來從所述反沖捕獲材料中洗脫所捕獲的放射性核素。所述酸可以選自鹽酸和抗壞血酸。酸也可以選自其他礦物或有機(jī)酸，包括硝酸、硫酸、氟磺酸、磷酸、檸檬酸、草酸、乙酸和米氏酸。可以理解，所述酸也可包含任何兩個(gè)或更多的上述酸的組合。優(yōu)選地，所述酸可以被稀釋到的O. Olmol dnT3至IOmol dnT3量級的濃度， 通常約 O. 5mol dm 3。[0016]該方法可包括以延長的時(shí)間，優(yōu)選地不超過產(chǎn)品放射性核素半衰期的時(shí)間來孵育反沖捕獲材料懸浮液。預(yù)計(jì)這種反沖捕獲材料的孵育將容許從所述反沖捕獲材料中更優(yōu)化地將捕獲到的放射性核素回收至洗脫液或浙出液中。通過“更優(yōu)化的回收”，意味著獲得捕獲的放射性核素的所需產(chǎn)量是根據(jù)其伽馬放射性測量的 并轉(zhuǎn)換成相對于洗脫液中錫總含量的富集因子?；蛘?，該方法可包括通過選擇合適的反應(yīng)條件如溫度、酸度和酸強(qiáng)度，和 /或通過使用超聲波處理以促進(jìn)捕獲的放射性核素移動(dòng)到周圍懸浮液中，從而提高洗脫率。 預(yù)計(jì)這種反應(yīng)條件通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)將是可確定的。[0017]該方法還包括保持反沖捕獲材料懸浮液的pH值足夠低，以避免萃取的放射性核 素原子過早水解。保持pH值可包含有選擇地添加稀酸溶液至懸浮液中。[0018]當(dāng)萃取溶劑含有濃酸時(shí)，通常所述酸可為一種比上面指示的更具腐蝕性的酸。因 此該方法可包括在這樣的酸中溶解或剝離反沖捕獲材料。這樣的更具腐蝕性的酸可包括濃 硝酸與鹽酸體積混合比為1:3的王水、鉻酸、氫氟酸，或這些酸的組合。[0019]該方法可進(jìn)一步包括，當(dāng)用酸性萃取溶劑處理反沖捕獲材料以便從反沖捕獲材料 中回收放射性核素時(shí)，通過離心、渦流分離和/或過濾來從反沖捕獲材料中回收或分離富 集放射性核素的萃取溶劑。[0020]或者，從反沖捕獲材料中回收捕獲到的放射性核素可包括用堿性萃取溶劑處理反 沖捕獲材料。優(yōu)選地，所述堿可為氫氧化鈉。在這種情況下，通?？刹扇》派湫院怂亟饘贇?氧化物的形式來萃取放射性核素。因此該方法可包括通常通過離心、渦流分離和/或過濾 從反沖捕獲材料中回收或分離回收的放射性核素金屬氫氧化物。[0021]可替代地，從反沖捕獲材料中回收捕獲的放射性核素可包括在氧氣中燃燒反沖捕 獲材料。[0022]可以理解，如上文所述，當(dāng)目標(biāo)介質(zhì)含有反沖捕獲材料和目標(biāo)核素材料的混合物 時(shí)，當(dāng)以上文所述的方式，例如從反沖捕獲材料中回收所捕獲的放射性核素至反沖捕獲材 料懸浮液中時(shí)，也可以存在至少一些目標(biāo)核素材料。因此，該方法可包括，如果需要的話，在 從反沖捕獲材料中回收放射性核素之前，將目標(biāo)核素材料與反沖捕獲材料分離。這樣的分 離可通過液-液萃取過程，通常使用有機(jī)液體和含水液體作為液-液萃取溶劑來實(shí)現(xiàn)。優(yōu) 選地，有機(jī)液體選自四溴乙烷(TBE)和甲苯。含水液體通?？梢允撬０诜礇_捕獲材料 懸浮液中的至少一些目標(biāo)核素材料通?？梢员换厥罩了唷Ｔ摲椒梢赃M(jìn)一步包括固定含 有目標(biāo)核素材料的水相，從而將其與含有RCM的有機(jī)相分離。通常，水相的固定可通過將任 何合適的天然粘土或合成填縫材料添加到反沖捕獲材料懸浮液中以吸收水相來實(shí)現(xiàn)。粘土 可以從具有高吸水能力的粘土中選擇，其接觸水時(shí)廣泛膨脹。預(yù)期在目標(biāo)核素材料沉淀之 前填充這種粘土，即固定水相。優(yōu)選地，粘土可以選自蒙脫石粘土，如膨潤土、Ca-膨潤土、 娃鎂石、MD-膨潤土和Eccabond-N/膨潤土。[0023]當(dāng)通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)時(shí)，本發(fā)明擴(kuò)展至放射性核素。[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了放射性核素的生產(chǎn)配置，其包括[0025]輻射區(qū)，其中設(shè)置有至少包含目標(biāo)核素材料的目標(biāo)介質(zhì)；[0026]中子輻射源，其以與輻射區(qū)中的目標(biāo)介質(zhì)具有中子輻射的關(guān)系設(shè)置；和[0027]碳基反沖捕獲材料，其配置為捕獲從目標(biāo)核素材料中發(fā)射的放射性核素，所述碳 基反沖捕獲材料沒有晶體等級的空籠結(jié)構(gòu)。[0028]目標(biāo)核素材料和反沖捕獲材料可以如上文中所描述。中子輻射源也可以如上文中 所描述。[0029]現(xiàn)在將參考下面的非限制性實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。[0030]在這些實(shí)例中，錫(Sn)被選為用于目標(biāo)核素材料的金屬，尤其是因?yàn)槠湓谥委熖囟ò┌Y中優(yōu)選使用，而且因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)伽馬探測器可很容易檢測到激活的亞穩(wěn)(m)錫-117 (117mSn)理想的160keV伽馬輻射。因此，在錫的情況下，高特定放射性的117mSn是根據(jù)下面的(n，Y)核反應(yīng)對含有錫-116 (116Sn)的目標(biāo)介質(zhì)進(jìn)行中子輻照來生產(chǎn)的[0031]116Sn (n, Y ) 117mSn (I)[0032]由此產(chǎn)生的放射性117mSn核子從Y輻射中獲得了高的反沖能量，因此117mSn原子從目標(biāo)核素材料的初始晶格中發(fā)射或反沖。[0033]所有的試劑均為分析等級并且從德國達(dá)姆施塔特的Merck KGaA公司和德國施泰因海姆的Sigma-Aldrich Chemie GmbH公司獲得。[0034]實(shí)施例1[0035]目標(biāo)介質(zhì)選自粉末形式的具有10微米平均粒徑的>99%的純SnO粉末，作為目標(biāo)核素材料的納米粉體形式的SnO2,以及作為反沖捕獲材料的納米粉體或石墨粉形式的>99% 的純碳的組合。[0036]抗壞血酸和鹽酸(HCl)溶液各自以O(shè). 50mol dm_3的濃度制備，用于經(jīng)過輻照，即在 116Sn (η, Y ) 117mSn反應(yīng)(I)之后,從碳或石墨反沖捕獲材料中萃取反沖的117mSn原子。[0037]目標(biāo)介質(zhì)的制備如表I 所示，包括 50mg (O. 37mmol)Sn0 或 50mg (O. 33mmol)Sn02 與作為反沖捕獲材料的50mg碳納米粉體或石墨粉混合的組合。[0038]然后將所制備的目標(biāo)介質(zhì)密封在聚乙烯膠囊中。制備目標(biāo)核素材料和反沖捕獲材料的每個(gè)組合的兩個(gè)目標(biāo)一個(gè)使用O. 50mol dm_3鹽酸溶液萃取,第二個(gè)用O. 50mol dm_3的抗壞血酸溶液萃取。[0039]制備目標(biāo)介質(zhì)用于在荷蘭代爾夫特代爾夫特理工大學(xué)(TU Delft)反應(yīng)堆學(xué)院的核反應(yīng)堆進(jìn)行輻照。然后輻照目標(biāo)介質(zhì)達(dá)10小時(shí)并使其冷卻5天，以便容許樣本冷卻或衰減至較低的輻射等級用于更安全的操作和減少來自短暫污染物的假計(jì)數(shù)。[0040]使用預(yù)先制備的HCl和抗壞血酸溶液，從碳或石墨介質(zhì)中萃取反沖的mniSn放射性核素。將IOml體積的各酸溶液分別添加到輻照的目標(biāo)介質(zhì)中，其包括打開的聚乙烯膠囊， 從而在酸溶液中形成包括目標(biāo)核素材料和捕獲介質(zhì)的目標(biāo)介質(zhì)的各懸浮液。立即取2ml各懸浮液樣本分析溶解的非輻照氧化物總目標(biāo)產(chǎn)量或背景以作為富集因子的參考，隨后的體積用2毫升相應(yīng)酸溶液補(bǔ)充并放在室溫條件下孵育，時(shí)間分別為O. 25小時(shí)、O. 5小時(shí)、I小時(shí)、5小時(shí)、48小時(shí)和7天。[0041]在如下面表I中所示的各個(gè)時(shí)間間隔中，通過用O. 22 μ m的過濾器過濾以萃取2ml 的懸浮液樣本。將從反沖捕獲材料溶解或浸出到酸性溶液中的mmSn離子保持在如上文所述的溶液中并收集在濾液中，同時(shí)未反應(yīng)的、或不反沖的、穩(wěn)定的錫氧化物目標(biāo)核素材料和反沖捕獲材料基本上保留在過濾器內(nèi)，以便用2ml的補(bǔ)充溶液將其沖刷回膠囊以進(jìn)行進(jìn)一步浸出。因此，濾液包含相對于任何溶解的未反應(yīng)錫氧化物來說是富集的放射性117mSn放射性核素的濃縮液。如下面表I所示，取經(jīng)過7天孵育后的樣本，將反沖 捕獲材料懸浮液放置在超聲波清洗器中I小時(shí)后取出。長達(dá)60分鐘后，再補(bǔ)充樣品的懸浮液以保持IOml的固定容量，并以15分鐘的時(shí)間間隔進(jìn)行渦流混合。[0042]在一個(gè)單獨(dú)的測試組中，目標(biāo)介質(zhì)以一式三份的方式制備以便重復(fù)通過超聲波處理獲得的結(jié)果。這些都經(jīng)過48小時(shí)孵育，在超聲輻照I小時(shí)之前和之后采集樣本。在試驗(yàn)的第七天采集第二組樣本。然后由Y光譜學(xué)確定2ml樣本中117nSn的放射性并計(jì)算回轟擊結(jié)束(end of bombardment, EOB)。這些在Delft科技大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的福射、放射性核 素和反應(yīng)堆系的儀器中子活化分析(INAA)設(shè)備中得到分析。對于確定特定放射性和富集 因子，通過電感藕合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法(ICP-0ES)，以189. 926nm的適當(dāng)錫波長測量 總的錫濃度。[0043]本發(fā)明該實(shí)施方案的方法成功地在石墨以及非晶碳反沖捕獲介質(zhì)中濃縮了 117mSn 放射性核素，獲得了 SnO2的富集因子34 (如表I所示)，同時(shí)在O. 50mol dm_3鹽酸溶液中的 特定放射性和產(chǎn)量分別為2. 53MBq mmoF1和O. 07%。另一方面，SnO產(chǎn)生了較低的特定放射 性，可能由于在所用的酸性介質(zhì)中相對易于溶解的未輻照的目標(biāo)SnO。[0044]酸性溶液用于從反沖捕獲介質(zhì)中萃取放射性核素而保持低的pH值條件，使反沖 錫離子和其最終沉淀物水解的機(jī)會(huì)最小化，尤其是對于SnO2(即Sn4+)，其將使反沖的錫和目 標(biāo)錫氧化物幾乎不可能通過過濾分離。抗壞血酸和HCl都是強(qiáng)還原劑，并使被溶解的117mSn 的氧化最小化，其類似地也能導(dǎo)致水解?？箟难嶙鳛槿跛?pH值為2)，比HCl (pH值為O.4)更不易反應(yīng)。這被認(rèn)為是有益于實(shí)現(xiàn)更高的特定放射性，因?yàn)檩^強(qiáng)的HCl也容易溶解 未輻照的目標(biāo)氧化物，其效果對于SnO甚至更為顯著，在HCl中SnO比SnO2更易溶解約1000 倍(表I與表2相比)。[0045]在表I中，給出了使用HCl萃取的樣本分析結(jié)果，同時(shí)下面的表2顯示了使用抗壞 血酸萃取的樣本分析結(jié)果。對于SnO2，被溶解的錫的量一般在長達(dá)約3天的孵育中是不變 的。然而，SnO更易分解并表現(xiàn)出被溶解的錫隨時(shí)間適度增長。作為有機(jī)酸，抗壞血酸有一 個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橛捎谶m度的無極性、疏水效應(yīng)，其容許碳或石墨粒子懸浮或分散在溶液中，進(jìn) 而容許更大的表面積與酸接觸來有效地萃取反沖的放射性(activity)。此外，據(jù)報(bào)道抗壞 血酸起到絡(luò)合劑的作用，其因此可以結(jié)合萃取的mmSn離子并且將其保留在溶液中，這樣做 使得錫的水解最小化并容許通過過濾進(jìn)行分離。