06 Produkcja radionuklidów.pdf

(2218 KB) Pobierz
Microsoft Word - 06_prod_nukl.doc
VI. PRODUKCJA RADIONUKLIDÓW
6.1 Wstęp
Izotopy promieniotwórcze potrzebne w medycynie nuklearnej otrzymujemy przez
• Napromienienie stabilnych nuklidów w reaktorze jądrowym
• Napromienienie stabilnych nuklidów w akceleratorze lub cyklotronie
• Otrzymanie ich z rozszczepienia cięższych nuklidów
Naturalne izotopy promieniotwórcze z ich z reguły długimi okresami połowicznego zaniku
nie są przydatne dla medycyny nuklearnej, stąd też konieczność korzystania ze sztucznej
promieniotwórczości, tj. wywołanej przez odpowiednie reakcje jądrowe.
Otrzymana aktywność wyprodukowanych izotopów zależy od kilku czynników, jak
• strumień cząstek – pocisków Φ, tj. liczba cząstek przypadająca w czasie 1 s na
powierzchnię 1 cm 2
• liczba N jąder w tarczy
• przekrój czynny σ na daną reakcję
• czas napromienienia t
• stała rozpadu λ produkowanego izotopu promieniotwórczego
Aby podać najlepszą metodę produkcji radioizotopu należy wziąć pod uwagę zarówno
wydajność reakcji, jak czystość i aktywność właściwą radionuklidu, istotne z punktu widzenia
konkretnego zastosowania radionuklidu
6.2 Radionuklidy produkowane w reaktorze jądrowym
Neutrony termiczne (o energiach mniejszych od ok. 0,1 eV) są względnie łatwo pochłaniane
przez szereg nuklidów. Pochłanianie następuje zgodnie z reakcją:
A
Z
X
+
1
0
n
→
A
+
1
X
+
promieniow
anie
gamma
Z
A
Z
X
(
n
,
γ
)
A
+
1
X
Z
1
Ponieważ wzrasta liczba neutronów w nuklidzie, powstające izotopy są z reguły β - -
promieniotwórcze. Pochłanianie neutronów może także prowadzić do powstania izotopów
stabilnych, jak np. w reakcji
12
6
C
( γ .
n
,
)
13
6
C
Powstające w reaktorze izotopy są zawsze związane z jakimś nośnikiem , tj. materiałem, w
którym obok izotopów, które nas interesują, powstają także inne izotopy. Próbkę jodu-131
można uznać za beznośnikową tylko wtedy, jeśli w tej próbce nie tworzy się żaden inny
izotop.
Typowymi reakcjami wykorzystywanymi do produkcji izotopów dla celów medycyny
nuklearnej są np.
50
24
Cr
+
1
0
n
→
51
24
Cr
+
γ
98
42
Mo
+
1
0
n
→
99
42
Mo
+
γ
132
54
Xe
+
1
0
n
→
133
54
Xe
+
γ
51 Cr używany jest do znakowania czerwonych ciałek krwi i skanowania śledziony,
99 Mo jest źródłem („krową”) dla 99m Tc („mleka”) – najczęściej używanego radionuklidu,
133 Xe jest wykorzystywany do badania wentylacji płuc.
Otrzymywaną aktywność produkowanych nuklidów promieniotwórczych można obliczyć
z bardzo prostego wzoru:
A
=
Φ
⋅
N
⋅
σ
⋅
(
−
e
−
λ
t
)
(6.1)
gdzie znaczenie symboli podaliśmy wyżej. Z powyższego wzoru łatwo wynika, że długie
naświetlanie (w stosunku do czasu życia produkowanego izotopu) w reaktorze nie jest
opłacalne, gdyż naświetlając tarczę dłużej niż około połowy połowicznego okresu zaniku
w zasadzie nie zyskujemy na wytwarzanej aktywności, natomiast znakomicie podwyższamy
koszt produkcji.
2
6.3 Radionuklidy z rozszczepienia
Typowa reakcja rozszczepienia w reaktorze jądrowym może przebiegać wg. schematu:
235
92
+
1
0
n
→
141
56
Ba
+
Kr
+
4
1
0
n
Powstałe fragmenty rozszczepienia, tj. ciężkie jądra, na które rozszczepia się 235 U, są jądrami
różnych atomów: od cynku (Z=30) do dysprozu (Z=66) i liczbach masowych od 70 do 160,
patrz rys. 6.1.
Typowym izotopem powstającym w reaktorze i wykorzystywanym w medycynie nuklearnym
jest 131 I, 133 Xe oraz 99 Mo – jądro macierzyste dla 99m Tc. Jak pokazywaliśmy wcześniej,
pierwszy z tych izotopów jest przydatny w radioterapii. Drugi, np. w badaniach wentylacji
płuc. Trzeci natomiast, ze względu na okres połowicznego zaniku ok. 6 godzin, jest silnie
eksploatowany w diagnostyce.
Rys. 6.1 Procentowy udział obserwowanych fragmentów
rozszczepienia w funkcji liczby masowej
3
U
91
36
73223820.021.png 73223820.022.png 73223820.023.png 73223820.024.png 73223820.001.png 73223820.002.png 73223820.003.png 73223820.004.png 73223820.005.png 73223820.006.png 73223820.007.png 73223820.008.png 73223820.009.png 73223820.010.png 73223820.011.png 73223820.012.png 73223820.013.png 73223820.014.png 73223820.015.png 73223820.016.png
6.4 Radionuklidy produkowane w akceleratorach lub cyklotronach
Akcelerator lub cyklotron jest źródłem wysokoenergetycznych (kilka MeV) cząstek
naładowanych, jak protony, deuterony, He-3, He-4 (alfa) itp. Dla wybranej cząstki
naładowanej - pocisku i jądra-tarczy (targetu) istnieje zawsze energia progowa, poniżej której
reakcja nie zachodzi. W tabeli 6.1 przedstawiamy typowe reakcje jądrowe wywoływane przez
różnorodne cząstki – pociski w akceleratorach. Większość z tych reakcji zachodzi przy
energii cząstek padających w obszarze 5-30 MeV. Gdy ta energia wzrasta, pojawiają się nowe
reakcje – niektóre zresztą są wykorzystywane do produkcji innych radionuklidów.
Tabela 6.1 Typowe reakcje wywoływane w akceleratorach cząstek
Cząstka - pocisk
Typowa reakcja
proton
A
Z
X
(
p
,
n
)
+
A
Y
Z
1
A
Z
X
(
p
,
2
n
)
A
Z
+
1
1
Y
deuteron
A
Z
X
(
2
1
D
,
n
)
A
Z
+
+
1
1
Y
A
Z
X
(
2
1
D
,
p
)
A
+
1
Y
Z
A
Z
X
(
2
1
D
,
2
n
)
A
Y
Z
+
1
Hel-3
A
Z
X
(
3
2
He
,
n
)
A
Z
+
+
2
2
Y
A
Z
X
(
3
2
He
,
p
)
A
Z
+
+
2
1
Y
Hel-4 (cząstki α)
A
Z
X
(
4
2
He
,
n
)
A
Z
+
+
3
2
Y
A
Z
X
(
4
2
He
,
2
n
)
A
Z
+
+
2
2
Y
Na rys. 6.2 pokazujemy schemat cyklotronu pracującego w Instytucie Problemów Jądrowych
w Świerku. Wiązka jonów (w tym wypadku protonów) wprowadzana jest do pola
magnetycznego, które powoduje krążenie jonów po orbicie kołowej. Przechodząc między
duantami wiązka ta poddana jest działaniu szybkozmiennego pola elektrycznego o częstości
dobranej w taki sposób, aby przy każdym przejściu następowało podwyższenie energii
cząstek. W rezultacie cząstki poruszają się po torze spiralnym z coraz większą energią. Po
4
−
73223820.017.png 73223820.018.png 73223820.019.png
osiągnięciu potrzebnej energii wiązka ulega odchyleniu i skierowywana jest na tarczę. W
wyniku reakcji jądrowych cząstek z cyklotronu z nuklidami tarczy tworzą się potrzebne
izotopy promieniotwórcze. W cyklotronie można produkować np. 111 In w reakcji protonów z
111 Cd, w której to reakcji tworzy się neutron: 111 Cd(p,n) 111 In. Przykładami innych reakcji, do
których wykorzystywany jest cyklotron są: 10 B(d,n) 11 C, 68 Zn(p,2n) 67 Ga i 121 Sb(α,2n) 123 In.
Rys. 6.2 Cyklotron C-30 w Instytucie Problemów Jądrowych w Świerku
Sprawą wielkiej wagi jest kontrola jakości radiofarmaceutyków. produkowanych w kolejnym
etapie postępowania. Poświęcamy jej oddzielny paragraf, który uzmysłowi nam całą
złożoność procedur kontrolnych. Nie ma się temu co dziwić – w końcu chodzi o zdrowie
5
73223820.020.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin