CN113066598A

CN113066598A - 一种从高能质子束辐照232Th靶引起的散裂反应中分离纯化223Ra的方法

Info

Publication number: CN113066598A
Application number: CN202110318752.2A
Authority: CN
Inventors: 谈存敏; 曹石巍; 田伟; 秦芝
Original assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Current assignee: Institute of Modern Physics of CAS
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2041-03-25
Also published as: CN113066598B

Abstract

本发明涉及一种从高能质子束辐照的²³²Th靶中分离纯化²²³Ra的方法，包括：1)采用硫酸和氢氟酸加热补水的方法溶解辐照后金属Th靶，得到溶解液；2)采用阳离子树脂柱与DGA树脂柱串联系统，将溶解液调酸后注入阳离子树脂柱，负载其中的目标产物Ra和副产物Ac等金属离子，络合剂洗脱除去基质Th和大量裂变子体；3)采用无机酸淋洗负载于阳离子树脂柱上的Ra和Ac等金属离子，将所得含Ra和Ac等金属离子的淋洗液直接通过DGA树脂柱，分别得到Ra粗产品及副产物Ac；4)将Ra粗产品通过柠檬酸铵体系淋洗得到²²³Ra产品。本发明建立一种简单高效，操作连续的新工艺，可实现国产化²²³Ra的分离纯化，并多次循环回收²²³Ra的目标，为积极满足我国医疗研究与应用的需求，具有十分重要的意义。

Description

一种从高能质子束辐照232Th靶引起的散裂反应中分离纯化223Ra的方法

技术领域

本发明属于医用放射性同位素制造领域，具体涉及一种从高能质子束辐照后的²³²Th靶中分离纯化²²³Ra的方法。

背景技术

镭在元素周期表中属于碱土金属，由于其化学性质与钙非常相似，因此具有良好的亲骨性，可加快骨质更新。²²³Ra发出的α粒子平均能量为5.78MeV，其较高的线性能量传递值可以有效打断DNA双链，杀死癌细胞，已经被广泛的用于治疗伴有骨转移症状但无内脏转移的多种癌症。²²³Ra是被国内外药监部门批准的第一个临床治疗α核素，其药物形态为²²³RaCl₂注射液，商品名称为Xofigo。

国际上制备医用²²³Ra的方法，主要是从²²⁷Ac(t_1/2＝21.77y)衰变到²²⁷Th(t_1/2＝18.7d)，进而获得子体²²³Ra。其中，²²⁷Ac可通过两种途径产生：一是来自于²³⁵U的衰变，但是这一过程时间长，产额低，并且由于²³⁵U具有极高的核扩散风险，因此其供应与运输等方面均受到严格控制；第二种方法是通过反应堆中子辐照高纯度的²²⁶Ra得到²²⁷Ac，然后再经过分离纯化后，装配成²²⁷Ac/²²³Ra发生器(参见专利“²²³Ra同位素制备方法”，卡尔森，CN103003889B)。后者工艺的限制条件相对较小，但是原材料²²⁶Ra的获取途径复杂，整个工艺的操作流程繁琐，生产费用较高，同时分离过程要求回收高纯度的²²⁶Ra，这一问题仍然挑战巨大。相对于反应堆，加速器可采用80～160MeV的高能质子束辐照²³²Th靶，引起的散裂反应不但可以直接生产²²³Ra，而且其母体²²⁷Th的产额更是²²³Ra的20余倍，可多次循环获取高纯度的²²³Ra产品，形成简易的²²⁷Th/²²³Ra发生器。该工艺整体的建造与运行成本均较低，且靶材料简单易得，利用率高，后期分离纯化过程也连续可控，是一种能够完全取代现有生产工艺的新方法路线。

目前，²³²Th靶中分离纯化²²³Ra的方法是以萃取法与柱分离法为主，大基质Th及多种杂质核素的去除仍然是其中的重点与难点性科学问题。萃取法采用P₂₀₄/甲苯的液-液萃取步骤来去除基质钍，会引入大量受污染的溶剂废物，并使自动化远程处理复杂化，很难扩大到大规模的生产。随着柱分离法的进一步发展，以及硫酸盐和柠檬酸盐等络合剂被广泛的研究和优化，可利用配位化学将正四价的Th离子螯合生成阴离子络合物，直接通过阳离子树脂，而Ra(Ac)离子以正电荷的形式被负载，从而达到分离的目的，极大的简化Th基质的去除过程。因此，国外学者均认为多级柱分离法是研究²²³Ra分离纯化的热点，即将辐照后的Th靶溶解，装柱后进行多梯度淋洗。但是，现有报道均需多次浓缩蒸发，且操作不连续，造成了产品损失量大，回收率和分离效率较低的局面，仍不能满足未来²²³Ra的规模化生产和需求。

尽管我国于2020年8月也已经批准²²³Ra用于临床治疗及应用，但是其来源完全依靠进口，这一现状将对我国核医学的研究与发展造成极大的不便，亟待国内学者积极填补²²³Ra生产与分离纯化等相关领域的空白。

发明内容

为了克服现有的从加速器辐照的²³²Th中分离纯化²²³Ra方法技术中的不足，例如，使用液-液萃取步骤，风险高，引入大量受污染的废物；非连续柱分离流程操作复杂，效率低下，产品损失量大，本发明提出了一种从高能质子束辐照的²³²Th靶中分离纯化²²³Ra的新方法。

本发明所提供的从高能质子束辐照的²³²Th靶中分离纯化²²³Ra的方法，包括如下步骤：

1)采用硫酸和氢氟酸加热补水的方法溶解辐照后金属Th靶，得到溶解液；

2)采用阳离子树脂柱(柱1)与DGA树脂柱(柱2)串联系统，将溶解液调酸后注入柱1，负载其中的目标产物Ra和副产物Ac等金属离子，并用络合剂洗脱除去基质Th和大量裂变子体；

3)采用无机酸淋洗负载于阳离子树脂柱(柱1)上的Ra和Ac等金属离子，将所得含Ra和Ac等金属离子的淋洗液直接通过DGA树脂柱(柱2)，分别得到Ra粗产品及副产物Ac；

4)将Ra粗产品浓缩注入阳离子树脂柱(柱3)，通过柠檬酸铵体系淋洗去除Ba杂质，阳离子树脂柱(柱3)与DGA树脂柱(柱4)串联后，采用无机酸淋洗得到²²³Ra产品(0号产品)。

上述方法步骤1)中，所述辐照后金属Th靶通过采用加速器辐照²³²Th金属靶制得，其中，²³²Th金属靶的靶材料为未去除同位素的天然²³²Th粉末；靶为圆形，直径可为10～100mm，厚度可为1～10mm；

用于辐照的加速器为质子加速器，能量可为90～160MeV，流强大于20nA，辐照时间大于7小时；

溶解1g金属Th靶需要8～10M的硫酸2.5～3.5mL，40％氢氟酸20～30μL；

补加水的体积与金属Th靶质量的配比可为：35～45mL/g；

步骤1)的操作为：向辐照后金属Th靶中加入硫酸和氢氟酸，加热搅拌，控制温度在60～80℃之间，搅拌时间0.5～1h，待将金属Th靶溶解至悬浊时，再分批加入水，室温下继续搅拌2～4小时，最后得到澄清溶液；

上述方法步骤2)的操作为：将所述溶解液通过阳离子树脂柱(柱1)，依次用0.4～0.6M硫酸铵溶液和0.04～0.08M硝酸溶液淋洗阳离子树脂柱(柱1)，利用硫酸根将四价Th离子螯合转化为阴离子形式直接通过阳离子树脂，而目标产物Ra和副产物Ac等金属离子被选择性负载；