[0046]進(jìn)行了其他對照實(shí)驗(yàn)(表3)，其中對于鹽酸和抗壞血酸，使用未輻照(冷)的SnO2和 SnO來重復(fù)萃取過程，以確定酸溶解氧化物的程度一溶解的錫含量通過ICP-OES測量。這些 測試用來驗(yàn)證錫氧化物與各個(gè)酸的反應(yīng)性。[0047]萃取的有效性和成功是通過在該過程的每一步獲得的富集因子進(jìn)行監(jiān)控的。這被 計(jì)算為樣本中mmSn的特定放射性(在每個(gè)時(shí)間點(diǎn))與初始總目標(biāo)產(chǎn)量的比例。SnO2和SnO 的初始總目標(biāo)產(chǎn)量分別為O. 11±0. 02MBq mmoF1和0. 10±0. 02MBq mmol'表I和2示出 了當(dāng)被計(jì)算為測量的mmSn放射性(MBq ml—1)(由Y光譜確定)和錫濃度(mmol dm—3)(由 ICP-OES測量)的比率時(shí)，在選定間隔(15分鐘、30分鐘、60分鐘、5小時(shí)和48小時(shí))時(shí)獲得 的特定放射性(MBq mmor1)的趨勢。在輻照后，117mSn被溶解從而產(chǎn)生2_34的富集因子。[0048]一般來說，HCl和抗壞血酸兩種溶液在萃取117niSn中是有效的。然而，錫氧化物SnO 的反應(yīng)性越強(qiáng)，酸溶液HCl就越強(qiáng)，看來可產(chǎn)生更高的收益，盡管其特定放射性和富集因子 較低。結(jié)果是SnO2表現(xiàn)得更好，而如由表2中所觀察的無法檢測的117mSn放射性，使用抗壞 血酸進(jìn)行萃取被證明是無效的。在用0. 50mol dm_3的HCl處理后，在碳存在的情況下取得 了 34的富集因子和0. 07%的收益率(表I)。[0049]超聲處理I小時(shí)后，分別孵育48小時(shí)和7天后，對特定放射性沒有明顯影響，因此 富集因子基本上保持不變。作為對照，在此研究中也監(jiān)控其他同位素，即113Sn、113mSn、125Sn和 125mSn,且其富集因子類似于117mSn。由于其通過相同的(n，Y)反應(yīng)生產(chǎn)，且特別是由于其激發(fā)Y-射線的能量是相似的，因此這是可以預(yù)料的。[0050]可以預(yù)見，最好的萃取介質(zhì)有可能是抗壞血酸和HCl的組合，因?yàn)镠Cl可更好地溶 解反沖放射性，而抗壞血酸容許與反沖捕獲材料的更大的表面積，而同時(shí)絡(luò)合117mSn,保持 其在溶液中并防止不必要的水解和沉淀。各自的組合和理想濃度需要例如通過使用玻璃電 極電位測定法的專門研究進(jìn)一步優(yōu)化。顯然，更長的輻照時(shí)間還將增加產(chǎn)量和/或富集因子。[0051]實(shí)施例2[0052]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例中，對選擇在萃取前使用酸將氧化物與反沖捕獲材料分離 和隔離進(jìn)行了研究。其目的是使“冷”(未輻照的)錫的存在最小化，其可降低特定放射性并 同樣避免任何被輻照但未反沖的[117mSn]SnO或[117mSn]SnO2被吸收進(jìn)入到酸萃取液/濾液 中，這可能產(chǎn)生假陽性。一個(gè)這樣的方法涉及初始有機(jī)/含水液-液萃取，其中輻照后的材 料被分別添加到水和四溴乙烷(TBE)或甲苯中。有機(jī)溶劑的選擇取決于有機(jī)和含水相的優(yōu) 選取向。[0053]在使用TBE和水的分離(在每個(gè)氧化物下的第一列，表4)中，錫的氧化物保留在頂 部的含水層中，同時(shí)碳或石墨分布于下面的有機(jī)層中。碳和石墨本身不溶于溶劑，而是由于 反沖捕獲介質(zhì)和錫氧化物的極性不同而實(shí)現(xiàn)分離。有機(jī)和含水相的mmSn的放射性分布， 以及器具(即玻璃器皿和注射器)，在Capintec電離室中測量并產(chǎn)生如表4所見的結(jié)果。盡 管細(xì)致的操作是必需的，但獲得了相當(dāng)好的分離。然而，氧化物最終沉淀在含水-有機(jī)界面 處，即在頂部含水層的底部，其在相分離期間的過沖情況下，反而變成使用TBE相萃取，見 表4的TBE列ο[0054]當(dāng)用甲苯代替TBE時(shí)，有機(jī)相和含水相是倒置的，即甲苯層在頂部。在這樣做時(shí)， 錫氧化物在(底部的)含水層底部的沉淀，遠(yuǎn)離有機(jī)相，使萃取更有效(在每個(gè)氧化物下的甲 苯列，表4)，有效地最小化聚集具有石墨或碳的氧化物的機(jī)會(huì)。所述分離良好并要求更少的 操作。此外，在有機(jī)相中存在錫氧化物的風(fēng)險(xiǎn)較低。然而，甲苯薄膜已經(jīng)在水成分的表面周 圍形成，其含有一些石墨，并且不容易分離。[0055]在該實(shí)施例的試驗(yàn)中，反沖放射性不是從反沖捕獲介質(zhì)中萃取，而是其僅用作演 示這些步驟的可行性。在萃取中使用水而不是酸或緩沖液，以避免從反沖捕獲介質(zhì)中過早 提取反沖的117mSn離子，然后其可以最終留在水相中。盡管發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)液-液萃取方法 繁瑣和對過沖敏感，但是提純步驟可以證明是一個(gè)有效的處理步驟。[0056]此外，盡管收益率不顯著(分別為2. 2%和2. 6%)，所述目標(biāo)將純粹是為了取得單位 質(zhì)量或體積的產(chǎn)品核素的更高放射性比率(Bq或Ci)。通過進(jìn)一步試驗(yàn)和優(yōu)化可以最終提 高產(chǎn)量。[0057]實(shí)施例3[0058]在另一個(gè)實(shí)例中，擴(kuò)展實(shí)施例2中列出的相分離的選擇以包括用包含氧化物的水 相粘土固定，以容許倒出或沖刷有機(jī)層，用于進(jìn)一步加工和提取反沖117mSn。[0059]在這些實(shí)施例中，考慮用5種粘土和常用家用填縫材料作為固化/固定劑，即(I)膨潤土-MD/0104/環(huán)境；(2)Ca-膨潤土 / 鈣 100#/0106/1-06-10-12_03 ；(3)硅鎂 土；(4) MD-膨潤 土 /0101 ；(5) Eccabond-N/ 膨潤 土 ；以及(6) Alcolin 內(nèi)部填縫材料 (Polyfilla),所有的都從南非Orange Free州內(nèi)的Koppies獲得(G&W基礎(chǔ)和工業(yè)礦產(chǎn)，Germiston, 1428年，Gauteng,南非),家用填縫材料(Polyf ilia)可從任何當(dāng)?shù)匚褰鹕痰戢@得。這些都是依次精心添加到實(shí)施例2的兩個(gè)萃取混合物中，直到水相被各個(gè)粘土飽和。每毫升水需要約Ig的粘土。包括填縫材料的所有粘土不分散到有機(jī)層中；在甲苯的情況下， 其直接下降不受阻礙地穿過，最終與其下面的水反應(yīng)。對于TBE，粘土保持分散在上部水層中，而沒有進(jìn)入有機(jī)相。粘土 1、4和5進(jìn)行類似的穿透，緩慢地與水反應(yīng)，并且不沉淀在含水層中。相反，這些粘土在接近水面或彎月面反應(yīng)。這導(dǎo)致了一些未反應(yīng)的水陷于粘土下面一遠(yuǎn)離被添加的新鮮粘土。粘土 2和3的反應(yīng)較慢，但是其最終沉淀在水層中并容許與所有的水良好接觸和反應(yīng)。對于填縫材料也觀察到同樣的情況。輕輕攪動(dòng)混合物促進(jìn)了填縫材料的沉淀。最終，所有粘土膨脹起來，但填縫材料不膨脹。粘土 2和3顯示出最有利的表現(xiàn)并同樣對于甲苯使用是最好的。尤其是使用TBE，填縫材料的表現(xiàn)很好。然而，在粘土的情況下，在引入粘土后甲苯應(yīng)該在15分鐘內(nèi)倒出，而使用填縫材料(使用甲苯或使用TBE) 在分離前應(yīng)被容許放置一夜，甚至后來其硬化只是適中的。在所有使用甲苯的情況下，當(dāng)粘土和填縫材料下降通過甲苯時(shí)捕獲了一些碳。為了促進(jìn)填縫材料的充分硬化，以1:1的質(zhì)量比將Na2SO4加入其中，這樣做Na2SO4吸收任何過多的水分，從而有助于填縫材料的干燥和硬化。然而，只取得了微小的改進(jìn)。[0060]逆向方法也是有可能的，S卩，使用將取代有機(jī)溶劑的熔融固體石蠟來固定或固化/ 封裝反沖捕獲介質(zhì)。然而，這將需要在更高的溫度下操作，以避免蠟的不恰當(dāng)硬化。[0061 ] 一種替代的分離方法可以是通過在振動(dòng)器中進(jìn)行粉末的干密度分離。[0062]可以設(shè)想，一旦反沖捕獲材料可以與氧化物成功分離，則反沖放射性可以通過酸浸出而被隔離或萃取，如上所述，或通過碳基材料在氧氣中的燃燒，以產(chǎn)生[mmSn]Sn02* [117mSn] SnO和二氧化碳?xì)怏w。[0063]可以認(rèn)為實(shí)施例1-3中所采用的特定方法從生產(chǎn)角度提供了優(yōu)選路徑，因?yàn)樗玫哪繕?biāo)核素材料的形式是有彈性的并有利于苛刻的輻射條件和輻照后的后處理和分離的簡化。[0064]放射性同位素示蹤的錫II和IV，即[117mSn]-Sn(II)和[117mSn]-Sn(IV)，已經(jīng)被認(rèn)為是用于通過RNT緩解骨痛的前瞻性放射性藥物的成分。一旦衰變，放射性核素117mSn發(fā)射轉(zhuǎn)換電子，據(jù)報(bào)道在組織中具有約O. 2mm-0. 3mm的短距離，這使得117mSn對骨癌的治療是理想的，因?yàn)閷⒚舾械墓撬璞┞队谳椛?，因?17mSn的放射毒性是有限的。其作為放射性藥物的吸引力因在大約86%的衰減活動(dòng)中發(fā)射159keV的伽馬射線而進(jìn)一步提高，這使得比如在腫瘤定位的應(yīng)用中，其同樣為優(yōu)異的診斷成像放射性核素。[0065]如上面的實(shí)施例所示，當(dāng)錫被選作優(yōu)選的目標(biāo)核素時(shí)，氧化物SnO和SnO2為目標(biāo)核素材料的優(yōu)選分子形式。申請人已發(fā)現(xiàn)，錫的氧化物比其他錫的化合物在延長的輻照時(shí)間中更耐輻射損傷。申請人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這些錫的氧化物對用于在輻照后回收捕獲的放射性核素的萃取溶劑來說一般化學(xué)上是惰性的。這些錫的氧化物也是熱穩(wěn)定的，分別具有 1080 °C和1127 °C的熔點(diǎn)，其特別有利 于氧化物被暴露的反應(yīng)條件。[0066]類似地對于SnO和Sn O2,作為目標(biāo)核素材料，申請人還發(fā)現(xiàn)，作為反沖捕獲材料的碳和石墨能夠承受嚴(yán)酷的化學(xué)處理并在稀酸中為惰性。申請人已發(fā)現(xiàn)，反沖mmSn原子/離子被松散且適度穩(wěn)定地結(jié)合至反沖捕獲材料。這一特性，與碳和石墨對于嚴(yán)酷的化學(xué)處理的穩(wěn)定性和在稀酸中的惰性相結(jié)合，容許原子/離子通過RCM在稀酸中溶解而從反沖捕獲材料中被洗脫或浙出。作為反沖捕獲材料的碳和石墨，同樣對暴露于較大的中子通量和暴露時(shí)間而言也是穩(wěn)定的，與C6tl富勒烯相反，該C6tl富勒烯可能在IO14CnT2s-1的未過濾中子通量中輻照2小時(shí)內(nèi)被超熱中子損傷。石墨是碳的同素異形體，其中碳原子以融合的六角形環(huán)的扁片形式共價(jià)結(jié)合。所述片松散地堆疊并由弱的范德華力連接在一起。相反，碳是非晶態(tài)，不像石墨，是缺乏原子的晶體排列的。發(fā)明人不希望被理論所述束縛，期望的是反沖的117mSn原子/離子被夾在碳或石墨的晶格中，后來可以用化學(xué)和/或物理方法來從其中將它們萃取出來，例如，通過碳RCM在氧氣中的燃燒，以便隨著二氧化碳?xì)怏w的釋放來放出富集的[117mSn]錫-氧化物。[0067]申請人意識到在提交該申請時(shí)已知的商業(yè)上使用的用來生產(chǎn)放射性核素的技術(shù)， 用報(bào)道的在轟擊結(jié)束(EOB)處的高達(dá)25Ci g—1 ( 88MBq mmoF1)的特定放射性來產(chǎn)生117mSn 放射性核素，并可從供應(yīng)商如治療技術(shù)公司(CTC)獲得。該量級的特定放射性例如是通過在 117Sn中濃縮到92%的錫金屬在俄羅斯Dimitrovgrad市的核反應(yīng)堆研究所(RIAR)的反應(yīng)堆中的高通量SM-3反應(yīng)堆中，經(jīng)大約35天的非彈性中子散射輻射，即通過117Sn (n，n’ )117mSn 反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的?；蛘?，117mSn可通過上文中描述的(n，Y)中子捕獲反應(yīng)，116Sn (η, Y ) 117mSn, 由超熱中子輻照生產(chǎn)，但根據(jù)中子捕獲截面的該反應(yīng)(O. 14barns)的反應(yīng)速率通常被認(rèn)為太低而不能通過傳統(tǒng)方法成本有效地生產(chǎn)具有高特定放射性的117mSn。[0068]然而，在上述(n，Y)反應(yīng)中，作為一旦中子捕獲而激發(fā)Y-射線發(fā)射的結(jié)果，所產(chǎn)生的原子核獲得了反沖動(dòng)能，其明顯大于由通常的熱反應(yīng)獲得的激活能量(化學(xué)鍵能量通常范圍在l_5eV，而由于反沖通過原子核獲得的反沖能量一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過IOMeV),而同時(shí)原子被化學(xué)地轉(zhuǎn)化，使得反沖原子的化學(xué)鍵或原子價(jià)被降低至較低的狀態(tài)，也同樣如上面所述。這容許基于鍵合差異的化學(xué)萃取。而且，通過應(yīng)用“反沖內(nèi)爆”現(xiàn)象，由此反沖放射性原子被移入或捕獲在空的富勒烯(C6tl或C8tl)籠內(nèi)，可以制備無載體的放射性化學(xué)物質(zhì)，例如金屬富勒烯，比如177LuOC6tl和153SmOC8tl，其中镥-177 (177Lu)和釤-153 (153Sm)分別陷入 C60-和C8tl-富勒烯籠中。上述是基于Szilard-Chalmers原理過程的一個(gè)典型實(shí)例。[0069]盡管作為空籠結(jié)構(gòu)的富勒烯，和出于同樣原因的布基球，作為本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域：
中的RCM是理想的，但這條路線的缺點(diǎn)是，這種碳結(jié)構(gòu)只能夠承受在反應(yīng)堆的純熱中子通量中的輻照，但通過在2小時(shí)內(nèi)接觸超熱中子的輻射損傷會(huì)產(chǎn)生變形。[0070]在本發(fā)明中，碳基材料，比如不具有“空籠”結(jié)構(gòu)的非晶碳和石墨被認(rèn)為是反沖捕獲介質(zhì)，以便從具有116Sn的(n，y)-反應(yīng)中捕獲117mSn反沖原子，因?yàn)檫@些碳基基質(zhì)是不易受輻射損傷的。因此，以相對較低成本和最小材料浪費(fèi)獲取高特定放射性的反沖117mSn的問題得到了具體解決。[0071]表1:對含有天然SnO2和SnO的目標(biāo)物，在O. 50mol dnT3的HCl中不同孵育時(shí)間下，每個(gè)萃取樣本中由ICP OES測量的總錫濃度、每個(gè)1 17mSn的特定放射性和萃取產(chǎn)量
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)放射性核素的方法，其包括在輻射區(qū)中使用中子輻射輻照至少含有目標(biāo)核素材料的目標(biāo)介質(zhì)，從而使得在所述目標(biāo)核素材料中形成放射性核素，所形成的至少一些放射性核素從所述目標(biāo)核素材料中發(fā)射；和在碳基反沖捕獲材料中捕獲和收集發(fā)射的放射性核素，所述碳基反沖捕獲材料不具有晶體等級上的空籠結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中，所述目標(biāo)核素材料選自由純金屬和金屬化合物組成的組。
3.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中，所述目標(biāo)核素材料的金屬選自元素周期表中從原子序數(shù)為21的鈧延伸至原子序數(shù)為83的鉍的金屬元素，該兩種元素包含在內(nèi)，排除非金屬元素砷、硒、溴、氪、碲、碘和氙。
4.如權(quán)利要求
3所述的方法，其中，所述目標(biāo)核素材料的金屬為錫。
5.如前述權(quán)利要求
1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述反沖捕獲材料選自非晶形碳、碳的同素異形體及其混合物。
6.如前述權(quán)利要求
1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述目標(biāo)核素材料和所述反沖捕獲材料均為精細(xì)顆粒形式，各自具有最大約50nm的平均粒徑。
7.如權(quán)利要求
6所述的方法，其包括將所述目標(biāo)核素材料與所述反沖捕獲材料混合， 從而使所述目標(biāo)介質(zhì)既含有目標(biāo)核素材料又含有反沖捕獲材料。
8.如前述權(quán)利要求
1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，輻照所述目標(biāo)介質(zhì)包括將所述目標(biāo)介質(zhì)放置在來自中子源的中子通量路徑中。
9.如前述權(quán)利要求
1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其包括通過使用稀釋和/或濃縮的酸性萃取溶劑處理反沖捕獲材料，從所述反沖捕獲材料中回收所捕獲的放射性核素，由此形成反沖捕獲材料懸浮液，以及從所述反沖捕獲材料中化學(xué)萃取或?yàn)V出所捕獲的放射性核素，以獲得富集放射性核素的萃取溶劑。
10.如權(quán)利要求
9所述的方法，其包括孵育所述反沖捕獲材料懸浮液一段不超過所捕獲的放射性核素半衰期的時(shí)間。
11.如權(quán)利要求
9或10所述的方法，其包括通過離心分離、渦流分離和/或過濾從所述反沖捕獲材料中回收或分離富集放射性核素的萃取溶劑。
12.如前述權(quán)利要求
1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其包括通過使用堿性萃取溶劑處理所述反沖捕獲材料，從所述反沖捕獲材料中回收所捕獲的放射性核素。
13.如前述權(quán)利要求
1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其包括通過在氧氣中燃燒所述反沖捕獲材料，從所述反沖捕獲材料中回收所捕獲的放射性核素。
14.如前述權(quán)利要求
9至13中任一項(xiàng)所述的方法，其包括，當(dāng)所述目標(biāo)介質(zhì)含有所述反沖捕獲材料和所述目標(biāo)核素材料的混合物時(shí)，在從所述反沖捕獲材料中回收放射性核素之前，將所述目標(biāo)核素材料與所述反沖捕獲材料分離。
15.如權(quán)利要求
14所述的方法,其中，使用含水液體和有機(jī)液體作為液-液萃取溶劑， 通過液-液萃取，實(shí)現(xiàn)將所述目標(biāo)核素材料與所述反沖捕獲材料分離。
16.一種放射性核素的生產(chǎn)配置，其包括輻射區(qū)，其中設(shè)置有至少含有目標(biāo)核素材料的目標(biāo)介質(zhì)；中子輻射源，其以與所述目標(biāo)介質(zhì)存在中子輻射的關(guān)系而被設(shè)置在所述輻射區(qū)中；和碳基反沖捕獲材料，其被配置為捕獲從所述目標(biāo)核·素材料中發(fā)射的放射性核素，所述碳基反沖捕獲材料不具有晶體等級的空籠結(jié)構(gòu)。
專利摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)放射性核素的方法。根據(jù)所述方法，在具有中子輻射的輻射區(qū)中輻照至少含有目標(biāo)核素材料的目標(biāo)介質(zhì)。作為輻射結(jié)果，在目標(biāo)核素材料中形成放射性核素，并且至少一些所形成的放射性核素從目標(biāo)核素材料中發(fā)射。然后發(fā)射的放射性核素被捕獲和收集在碳基反沖捕獲材料中，所述碳基反沖捕獲材料不具有晶體等級上的空籠結(jié)構(gòu)。
文檔編號G21G1/06GKCN103069500SQ201180022033
公開日2013年4月24日 申請日期2011年3月10日
發(fā)明者大衛(wèi)·蘭德爾·詹森, 吉耶特·康納利·克里基爾, 茲沃尼米爾·伊維卡·克拉爾, 簡·歇根·吉瓦亞特 申請人:南非核能有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan