生产放射性核素的方法

专利名称:生产放射性核素的方法
生产放射性核素的方法[0001]本发明涉及放射性核素的生产。更具体地,本发明涉及根据Szilard-Chalmers原理生产的并具有高特定放射性的放射性核素。本发明相应提供了一种生产该放射性核素的方法，还扩展至由所述方法生产的放射性核素。本发明还提供了一种放射性核素的生产配置。[0002]在癌症患者治疗中引起并发症的常见原因是癌症的转移，尤其是在骨骼中。转移是一种恶性肿瘤从其体内原发位置如乳房或前列腺扩散并集中在另一个器官如骨骼中的病症。疼痛和不适是转移性骨癌的常见症状和副作用，并通常使得在原发位置处恶性肿瘤的单独治疗或处理变得无效，经常导致恶性肿瘤对于患者来说是致命的。缓解来自转移性骨病的骨痛，通常是受到放射性核素治疗(RNT)，也称为放射性同位素治疗(RIT)影响。RNT 或者RIT涉及将放射源施用于目标区域如恶性肿瘤已扩散至此的骨骼，从而辐照目标区域并控制这个区域的癌性生长。这可作为对原发性恶性肿瘤单独治疗的增强和补充。特别是在骨转移治疗中，需要具有短程发射和高特定放射性的辐射源，从而分别减少敏感骨髓暴露于辐射以获得具有有限或最小辐射剂量的强抗肿瘤效果，从而减少辐射暴露于身体其他部位。[0003]在本发明的领域中众所周知的是，高特定放射性的放射性核素(包括亚稳放射性核素)能够通过用中子辐射辐照适当的包含目标核素材料的目标介质进行生产，使得入射中子与目标核素材料中的目标核子反应，从而产生中子(η)吸收-伽马(Y)辐射核反应， 也表示为(η，Y)。在目标介质中产生的亚稳放射性核素从Y辐射获得高的反冲能量并从原始目标晶格，即目标核素材料中发射或弹回。然后这些发射的放射性核素被捕获并被陷入放置在紧密靠近目标介质处的反冲捕获材料或介质(RCM)中，从而所发射的放射性核素与目标核素材料中的不活跃或冷的目标核子分离。所发射的亚稳放射性核素相对于冷的核子，在反冲捕获材料中浓缩或富集。这个过程通常称为Szilard-Chalmers原理。然后反冲核子从反冲捕获材料中回收。[0004]本发明的目的是提供 一种利用Szilard-Chalmers原理生产具有高特定放射性和短程辐射发射的放射性核素的可行方法。[0005]因此，本发明提供了生产放射性核素的方法，其包括[0006]在辐射区，使用中子辐射辐照含有至少一种目标核素材料的目标介质，从而使得在目标核素材料中形成放射性核素，同时至少一些所形成的放射性核素从目标核素材料中发射；和[0007]在不具有晶体等级空笼结构的碳基反冲捕获材料中，捕获和收集所发射的放射性核素。[0008]所述目标核素材料可选自由纯金属和金属化合物组成的组。优选地，目标核素材料可含有金属化合物，包括金属氧化物、金属盐或有机金属化合物。具体地，目标核素材料的金属可选自元素周期表中从原子序数为21的钪(Sc)延伸至原子序数为83的铋(Bi) 的金属元素，该两个元素包含在内，排除非金属元素砷(As)、硒(Se)、溴(Br)、氪(Kr)、碲 (Te)、碘(I)和氙(Xe)。优选地，金属可以是锡(Sn)。在这种情况下，目标核素材料通常可选自元素锡或锡金属，以及选自锡氧化物，包括氧化锡(II) (SnO)和二氧化锡(IV) (SnO2)0 目标核素材料可以替代地选自锡盐，包括氯化锡(II) (SnCl2)、四氯化锡(IV) (SnCl4)、硫酸锡(II) (SnSO4)和硝酸锡(II) (Sn(NO3)2)。目标核素材料还可替代地选自锡的有机金属化合物，包括四苯基锡、锡(IV)-駄善氧化物、锡(II)-駄善和锡(II) -2, 3-蔡駄善。[0009]碳基反冲捕获材料可选自非晶态碳、碳的同素异形体及其混合物。更具体地，反冲捕获材料可选自各向同性非晶态碳；碳的同素异形体如石墨、石墨烯、碳纳米泡沫、炭黑、木炭、活性炭和玻璃碳；或其混合物。上述各向同性非晶态碳和碳的同素异形体的特征为，其没有晶体等级的所谓空笼结构，当暴露于中子辐照时该空笼结构很容易由于辐射而发生变形。[0010]目标核素材料和反冲捕获材料均可为精细颗粒形式，通常各自具有最多约50nm 的平均粒径。优选地目标核素材料可具有能够获得的尽可能小的平均粒径，一般在约50nm 至约10 μ m的量级。[0011]具体地，当目标核素材料和反冲捕获材料均为如上所述的微粒时，该方法可包括将目标核素材料与反冲捕获材料混合。可以理解，在这样的实施例中，当发生中子辐照时， 反冲捕获材料也将存在于辐射区中，因此目标介质同时含有目标核素材料和反冲捕获材料。可预计，目标核素材料和反冲捕获材料在这种情况下被混合的比率可通过常规实验和最优化来确定。然而，方便的是，目标核素材料和反冲捕获材料可按1:1的重量比混合。[0012]辐照目标介质可包括将目标介质放置在来自中子源的中子通量路径中。在本发明的一个实施方案中，中子源可以是在核反应堆中发生的核裂变反应的核裂变产物。该方法因此可包括将目标介质放置在相对于核反应堆的位置中，该位置来自核裂变产物的中子通量足够高，并具有所需要的与目标核素材料的反应兼容的动能范围。或者，中子源可为基于加速器的中子源。这种源的一个实例为在美国田纳西州橡树岭的橡树岭国家实验室内的散裂中子源(SNS)。[0013]该方法可包括从反冲捕获材料中回收所捕获的放射性核素。[0014]优选地，从反冲捕获材料中回收所捕获的放射性核素包括用稀释和/或浓缩的酸性萃取溶剂处理反冲捕获材料，由此形成反冲捕获材料悬浮液，并从反冲捕获材料中化学萃取或浸出捕获的放射性核素，以获得富集放射性核素的萃取溶剂。因此，可设想反冲捕获材料既可用稀酸也可用浓酸处理，或者可选地，例如以两步处理的形式同时分别用稀酸和浓酸处理。[0015]特别是当萃取溶剂是一种稀酸时，从反冲捕获材料中回收所捕获的放射性核素可包括，通过将捕获的放射性核素溶解于稀酸中来从所述反冲捕获材料中洗脱所捕获的放射性核素。所述酸可以选自盐酸和抗坏血酸。酸也可以选自其他矿物或有机酸，包括硝酸、硫酸、氟磺酸、磷酸、柠檬酸、草酸、乙酸和米氏酸。可以理解，所述酸也可包含任何两个或更多的上述酸的组合。优选地，所述酸可以被稀释到的O. Olmol dnT3至IOmol dnT3量级的浓度， 通常约 O. 5mol dm 3。[0016]该方法可包括以延长的时间，优选地不超过产品放射性核素半衰期的时间来孵育反冲捕获材料悬浮液。预计这种反冲捕获材料的孵育将容许从所述反冲捕获材料中更优化地将捕获到的放射性核素回收至洗脱液或浙出液中。通过“更优化的回收”，意味着获得捕获的放射性核素的所需产量是根据其伽马放射性测量的 并转换成相对于洗脱液中锡总含量的富集因子。或者，该方法可包括通过选择合适的反应条件如温度、酸度和酸强度，和 /或通过使用超声波处理以促进捕获的放射性核素移动到周围悬浮液中，从而提高洗脱率。 预计这种反应条件通过常规实验将是可确定的。[0017]该方法还包括保持反冲捕获材料悬浮液的pH值足够低，以避免萃取的放射性核 素原子过早水解。保持pH值可包含有选择地添加稀酸溶液至悬浮液中。[0018]当萃取溶剂含有浓酸时，通常所述酸可为一种比上面指示的更具腐蚀性的酸。因 此该方法可包括在这样的酸中溶解或剥离反冲捕获材料。这样的更具腐蚀性的酸可包括浓 硝酸与盐酸体积混合比为1:3的王水、铬酸、氢氟酸，或这些酸的组合。[0019]该方法可进一步包括，当用酸性萃取溶剂处理反冲捕获材料以便从反冲捕获材料 中回收放射性核素时，通过离心、涡流分离和/或过滤来从反冲捕获材料中回收或分离富 集放射性核素的萃取溶剂。[0020]或者，从反冲捕获材料中回收捕获到的放射性核素可包括用碱性萃取溶剂处理反 冲捕获材料。优选地，所述碱可为氢氧化钠。在这种情况下，通常可采取放射性核素金属氢 氧化物的形式来萃取放射性核素。因此该方法可包括通常通过离心、涡流分离和/或过滤 从反冲捕获材料中回收或分离回收的放射性核素金属氢氧化物。[0021]可替代地，从反冲捕获材料中回收捕获的放射性核素可包括在氧气中燃烧反冲捕 获材料。