所述溶解液在注入阳离子树脂柱前还需将其pH值调节到1～2，具体可为：采用浓氨水调节所述溶解液的pH值至1～2，其中，浓氨水体积与金属Th靶质量的配比可为：3～3.5mL/g；

所述阳离子树脂柱具体可为AG50W-X8(100～200目)阳离子树脂柱；

阳离子树脂柱的体积与金属Th靶质量的配比可为：2～4mL/g；

利用蠕动泵控制流速为1.5～4.0mL/min，处理每克金属Th靶溶解液的淋洗顺序依次为：35～55mL原液(溶解液)，15～40mL 0.4～0.6M硫酸铵溶液和15～40mL 0.04～0.08M硝酸溶液。

上述方法步骤3)的操作为：将阳离子树脂柱(柱1)与DGA树脂柱(柱2)串联，利用蠕动泵控制流速为1.5～4.0mL/min，接步骤2)的淋洗步骤，依次为：15～30mL4.0～6.0M硝酸溶液连续通过阳离子树脂柱(柱1)与DGA树脂柱(柱2)，收集为Ra粗产品，副产物Ac及镧系元素负载于DGA树脂柱(柱2)；30～80mL 10.0～13.0M硝酸溶液通过DGA树脂柱(柱2)，收集为副产物²²⁵Ac；5～30mL去离子水通过DGA树脂柱(柱2)，收集为镧系元素废液；

其中，DGA树脂柱的体积与金属Th靶质量的配比可为：0.3～1.5mL/g；

上述方法步骤4)的操作为：将Ra粗产品加热浓缩除酸，以消除硝酸根对Ra的强络合影响，然后去离子水定溶至3～10mL注入阳离子树脂柱(柱3)，采用柠檬酸铵淋洗优先洗出Ba杂质组分，将阳离子树脂柱(柱3)与DGA树脂柱(柱4)串联，使无机酸通过串联的阳离子树脂柱(柱3)与DGA树脂柱(柱4)洗脱并收集流出的²²³Ra产品(0号产品)，其余杂质负载于DGA树脂柱(柱4)；

其中，利用蠕动泵控制流速为1.5～4.0mL/min，淋洗顺序依次为：3～10mL原液(除酸后Ra粗产品溶液)、240～130mL 0.15～0.30M柠檬酸铵溶液和40～60mL 0.04～0.08M硝酸溶液通过8～12mL阳离子树脂柱(柱3)；30～60mL 4.0～6.0M硝酸溶液连续通过串联的阳离子树脂柱(柱3)与1～3mL DGA树脂柱(柱4)，收集为²²³Ra产品(0号产品)；5～30mL去离子水通过DGA树脂柱(柱4)，收集为废液；

阳离子树脂柱(柱3)的组成同步骤2)中阳离子树脂柱(柱1)的组成，体积恒定为8～12mL；

DGA树脂柱(柱4)的组成同步骤3)中DGA树脂柱(柱2)的组成，体积恒定为1～3mL。

本发明还提供一种由Th组分溶液中²²⁷Th衰变产生，多次循环回收²²³Ra产品的方法，包括如下步骤：

第1)次循环回收步骤：仅利用本发明上文所述分离所得的Th组分溶液(即步骤2)中溶解液和0.4～0.6M硫酸铵溶液通过阳离子树脂柱(柱1)收集的洗脱液)，无需任何前处理，只待静止平衡10～18天，然后将该Th组分溶液通过阳离子树脂柱(柱1体积增加)与DGA树脂柱(柱2体积增加)串联系统，再次利用硫酸铵溶液淋洗去除Th和其它杂质，无机酸洗脱后即可得到高纯度的²²³Ra产品(1号产品)，去离子水通过DGA树脂柱(柱2)收集为废液；

其中，利用蠕动泵控制流速为1.5～4.0mL/min，处理每50～110mL Th组分溶液的淋洗顺序依次为：50～110mL Th组分溶液、30～80mL 0.4～0.6M硫酸铵溶液和25～50mL0.04～0.08M硝酸溶液通过5～10mL阳离子树脂柱(柱1)；30～60mL 4.0～6.0M硝酸溶液连续通过阳离子树脂柱(柱1)与1～3mL DGA树脂柱(柱2)，收集为²²³Ra产品(1号产品)；5～30mL去离子水通过DGA树脂柱(柱2)收集为废液；

第2)次循环回收步骤：将第1)次循环回收操作中又一次收集的Th组分溶液(上段50～110mL原液和50～80mL 0.4～0.6M硫酸铵溶液淋洗的收集液)，再静止10～18天后，进行第2)次循环回收操作，步骤同第1)次循环回收步骤，收集为²²³Ra产品(2号产品)；

其中，各种溶液体积与树脂(柱1与柱2)体积的配比同第1)次循环回收步骤；

第3)次循环回收步骤，以及各种溶液体积与树脂(柱1与柱2)体积的配比，同第1)次循环回收步骤，收集为²²³Ra产品(3号产品)；

……

根据回收²²³Ra产品的剂量，是否满足核医学研究与应用的需求，决定循环回收操作的执行与否。理论上共计可循环回收得到6～10次²²³Ra产品。

本发明整合优化形成最终的工艺方法路线，可将获得²²³Ra产品的过程分为三步：第一步靶片的溶解分离，第二步²²³Ra产品的纯化，第三步多次循环回收Th组分溶液中²²³Ra产品。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一是使用加速器辐照金属Th靶，运行和材料成本较反应堆显著降低；

二是无需将Th靶溶解后多次浓缩蒸发和分步分离操作，即在避免了不连续工艺流程造成大量产品损失的同时，一次性实现了²²³Ra的高效分离纯化和副产物²²⁵Ac的收集，并大大降低了生产过程中操作人员的辐射剂量。分离纯化两步总收率大于80％，放射性核纯度大于95％。

三是重复利用分离步骤中的阳离子树脂柱与支链DGA树脂柱串联系统，将分离出Th组分溶液，在每平衡10～18天后，就选择性地回收由²²⁷Th衰变而来的²²³Ra产品，从而形成了一套简易的²²⁷Th/²²³Ra发生器。根据回收剂量，该Th组分溶液可回收6～10次，能够为医院或研究院所提供更高的²²³Ra单日平均剂量。每次的回收效率均大于93％，放射性核纯度大于94％。

四是整合利用溶解分离、²²³Ra产品的纯化和回收Th组分溶液中²²³Ra产品等连续的三步操作，形成了最终优化的工艺方法路线，实现了分离纯化和多次循环回收²²³Ra产品的连续操作，极大的降低了产品的损失和操作人员的接收剂量。

本发明立足于现有加速器的辐照条件，以及从辐照后²³²Th靶分离纯化²²³Ra的众多优点，建立一种简单高效，操作连续的新工艺，可实现国产化²²³Ra的分离纯化，并多次循环回收²²³Ra的目标，为积极满足我国医疗研究与应用的需求，具有十分重要的意义。

附图说明

图1为辐照前Th靶照片及扫描电镜图；

图2为辐照后Th靶的γ能谱图；

图3为阳离子树脂柱与支链DGA树脂柱串联示意图及对各组分的淋洗曲线；

图4为分离后Ra组分粗产物的γ能谱图；

图5为纯化得到的Ra产品的γ能谱图；

图6为纯化得到的Ra产品的α能谱图；

图7为分离后14天的Th组分溶液γ能谱图；

图8回收Th组分溶液中²²³Ra产品的γ能谱图；

图9回收Th组分溶液中²²³Ra产品的α能谱图；

图10最终优化的完整工艺流程路线图，注：(1)第一步溶解分离；(2)第二步纯化Ra；(3)第三步回收Ra。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明提供一种从高能质子束辐照的²³²Th靶中分离纯化²²³Ra的方法，包括如下步骤：

2)采用阳离子树脂柱(柱1)与DGA树脂柱(柱2)串联系统，将溶解液调酸后注入柱1，负载其中的目标产物Ra和副产物Ac等金属离子，并用络合剂洗脱除去基质Th和大量裂变子体；；

补加水的体积与金属Th靶质量的配比可为：35～45mL/g；

所述溶解液在注入阳离子树脂柱前还需将其pH值调节到1～2，具体可为：采用浓氨水调节所述溶解液的pH值至1～2，其中，浓氨水体积与金属Th靶质量的配比为：3～3.5mL/g；

所述阳离子树脂柱具体可为AG50W-X8(100～200目)阳离子树脂柱；

阳离子树脂柱的体积与金属Th靶质量的配比为：2～4mL/g；

其中，DGA树脂柱的体积与金属Th靶质量的配比为：0.3～1.5mL/g；

……

实施例1

该实施例用以说明金属钍靶片的溶解，以及直接调节酸度后利用两柱分离系统对基质Th去除，以及目标产物²²³Ra和副产物²²⁵Ac分离的可行性。

本发明采用的Th靶均为中国科学院长春应用化学研究所提供的金属Th粉，通过液体压片机，在表示压强为13MPa的范围压制而成，其直径为15mm，厚度为2～4mm，照片及扫描电镜图参照图1。

采用中国科学院近代物理研究所(兰州)的加速器HIRFL，能量为100MeV，平均流强为24nA的质子束辐照1号金属Th靶(2.35g)，辐照时间为7小时，Th靶在辐照前后形貌保持一致。从图2中辐照后Th靶的γ能谱图中可以看出，目标产物²²³Ra和副产物²²⁵Ac的含量有限，其测量的EOB产额分别为42.5kBq和62.1kBq，但²²⁷Th的产额可达116.8kBq，能够衰变产生更多的²²³Ra。同时其它杂质含量较高，分离极具挑战。

辐照后10天，采用7mL 8M硫酸加65μL 40％氢氟酸的溶液，溶解1号金属Th靶，加热控制温度在60～80℃之间，搅拌0.5小时。然后分批加入82mL去离子水，室温下继续搅拌，时间为3.5小时，得到澄清溶液。采用9mL浓氨水调节pH至1～2后，所得的待分离原液共计约98mL。

然后移取所得溶液体积的约三分之一，在22天时采用阳离子树脂柱(柱1)与支链DGA树脂柱(柱2)串联系统，对目标产物²²³Ra和副产物²²⁵Ac进行分离，分离过程中两柱串联系统参照图3(a)。其中，柱1采用填充了5mL的AG50W-X8(100～200目)树脂，以5倍柱体积的0.4M硫酸铵溶液淋洗作为预处理步骤；柱2采用填充了2mL的支链DGA树脂，以5倍柱体积的5M硝酸溶液淋洗作为预处理步骤。

采用蠕动泵控制流速为2.0mL/min，具体淋洗步骤为：

(a)依次将32mL待分离原液和38mL 0.4M硫酸铵通过柱1，收集为Th组分溶液备用；

(b)35mL 0.05M硝酸继续淋洗柱1去除多余的硫酸铵，作为废液；

(c)将40mL 5.0M硝酸溶液通过串联的柱1和柱2，回收粗产物²²³Ra组分，Ac负载于柱2；

(d)将80mL 10.0M硝酸溶液通过柱2，回收副产物²²⁵Ac组分；

(e)将40mL去离子水通过柱2，去除Lns杂质组分，作为废液。

采用自动接样器，每5mL收集一次洗脱液，用高纯锗γ探头测量活度并计算回收率，绘制主要核素的淋洗曲线如图3(b)所示。结果可见，I、Mo和大量的Ru均进入Th组分，化学性质相似的Ra和Ba(子体La)为同一组分，Ac组分中含有少量I，Lns被单独去除。淋洗过程获得了22.4kBq的²²³Ra粗产物溶液，体积30mL，分离回收率大于84.3％，其γ能谱图参照图4；也得到了7.8kBq的²²⁵Ac副产物酸溶液，体积80mL，回收率大于66.7％；Th组分溶液留存备用。

实施例2

该实施例用以说明从分离的Ra组分粗产物中纯化²²³Ra产品的可行性。

根据实施例1所得²²³Ra粗产物组分的γ能谱图(图4)，证实必须去除其中的¹⁴⁰Ba杂质，达到满足核医学临床应用与研究的产品纯度。本实施例部分参照了“离子交换法分离镭钡”，毛家骏，原子能科学技术，1963年08卷，635-637页所述的柠檬酸铵络合剂。同样采用阳离子树脂柱与支链DGA树脂柱串联系统，两柱(柱3和柱4)体积分别为10mL和2mL。

将实施例1中所得部分²²³Ra粗产物纯化处理，控制流速为2.0mL/min，具体淋洗步骤为：

(a)将含有5M硝酸的²²³Ra粗产物溶液加热蒸发至近干，加入5mL去离子水作为待纯化原液；

(b)依次将5mL待纯化原液、130mL 0.2M柠檬酸铵溶液和50mL 0.04～0.08M硝酸溶液通过柱3，去除¹⁴⁰Ba杂质；

(c)将30mL 5.0M硝酸溶液通过串联的柱3和柱4，洗脱并收集流出的²²³Ra产品；

(d)20mL去离子水通过柱4后收集为废液；

纯化过程获得了30mL的²²³Ra产品溶液，回收率大于92.6％，其γ能谱图参照图5，α能谱图参照图6。

实施例3

该实施例用以说明从分离后的Th组分溶液中回收²²³Ra的可行性，构建一种简单的²²⁷Th/²²³Ra发生器。

²²⁷Th衰变至²²³Ra，并使后者活度达到峰值的时间为20.8天。发明人根据计算结果，建议可在分离出Th组分后10～18天，就进行一次回收操作。然后根据回收剂量是否满足后续研究与应用的需求，进一步重复循环回收已纯化后Th组分中的²²³Ra产品，共计6～10次(10～18天/次)，从而为医院或研究院所提供更高单日平均剂量的²²³Ra药物。

同样采用实施例1中的阳离子树脂柱与支链DGA树脂柱串联系统，柱1和柱2体积分别采用5mL和2mL。在Th组分被分离留存备用后第14天，其γ能谱图参照图7，将部分溶液进行回收²²³Ra的处理。

具体淋洗步骤为：

(a)依次将Th组分的部分原液30mL、30mL 0.4M硫酸铵和30mL 0.05M硝酸通过柱3，去除基质Th；

(b)将30mL 5.0M硝酸溶液通过串联的柱1和柱2，洗脱并收集流出的²²³Ra产品；

(c)20mL去离子水通过柱4后收集为废液；

过程获得了30mL的²²³Ra产品溶液，回收率大于93.6％，其γ能谱图参照图8，α能谱图参照图9。

实施例4

该实施例用以说明从加速器辐照的²³²Th中进行连续分离纯化获得²²³Ra产品的可行性。

采用中国科学院近代物理研究所(兰州)的加速器HIRFL，能量为100MeV，平均流强为22nA的质子束辐照2号金属Th靶(2.36g)，辐照时间为31小时。辐照后目标产物²²³Ra和副产物²²⁵Ac的EOB产额分别为475.2kBq和218.1kBq，²²⁷Th的产额达635.0kBq。

参照本发明最终优化的完整工艺流程路线图(图10)，可通过以下三步连续的操作过程获得²²³Ra产品：第一步2号金属Th靶辐照后溶解分离，第二步²²³Ra产品的纯化，第三步循环回收Th组分溶液中²²³Ra产品。

具体步骤为：

第一步：溶解分离

(1.1)将7.5mL 8M硫酸加65μL 40％氢氟酸的溶液，溶解2号金属Th靶，加热控制温度在60～80℃之间，搅拌0.5小时。

(1.2)分批次加入92mL去离子水，室温下继续搅拌，时间为3.5小时，得到澄清溶液。

(1.3)加入9mL浓氨水调节pH至1后体积为110mL，作为待分离原液。

(1.4)依次将110mL待分离原液、60mL 0.4M硫酸铵和45mL 0.05M硝酸通过阳离子树脂柱1(5mL)，洗出大基质的Th组分，收集备用；

(1.5)将50mL 5.0M硝酸溶液通过串联的柱1和支链DGA树脂柱2(2mL)，洗出并收集Ra粗产物组分，Ac与镧系杂质负载于柱2；

(1.6)将80mL 10.0M硝酸溶液通过柱2，洗出并收集副产物Ac组分；

(1.7)将40mL去离子水通过柱2，洗出镧系元素的杂质组分。

第二步：纯化²²³Ra

(2.1)将含有²²³Ra粗产物组分溶液加热蒸发至近干，加入5mL去离子水作为待纯化原液；

(2.2)依次将5mL待纯化原液、130mL 0.2M柠檬酸铵溶液和20mL去离子水通过阳离子树脂柱3(10mL)，洗出¹⁴⁰Ba杂质；

(2.3)将30mL 5.0M硝酸溶液通过串联的柱3和支链DGA树脂柱4(2mL)，洗脱并收集流出的²²³Ra产品，其余杂质负载于柱4；

(2.4)将40mL去离子水通过柱4，洗出其余杂质。

第三步：循环回收²²³Ra

(3.1)待步骤(1.4)完成后10天，依次将备用的Th组分170mL原液、50mL 0.4M硫酸铵和40mL 0.05M硝酸通过柱1(增至10mL)，去除基质Th；

(3.2)将40mL 5.0M硝酸溶液通过串联的柱1和柱2，洗脱并收集流出的²²³Ra产品，其余杂质负载于柱2；

(3.3)将40mL去离子水通过柱2，洗出杂质。

该实施例在辐照后第14天进行2号Th靶的溶解分离，第15天进行²²³Ra产品的纯化，获得154.0kBq的²²³Ra产品，分离纯化两步总收率大于80.4％，放射性核纯度大于95.2％。然后在第25天(分离Th组分后第10天)第1)次循环回收获得87.1kBq的²²³Ra产品，回收率大于96.7％，放射性核纯度大于94.1％。

Claims

1.一种从高能质子束辐照的²³²Th靶中分离纯化²²³Ra的方法，包括如下步骤：

2)采用阳离子树脂柱1与DGA树脂柱2串联系统，将溶解液调酸后注入柱1，负载其中的目标产物Ra和副产物Ac金属离子，络合剂洗脱除去基质Th和大量裂变子体；

3)采用无机酸淋洗负载于阳离子树脂柱1上的Ra和Ac金属离子，将所得含Ra和Ac金属离子的淋洗液直接通过DGA树脂柱2，分别得到Ra粗产品及副产物Ac；

4)将Ra粗产品浓缩注入阳离子树脂柱，通过柠檬酸铵体系淋洗去除Ba杂质，阳离子树脂柱3与DGA树脂柱4串联后，采用无机酸淋洗得到²²³Ra产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述辐照后金属Th靶通过采用加速器辐照²³²Th金属靶制得，其中，²³²Th金属靶的靶材料为未去除同位素的天然²³²Th粉末；靶为圆形，直径为10～100mm，厚度为1～10mm；

用于辐照的加速器为质子加速器，能量为90～160MeV，流强大于20nA，辐照时间大于7小时。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1)的操作为：向辐照后金属Th靶中加入硫酸和氢氟酸，加热搅拌，控制温度在60～80℃之间，搅拌时间0.5～1h，待将金属Th靶溶解至悬浊时，再分批加入去离子水，室温下继续搅拌2～4小时，最后得到澄清溶液；

补加水的体积与金属Th靶质量的配比为：35～45mL/g。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)的操作为：将所述溶解液通过阳离子树脂柱，依次用0.4～0.6M硫酸铵溶液和0.04～0.08M硝酸溶液淋洗阳离子树脂柱，利用硫酸根将四价Th离子螯合转化为阴离子形式直接通过阳离子树脂柱，而目标产物Ra和副产物Ac等金属离子被选择性负载。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述溶解液在注入阳离子树脂柱前还需将其pH值调节到1～2。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述阳离子树脂柱为AG50W-X8阳离子树脂柱；

阳离子树脂柱的体积与金属Th靶质量的配比为：2～4mL/g；

利用蠕动泵控制流速为1.5～4.0mL/min，处理每克金属Th靶溶解液的淋洗顺序依次为：35～55mL溶解液，15～40mL 0.4～0.6M硫酸铵溶液和15～40mL 0.04～0.08M硝酸溶液。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：步骤3)的操作为：将阳离子树脂柱与DGA树脂柱串联，利用蠕动泵控制流速为1.5～4.0mL/min，接步骤2)的淋洗步骤，依次为：15～30mL 4.0～6.0M硝酸溶液连续通过阳离子树脂柱与DGA树脂柱，收集为Ra粗产品，副产物Ac及镧系元素负载于DGA树脂柱；30～80mL10.0～13.0M硝酸溶液通过DGA树脂柱，收集为副产物²²⁵Ac；5～30mL去离子水通过DGA树脂柱，收集为镧系元素废液；

其中，DGA树脂柱的体积与金属Th靶质量的配比为：0.3～1.5mL/g。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：步骤4)的操作为：将Ra粗产品加热浓缩除酸，然后去离子水定溶至3～10mL注入阳离子树脂柱，采用柠檬酸铵淋洗优先洗出Ba杂质组分，将阳离子树脂柱与DGA树脂柱串联，使无机酸通过串联的阳离子树脂柱与DGA树脂柱洗脱并收集流出的²²³Ra产品，其余杂质负载于DGA树脂柱。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：利用蠕动泵控制流速为1.5～4.0mL/min，淋洗顺序依次为：3～10mL除酸后Ra粗产品溶液、240～130mL 0.15～0.30M柠檬酸铵溶液和40～60mL 0.04～0.08M硝酸溶液通过8～12mL阳离子树脂柱；30～60mL 4.0～6.0M硝酸溶液连续通过串联的阳离子树脂柱与1～3mL DGA树脂柱，收集为0号²²³Ra产品；5～30mL去离子水通过DGA树脂柱，收集为废液。

10.一种由Th组分溶液中²²⁷Th衰变产生，多次循环回收²²³Ra产品的方法，包括：第1)次循环回收步骤：将权利要求1中步骤2)分离所得的Th组分溶液，平衡10～18天，然后将Th组分溶液再次通过阳离子树脂柱与支链DGA树脂柱串联系统，用无机酸洗脱得到高纯度的²²³Ra产品；

其中，利用蠕动泵控制流速为1.5～4.0mL/min，处理每50～110mL Th组分溶液的淋洗顺序依次为：50～110mL Th组分溶液、30～80mL 0.4～0.6M硫酸铵溶液和25～50mL 0.04～0.08M硝酸溶液通过5～10mL阳离子树脂柱；30～60mL 4.0～6.0M硝酸溶液连续通过阳离子树脂柱与1～3mL DGA树脂柱，收集为1号²²³Ra产品；5～30mL去离子水通过DGA树脂柱收集为废液；

第2)次循环回收步骤：将第1)次循环回收操作中又一次收集的Th组分溶液，再静止10～18天后，进行第2)次循环回收操作，步骤同第1)次循环回收步骤，收集为2号²²³Ra产品；

第3)次循环回收……

根据回收²²³Ra产品的剂量，是否满足核医学研究与应用的需求，决定循环回收操作的执行与否。