[0022]可以理解，如上文所述，当目标介质含有反冲捕获材料和目标核素材料的混合物 时，当以上文所述的方式，例如从反冲捕获材料中回收所捕获的放射性核素至反冲捕获材 料悬浮液中时，也可以存在至少一些目标核素材料。因此，该方法可包括，如果需要的话，在 从反冲捕获材料中回收放射性核素之前，将目标核素材料与反冲捕获材料分离。这样的分 离可通过液-液萃取过程，通常使用有机液体和含水液体作为液-液萃取溶剂来实现。优 选地，有机液体选自四溴乙烷(TBE)和甲苯。含水液体通常可以是水。包含在反冲捕获材料 悬浮液中的至少一些目标核素材料通常可以被回收至水相。该方法可以进一步包括固定含 有目标核素材料的水相，从而将其与含有RCM的有机相分离。通常，水相的固定可通过将任 何合适的天然粘土或合成填缝材料添加到反冲捕获材料悬浮液中以吸收水相来实现。粘土 可以从具有高吸水能力的粘土中选择，其接触水时广泛膨胀。预期在目标核素材料沉淀之 前填充这种粘土，即固定水相。优选地，粘土可以选自蒙脱石粘土，如膨润土、Ca-膨润土、 娃镁石、MD-膨润土和Eccabond-N/膨润土。[0023]当通过本发明的方法生产时，本发明扩展至放射性核素。[0024]根据本发明的另一个方面，提供了放射性核素的生产配置，其包括[0025]辐射区，其中设置有至少包含目标核素材料的目标介质；[0026]中子辐射源，其以与辐射区中的目标介质具有中子辐射的关系设置；和[0027]碳基反冲捕获材料，其配置为捕获从目标核素材料中发射的放射性核素，所述碳 基反冲捕获材料没有晶体等级的空笼结构。[0028]目标核素材料和反冲捕获材料可以如上文中所描述。中子辐射源也可以如上文中 所描述。[0029]现在将参考下面的非限制性实例，对本发明进行更详细的描述。[0030]在这些实例中，锡(Sn)被选为用于目标核素材料的金属，尤其是因为其在治疗特定癌症中优选使用，而且因为使用传统伽马探测器可很容易检测到激活的亚稳(m)锡-117 (117mSn)理想的160keV伽马辐射。因此，在锡的情况下，高特定放射性的117mSn是根据下面的(n，Y)核反应对含有锡-116 (116Sn)的目标介质进行中子辐照来生产的[0031]116Sn (n, Y ) 117mSn (I)[0032]由此产生的放射性117mSn核子从Y辐射中获得了高的反冲能量，因此117mSn原子从目标核素材料的初始晶格中发射或反冲。[0033]所有的试剂均为分析等级并且从德国达姆施塔特的Merck KGaA公司和德国施泰因海姆的Sigma-Aldrich Chemie GmbH公司获得。[0034]实施例1[0035]目标介质选自粉末形式的具有10微米平均粒径的>99%的纯SnO粉末，作为目标核素材料的纳米粉体形式的SnO2,以及作为反冲捕获材料的纳米粉体或石墨粉形式的>99% 的纯碳的组合。[0036]抗坏血酸和盐酸(HCl)溶液各自以O. 50mol dm_3的浓度制备，用于经过辐照，即在 116Sn (η, Y ) 117mSn反应(I)之后,从碳或石墨反冲捕获材料中萃取反冲的117mSn原子。[0037]目标介质的制备如表I 所示，包括 50mg (O. 37mmol)Sn0 或 50mg (O. 33mmol)Sn02 与作为反冲捕获材料的50mg碳纳米粉体或石墨粉混合的组合。[0038]然后将所制备的目标介质密封在聚乙烯胶囊中。制备目标核素材料和反冲捕获材料的每个组合的两个目标一个使用O. 50mol dm_3盐酸溶液萃取,第二个用O. 50mol dm_3的抗坏血酸溶液萃取。[0039]制备目标介质用于在荷兰代尔夫特代尔夫特理工大学(TU Delft)反应堆学院的核反应堆进行辐照。然后辐照目标介质达10小时并使其冷却5天，以便容许样本冷却或衰减至较低的辐射等级用于更安全的操作和减少来自短暂污染物的假计数。[0040]使用预先制备的HCl和抗坏血酸溶液，从碳或石墨介质中萃取反冲的mniSn放射性核素。将IOml体积的各酸溶液分别添加到辐照的目标介质中，其包括打开的聚乙烯胶囊， 从而在酸溶液中形成包括目标核素材料和捕获介质的目标介质的各悬浮液。立即取2ml各悬浮液样本分析溶解的非辐照氧化物总目标产量或背景以作为富集因子的参考，随后的体积用2毫升相应酸溶液补充并放在室温条件下孵育，时间分别为O. 25小时、O. 5小时、I小时、5小时、48小时和7天。[0041]在如下面表I中所示的各个时间间隔中，通过用O. 22 μ m的过滤器过滤以萃取2ml 的悬浮液样本。将从反冲捕获材料溶解或浸出到酸性溶液中的mmSn离子保持在如上文所述的溶液中并收集在滤液中，同时未反应的、或不反冲的、稳定的锡氧化物目标核素材料和反冲捕获材料基本上保留在过滤器内，以便用2ml的补充溶液将其冲刷回胶囊以进行进一步浸出。因此，滤液包含相对于任何溶解的未反应锡氧化物来说是富集的放射性117mSn放射性核素的浓缩液。如下面表I所示，取经过7天孵育后的样本，将反冲 捕获材料悬浮液放置在超声波清洗器中I小时后取出。长达60分钟后，再补充样品的悬浮液以保持IOml的固定容量，并以15分钟的时间间隔进行涡流混合。[0042]在一个单独的测试组中，目标介质以一式三份的方式制备以便重复通过超声波处理获得的结果。这些都经过48小时孵育，在超声辐照I小时之前和之后采集样本。在试验的第七天采集第二组样本。然后由Y光谱学确定2ml样本中117nSn的放射性并计算回轰击结束(end of bombardment, EOB)。这些在Delft科技大学应用科学学院的福射、放射性核 素和反应堆系的仪器中子活化分析(INAA)设备中得到分析。对于确定特定放射性和富集 因子，通过电感藕合等离子体光学发射光谱法(ICP-0ES)，以189. 926nm的适当锡波长测量 总的锡浓度。[0043]本发明该实施方案的方法成功地在石墨以及非晶碳反冲捕获介质中浓缩了 117mSn 放射性核素，获得了 SnO2的富集因子34 (如表I所示)，同时在O. 50mol dm_3盐酸溶液中的 特定放射性和产量分别为2. 53MBq mmoF1和O. 07%。另一方面，SnO产生了较低的特定放射 性，可能由于在所用的酸性介质中相对易于溶解的未辐照的目标SnO。[0044]酸性溶液用于从反冲捕获介质中萃取放射性核素而保持低的pH值条件，使反冲 锡离子和其最终沉淀物水解的机会最小化，尤其是对于SnO2(即Sn4+)，其将使反冲的锡和目 标锡氧化物几乎不可能通过过滤分离。抗坏血酸和HCl都是强还原剂，并使被溶解的117mSn 的氧化最小化，其类似地也能导致水解。抗坏血酸作为弱酸(pH值为2)，比HCl (pH值为O.4)更不易反应。这被认为是有益于实现更高的特定放射性，因为较强的HCl也容易溶解 未辐照的目标氧化物，其效果对于SnO甚至更为显著，在HCl中SnO比SnO2更易溶解约1000 倍(表I与表2相比)。[0045]在表I中，给出了使用HCl萃取的样本分析结果，同时下面的表2显示了使用抗坏 血酸萃取的样本分析结果。对于SnO2，被溶解的锡的量一般在长达约3天的孵育中是不变 的。然而，SnO更易分解并表现出被溶解的锡随时间适度增长。作为有机酸，抗坏血酸有一 个优点，因为由于适度的无极性、疏水效应，其容许碳或石墨粒子悬浮或分散在溶液中，进 而容许更大的表面积与酸接触来有效地萃取反冲的放射性(activity)。此外，据报道抗坏 血酸起到络合剂的作用，其因此可以结合萃取的mmSn离子并且将其保留在溶液中，这样做 使得锡的水解最小化并容许通过过滤进行分离。[0046]进行了其他对照实验(表3)，其中对于盐酸和抗坏血酸，使用未辐照(冷)的SnO2和 SnO来重复萃取过程，以确定酸溶解氧化物的程度一溶解的锡含量通过ICP-OES测量。这些 测试用来验证锡氧化物与各个酸的反应性。[0047]萃取的有效性和成功是通过在该过程的每一步获得的富集因子进行监控的。这被 计算为样本中mmSn的特定放射性(在每个时间点)与初始总目标产量的比例。SnO2和SnO 的初始总目标产量分别为O. 11±0. 02MBq mmoF1和0. 10±0. 02MBq mmol'表I和2示出 了当被计算为测量的mmSn放射性(MBq ml—1)(由Y光谱确定)和锡浓度(mmol dm—3)(由 ICP-OES测量)的比率时，在选定间隔(15分钟、30分钟、60分钟、5小时和48小时)时获得 的特定放射性(MBq mmor1)的趋势。在辐照后，117mSn被溶解从而产生2_34的富集因子。[0048]一般来说，HCl和抗坏血酸两种溶液在萃取117niSn中是有效的。然而，锡氧化物SnO 的反应性越强，酸溶液HCl就越强，看来可产生更高的收益，尽管其特定放射性和富集因子 较低。结果是SnO2表现得更好，而如由表2中所观察的无法检测的117mSn放射性，使用抗坏 血酸进行萃取被证明是无效的。在用0. 50mol dm_3的HCl处理后，在碳存在的情况下取得 了 34的富集因子和0. 07%的收益率(表I)。[0049]超声处理I小时后，分别孵育48小时和7天后，对特定放射性没有明显影响，因此 富集因子基本上保持不变。作为对照，在此研究中也监控其他同位素，即113Sn、113mSn、125Sn和 125mSn,且其富集因子类似于117mSn。由于其通过相同的(n，Y)反应生产，且特别是由于其激发Y-射线的能量是相似的，因此这是可以预料的。[0050]可以预见，最好的萃取介质有可能是抗坏血酸和HCl的组合，因为HCl可更好地溶 解反冲放射性，而抗坏血酸容许与反冲捕获材料的更大的表面积，而同时络合117mSn,保持 其在溶液中并防止不必要的水解和沉淀。各自的组合和理想浓度需要例如通过使用玻璃电 极电位测定法的专门研究进一步优化。显然，更长的辐照时间还将增加产量和/或富集因子。[0051]实施例2[0052]在本发明的另一个实例中，对选择在萃取前使用酸将氧化物与反冲捕获材料分离 和隔离进行了研究。其目的是使“冷”(未辐照的)锡的存在最小化，其可降低特定放射性并 同样避免任何被辐照但未反冲的[117mSn]SnO或[117mSn]SnO2被吸收进入到酸萃取液/滤液 中，这可能产生假阳性。一个这样的方法涉及初始有机/含水液-液萃取，其中辐照后的材 料被分别添加到水和四溴乙烷(TBE)或甲苯中。有机溶剂的选择取决于有机和含水相的优 选取向。[0053]在使用TBE和水的分离(在每个氧化物下的第一列，表4)中，锡的氧化物保留在顶 部的含水层中，同时碳或石墨分布于下面的有机层中。碳和石墨本身不溶于溶剂，而是由于 反冲捕获介质和锡氧化物的极性不同而实现分离。有机和含水相的mmSn的放射性分布， 以及器具(即玻璃器皿和注射器)，在Capintec电离室中测量并产生如表4所见的结果。尽 管细致的操作是必需的，但获得了相当好的分离。然而，氧化物最终沉淀在含水-有机界面 处，即在顶部含水层的底部，其在相分离期间的过冲情况下，反而变成使用TBE相萃取，见 表4的TBE列ο[0054]当用甲苯代替TBE时，有机相和含水相是倒置的，即甲苯层在顶部。在这样做时， 锡氧化物在(底部的)含水层底部的沉淀，远离有机相，使萃取更有效(在每个氧化物下的甲 苯列，表4)，有效地最小化聚集具有石墨或碳的氧化物的机会。所述分离良好并要求更少的 操作。此外，在有机相中存在锡氧化物的风险较低。然而，甲苯薄膜已经在水成分的表面周 围形成，其含有一些石墨，并且不容易分离。[0055]在该实施例的试验中，反冲放射性不是从反冲捕获介质中萃取，而是其仅用作演 示这些步骤的可行性。在萃取中使用水而不是酸或缓冲液，以避免从反冲捕获介质中过早 提取反冲的117mSn离子，然后其可以最终留在水相中。尽管发明人已经发现液-液萃取方法 繁琐和对过冲敏感，但是提纯步骤可以证明是一个有效的处理步骤。[0056]此外，尽管收益率不显著(分别为2. 2%和2. 6%)，所述目标将纯粹是为了取得单位 质量或体积的产品核素的更高放射性比率(Bq或Ci)。通过进一步试验和优化可以最终提 高产量。[0057]实施例3[0058]在另一个实例中，扩展实施例2中列出的相分离的选择以包括用包含氧化物的水 相粘土固定，以容许倒出或冲刷有机层，用于进一步加工和提取反冲117mSn。[0059]在这些实施例中，考虑用5种粘土和常用家用填缝材料作为固化/固定剂，即(I)膨润土-MD/0104/环境；(2)Ca-膨润土 / 钙 100#/0106/1-06-10-12_03 ；(3)硅镁 土；(4) MD-膨润 土 /0101 ；(5) Eccabond-N/ 膨润 土 ；以及(6) Alcolin 内部填缝材料 (Polyfilla),所有的都从南非Orange Free州内的Koppies获得(G&W基础和工业矿产，Germiston, 1428年，Gauteng,南非),家用填缝材料(Polyf ilia)可从任何当地五金商店获得。这些都是依次精心添加到实施例2的两个萃取混合物中，直到水相被各个粘土饱和。每毫升水需要约Ig的粘土。包括填缝材料的所有粘土不分散到有机层中；在甲苯的情况下， 其直接下降不受阻碍地穿过，最终与其下面的水反应。对于TBE，粘土保持分散在上部水层中，而没有进入有机相。粘土 1、4和5进行类似的穿透，缓慢地与水反应，并且不沉淀在含水层中。相反，这些粘土在接近水面或弯月面反应。这导致了一些未反应的水陷于粘土下面一远离被添加的新鲜粘土。粘土 2和3的反应较慢，但是其最终沉淀在水层中并容许与所有的水良好接触和反应。对于填缝材料也观察到同样的情况。轻轻搅动混合物促进了填缝材料的沉淀。最终，所有粘土膨胀起来，但填缝材料不膨胀。粘土 2和3显示出最有利的表现并同样对于甲苯使用是最好的。尤其是使用TBE，填缝材料的表现很好。然而，在粘土的情况下，在引入粘土后甲苯应该在15分钟内倒出，而使用填缝材料(使用甲苯或使用TBE) 在分离前应被容许放置一夜，甚至后来其硬化只是适中的。在所有使用甲苯的情况下，当粘土和填缝材料下降通过甲苯时捕获了一些碳。为了促进填缝材料的充分硬化，以1:1的质量比将Na2SO4加入其中，这样做Na2SO4吸收任何过多的水分，从而有助于填缝材料的干燥和硬化。然而，只取得了微小的改进。[0060]逆向方法也是有可能的，S卩，使用将取代有机溶剂的熔融固体石蜡来固定或固化/ 封装反冲捕获介质。然而，这将需要在更高的温度下操作，以避免蜡的不恰当硬化。[0061 ] 一种替代的分离方法可以是通过在振动器中进行粉末的干密度分离。[0062]可以设想，一旦反冲捕获材料可以与氧化物成功分离，则反冲放射性可以通过酸浸出而被隔离或萃取，如上所述，或通过碳基材料在氧气中的燃烧，以产生[mmSn]Sn02* [117mSn] SnO和二氧化碳气体。[0063]可以认为实施例1-3中所采用的特定方法从生产角度提供了优选路径，因为所用的目标核素材料的形式是有弹性的并有利于苛刻的辐射条件和辐照后的后处理和分离的简化。[0064]放射性同位素示踪的锡II和IV，即[117mSn]-Sn(II)和[117mSn]-Sn(IV)，已经被认为是用于通过RNT缓解骨痛的前瞻性放射性药物的成分。一旦衰变，放射性核素117mSn发射转换电子，据报道在组织中具有约O. 2mm-0. 3mm的短距离，这使得117mSn对骨癌的治疗是理想的，因为将敏感的骨髓暴露于辐射，因此117mSn的放射毒性是有限的。其作为放射性药物的吸引力因在大约86%的衰减活动中发射159keV的伽马射线而进一步提高，这使得比如在肿瘤定位的应用中，其同样为优异的诊断成像放射性核素。[0065]如上面的实施例所示，当锡被选作优选的目标核素时，氧化物SnO和SnO2为目标核素材料的优选分子形式。申请人已发现，锡的氧化物比其他锡的化合物在延长的辐照时间中更耐辐射损伤。申请人进一步发现，这些锡的氧化物对用于在辐照后回收捕获的放射性核素的萃取溶剂来说一般化学上是惰性的。这些锡的氧化物也是热稳定的，分别具有 1080 °C和1127 °C的熔点，其特别有利 于氧化物被暴露的反应条件。[0066]类似地对于SnO和Sn O2,作为目标核素材料，申请人还发现，作为反冲捕获材料的碳和石墨能够承受严酷的化学处理并在稀酸中为惰性。申请人已发现，反冲mmSn原子/离子被松散且适度稳定地结合至反冲捕获材料。这一特性，与碳和石墨对于严酷的化学处理的稳定性和在稀酸中的惰性相结合，容许原子/离子通过RCM在稀酸中溶解而从反冲捕获材料中被洗脱或浙出。作为反冲捕获材料的碳和石墨，同样对暴露于较大的中子通量和暴露时间而言也是稳定的，与C6tl富勒烯相反，该C6tl富勒烯可能在IO14CnT2s-1的未过滤中子通量中辐照2小时内被超热中子损伤。石墨是碳的同素异形体，其中碳原子以融合的六角形环的扁片形式共价结合。所述片松散地堆叠并由弱的范德华力连接在一起。相反，碳是非晶态，不像石墨，是缺乏原子的晶体排列的。发明人不希望被理论所述束缚，期望的是反冲的117mSn原子/离子被夹在碳或石墨的晶格中，后来可以用化学和/或物理方法来从其中将它们萃取出来，例如，通过碳RCM在氧气中的燃烧，以便随着二氧化碳气体的释放来放出富集的[117mSn]锡-氧化物。[0067]申请人意识到在提交该申请时已知的商业上使用的用来生产放射性核素的技术， 用报道的在轰击结束(EOB)处的高达25Ci g—1 ( 88MBq mmoF1)的特定放射性来产生117mSn 放射性核素，并可从供应商如治疗技术公司(CTC)获得。该量级的特定放射性例如是通过在 117Sn中浓缩到92%的锡金属在俄罗斯Dimitrovgrad市的核反应堆研究所(RIAR)的反应堆中的高通量SM-3反应堆中，经大约35天的非弹性中子散射辐射，即通过117Sn (n，n’ )117mSn 反应实现的。或者，117mSn可通过上文中描述的(n，Y)中子捕获反应，116Sn (η, Y ) 117mSn, 由超热中子辐照生产，但根据中子捕获截面的该反应(O. 14barns)的反应速率通常被认为太低而不能通过传统方法成本有效地生产具有高特定放射性的117mSn。[0068]然而，在上述(n，Y)反应中，作为一旦中子捕获而激发Y-射线发射的结果，所产生的原子核获得了反冲动能，其明显大于由通常的热反应获得的激活能量(化学键能量通常范围在l_5eV，而由于反冲通过原子核获得的反冲能量一般远远超过IOMeV),而同时原子被化学地转化，使得反冲原子的化学键或原子价被降低至较低的状态，也同样如上面所述。这容许基于键合差异的化学萃取。而且，通过应用“反冲内爆”现象，由此反冲放射性原子被移入或捕获在空的富勒烯(C6tl或C8tl)笼内，可以制备无载体的放射性化学物质，例如金属富勒烯，比如177LuOC6tl和153SmOC8tl，其中镥-177 (177Lu)和钐-153 (153Sm)分别陷入 C60-和C8tl-富勒烯笼中。上述是基于Szilard-Chalmers原理过程的一个典型实例。[0069]尽管作为空笼结构的富勒烯，和出于同样原因的布基球，作为本发明技术领域：
中的RCM是理想的，但这条路线的缺点是，这种碳结构只能够承受在反应堆的纯热中子通量中的辐照，但通过在2小时内接触超热中子的辐射损伤会产生变形。[0070]在本发明中，碳基材料，比如不具有“空笼”结构的非晶碳和石墨被认为是反冲捕获介质，以便从具有116Sn的(n，y)-反应中捕获117mSn反冲原子，因为这些碳基基质是不易受辐射损伤的。因此，以相对较低成本和最小材料浪费获取高特定放射性的反冲117mSn的问题得到了具体解决。[0071]表1:对含有天然SnO2和SnO的目标物，在O. 50mol dnT3的HCl中不同孵育时间下，每个萃取样本中由ICP OES测量的总锡浓度、每个1 17mSn的特定放射性和萃取产量
权利要求
1.一种生产放射性核素的方法，其包括在辐射区中使用中子辐射辐照至少含有目标核素材料的目标介质，从而使得在所述目标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从所述目标核素材料中发射；和在碳基反冲捕获材料中捕获和收集发射的放射性核素，所述碳基反冲捕获材料不具有晶体等级上的空笼结构。
2.如权利要求
1所述的方法，其中，所述目标核素材料选自由纯金属和金属化合物组成的组。
3.如权利要求
2所述的方法，其中，所述目标核素材料的金属选自元素周期表中从原子序数为21的钪延伸至原子序数为83的铋的金属元素，该两种元素包含在内，排除非金属元素砷、硒、溴、氪、碲、碘和氙。
4.如权利要求
3所述的方法，其中，所述目标核素材料的金属为锡。
5.如前述权利要求
1至4中任一项所述的方法，其中，所述反冲捕获材料选自非晶形碳、碳的同素异形体及其混合物。
6.如前述权利要求
1至5中任一项所述的方法，其中，所述目标核素材料和所述反冲捕获材料均为精细颗粒形式，各自具有最大约50nm的平均粒径。
7.如权利要求
6所述的方法，其包括将所述目标核素材料与所述反冲捕获材料混合， 从而使所述目标介质既含有目标核素材料又含有反冲捕获材料。
8.如前述权利要求
1至7中任一项所述的方法，其中，辐照所述目标介质包括将所述目标介质放置在来自中子源的中子通量路径中。
9.如前述权利要求
1至8中任一项所述的方法，其包括通过使用稀释和/或浓缩的酸性萃取溶剂处理反冲捕获材料，从所述反冲捕获材料中回收所捕获的放射性核素，由此形成反冲捕获材料悬浮液，以及从所述反冲捕获材料中化学萃取或滤出所捕获的放射性核素，以获得富集放射性核素的萃取溶剂。
10.如权利要求
9所述的方法，其包括孵育所述反冲捕获材料悬浮液一段不超过所捕获的放射性核素半衰期的时间。
11.如权利要求
9或10所述的方法，其包括通过离心分离、涡流分离和/或过滤从所述反冲捕获材料中回收或分离富集放射性核素的萃取溶剂。
12.如前述权利要求
1至8中任一项所述的方法，其包括通过使用碱性萃取溶剂处理所述反冲捕获材料，从所述反冲捕获材料中回收所捕获的放射性核素。
13.如前述权利要求
1至8中任一项所述的方法，其包括通过在氧气中燃烧所述反冲捕获材料，从所述反冲捕获材料中回收所捕获的放射性核素。
14.如前述权利要求
9至13中任一项所述的方法，其包括，当所述目标介质含有所述反冲捕获材料和所述目标核素材料的混合物时，在从所述反冲捕获材料中回收放射性核素之前，将所述目标核素材料与所述反冲捕获材料分离。
15.如权利要求
14所述的方法,其中，使用含水液体和有机液体作为液-液萃取溶剂， 通过液-液萃取，实现将所述目标核素材料与所述反冲捕获材料分离。
16.一种放射性核素的生产配置，其包括辐射区，其中设置有至少含有目标核素材料的目标介质；中子辐射源，其以与所述目标介质存在中子辐射的关系而被设置在所述辐射区中；和碳基反冲捕获材料，其被配置为捕获从所述目标核·素材料中发射的放射性核素，所述碳基反冲捕获材料不具有晶体等级的空笼结构。
专利摘要
本发明涉及生产放射性核素的方法。根据所述方法，在具有中子辐射的辐射区中辐照至少含有目标核素材料的目标介质。作为辐射结果，在目标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从目标核素材料中发射。然后发射的放射性核素被捕获和收集在碳基反冲捕获材料中，所述碳基反冲捕获材料不具有晶体等级上的空笼结构。
文档编号G21G1/06GKCN103069500SQ201180022033
公开日2013年4月24日 申请日期2011年3月10日
发明者大卫·兰德尔·詹森, 吉耶特·康纳利·克里基尔, 兹沃尼米尔·伊维卡·克拉尔, 简·歇根·吉瓦亚特 申请人:南非核能有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan