DE2939282C2

DE2939282C2 -

Info

Publication number: DE2939282C2
Application number: DE19792939282
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dr. 7505 Ettlingen De Hanser; Bruno 7515 Linkenheim De Feurer
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1987-11-12
Also published as: DE2939282A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Hilfseinrichtung zur Herstellung von Rb-81 für medizinische Anwendungen, wobei das Rb-81 durch Kernreaktionen erzeugt und danach von Verun reinigungen getrennt wird.The invention relates to a method and an auxiliary device for the production of Rb-81 for medical applications, wherein the Rb-81 was generated by nuclear reactions and then by Verun cleaning is separated.

Zur Herstellung von Rubidium-81 für medizinische Anwendungen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ist das Verfahren von B. Rich et al bekannt ("Radiopharmaceuticals", herausg. von G. Subra manian, B. Rhodes, J. Cooper und V. Sodd, verlegt durch "The Society of Nuclear Medicine, Inc.", New York (1975) auf S. 174-179). Bei diesem Verfahren wird Krypton mit hoher Anreicherung des ⁸⁰Kr und geringem Anteil der schwereren Krypton-Isotope mit Deu teronen von nur 7,4 MeV bestrahlt. Hierbei können praktisch nur (d, n)-, (d, p)- und (d, xn)-Prozesse ablaufen, und da es kein stabiles ⁸¹Kr gibt, wird die Verunreinigung durch ⁸² ^(m)Kr ver mieden. Die übrigen radioaktiven Verunreinigungen werden durch fünfstündiges Warten (Umwandlung des ⁷⁹Rb in ⁷⁹Kr) und durch chemische Abtrennung weitgehend entfernt. Restverunreinigungen, insbesondere durch ⁸³Rb, das die Strahlenbelastung des Patienten deutlich erhöhen kann, bleiben jedoch vorhanden. Weiterhin ist die Bindung an eine Kernreaktion mit relativ niederen Werten für Wirkungsquerschnitt und nutzbare Targetdicke notwendig.For the production of rubidium-81 for medical applications, according to the preamble of claim 1, the method of B. Rich et al is known ("Radiopharmaceuticals", edited by G. Subra Manian, B. Rhodes, J. Cooper and V. Sodd, published by "The Society of Nuclear Medicine, Inc.", New York (1975), pp. 174-179). In this process, krypton with high enrichment of ⁸⁰ Kr and a small proportion of the heavier krypton isotopes is irradiated with deu terons of only 7.4 MeV. Here practically only (d, n), (d, p) and (d, xn) processes can take place, and since there is no stable ⁸¹ Kr, the contamination by ⁸² ^(m) Kr is avoided. The remaining radioactive contaminants are largely removed by waiting for five hours (conversion of ⁷⁹ Rb into ⁷⁹ Kr) and by chemical separation. However, residual impurities, especially from ⁸³ Rb, which can significantly increase the patient's radiation exposure, remain. Furthermore, the binding to a nuclear reaction with relatively low values for cross section and usable target thickness is necessary.

Weiterhin ist es aus dem KfK-Report No. 2686, 1978, Seiten 72-74 an sich bekannt, bei einem Verfahren zur Erzeugung der Isotope Ba-126, Ba-129m und Ba-135m mit Hilfe von Kernreaktionen Verunreinigungen von diesen Isotopen abzutrennen und bei der Trennung einzelner Isotope elektromagnetische Isotopentrennverfahren einzusetzen.Furthermore, it is from KfK Report No. 2686, 1978, pages 72-74 known per se in a process for producing the isotopes Ba-126, Ba-129m and Ba-135m using nuclear reactions Separate impurities from these isotopes and separate them To use isotopes electromagnetic isotope separation processes.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, ⁸¹Rb aus Krypton mit nachträglicher Abtrennung radioaktiver Verunrei nigungen - insbesondere des ⁸² ^mRb - ohne große Verluste an ⁸¹Rb so herzustellen, daß es ohne große Umstände für medizinische Zwecke verwendet werden kann.The object of the invention is now to make ⁸¹ Rb from krypton with subsequent separation of radioactive contamination - in particular the ⁸² ^m Rb - without large losses of ⁸¹ Rb so that it can be used for medical purposes without great difficulty.

Die Lösung dieser Aufgabe bei dem Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beschriebenen Merkmalen gegeben. Der Anspruch 2 gibt eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens an und der Anspruch 3 eine geeignete Hilfsein richtung zur Durchführung des Verfahrens. The solution to this problem in the process according to the preamble of Claim 1 is in the characterizing part of claim 1 described features given. Claim 2 gives an advantageous further development of the method and claim 3 a suitable auxiliary direction to carry out the procedure.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß durch die elektromagnetische Isotopentrennung mit verlustarmer Oberflächen ionisation im Hohlraum, wobei die zylindrische Wandung der Gas- Targetkammer, an der nach der Bestrahlung die erzeugte Rubidium- Aktivität haftet, anschließend in die Ionenquelle des Trenners einsetzbar ist, ein in der Medizin benötigtes Radioisotop erzeugt wird, das praktisch völlig von allen radioaktiven Verunreinigungen getrennt ist und eine einfache Endpräparation erlaubt. Das Koch salz kann leicht in Wasser gelöst werden und liegt somit (zu sammen mit dem homogen verteilten Rb-81 in Millicurie-Mengen) als physiologische Lösung (z. B. für Injektion) vor.The particular advantages of the invention are that electromagnetic isotope separation with low loss surfaces ionization in the cavity, the cylindrical wall of the gas Target chamber on which the rubidium generated after the irradiation Activity sticks, then into the ion source of the separator can be used, generates a radioisotope required in medicine that is practically completely free of all radioactive contaminants is separated and allows a simple final preparation. The cook Salt can be easily dissolved in water and is therefore (too together with the homogeneously distributed Rb-81 in millicurie quantities) as physiological solution (e.g. for injection).

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Fig. 1 und 2 näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment using FIGS. 1 and 2.

Fig. 1 gibt hierbei ein Beispiel für eine Gas-Targetkammer und Fig. 1 is in this case an example of a gas-target chamber and

Fig. 2 für eine Ionenquelle für den elektromagnetischen Isotopentrenner wieder. Fig. 2 for an ion source for the electromagnetic isotope separator again.

Die Fig. 1 zeigt in schematischem Schnitt eine konstruktive Realisierung für den Herstellungsschritt des Rb-81 durch Kern reaktionen. Das vom Deuteronen- oder Protonenstrahl 1 durchsetzte Krypton 2 ist von einem 30 mm langen Tantalröhrchen 3 (5,5 mm Innen-⌀) umgeben, das das gebildete Rubidium sammelt und das nach der Bestrahlung in die Isotopentrenner-Ionenquelle (s. Fig. 2) eingesetzt werden kann. Es ist in einen zweiteiligen, wasser gekühlten Kupferblock 4 eingepaßt, wobei einer der beiden Kupfer blockteile 5 abnehmbar ist. Zur besseren Wärmeübertragung wird zwischen Tantal-Röhrchen 3 und Kupferblock 4, 5 eine weiche Indium- Folie gelegt. Vor der Bestrahlung wird auf der inneren Oberfläche des Röhrchens 3 ca. 3 · 10^-10 g Rubidiumnitrat mittels eines einzu trocknenden Lösungstropfens verteilt. Dies erleichtert die nach folgende Isotopentrennung. Der Strahl 1 dringt ein und verläßt das Krypton-Volumen 2 durch Fenster 6 aus 10 µ dicker Havar-Folie. Diese sind als Doppelfenster mit 3-4 mm breitem atmosphärischen Zwischenraum ausgebildet. In diesem Zwischenraum wird während der Bestrahlung in feinen, auf die Fenster 6 gerichteten Strahlen zur Kühlung Preßluft 7 geblasen. Das Target-Volumen 2 läßt sich über einen Kanal 8 mit 5 mm ⌀ evakuieren und mit Krypton befüllen. Das Krypton-Vorratsgefäß 9 bildet mit Kühlfinger 10, Manometer 11 und Ventil 12 eine abnehmbare Einheit. Es kann mit natürlichem Krypton oder zur Erhöhung der Ausbeute und Reduzierung der be nötigten Beschleunigungsstrahl-Energie mit angereichertem Krypton- 82 gefüllt werden. Die Vorratseinheit 9 selbst hat ein Volumen von ca. 6 cm³ (wesentlich durch das Manometer mitbestimmt). Vor ratseinheit 9 und Targetkammer 2, 3 ergeben zusammen ein Volumen von ca. 11 cm³. Mit 70 cm³ Normaldruck-Krypton wird damit im Target 2 ein Druck von ca. 6½ bar erreicht. Höhere Fülldrücke sind möglich. Unmittelbar vor dem Eintritts-Doppelfenster 6 be findet sich eine den Strahl 1 begrenzende Blende 13 mit 5 mm Durchmesser sowie - wenn erforderlich - der Beryllium-Absorber 14 zur Verminderung der Energie des Strahls 1. Beide sind auf einen wassergekühlten Block geschraubt. Die geringe Entfernung zwischen Absorber 14 und Target 2 läßt die absorberbedingte Strahlaufweitung nicht zum Tragen kommen. Hinter dem Target 2 betritt der das Krypton durchlaufende Anteil des Strahls 1 wieder Vakuum, so daß er in einem Faraday-Käfig gemessen oder für die Erzeugung anderer Isotope genutzt werden kann. Er beträgt im allgemeinen 60 bis 80% der Stromstärke vor dem Target 2. So fort nach der Bestrahlung kann ein kleines Dewar-Gefäß, in das der Kühlfinger 10 des Vorratsgefäßes 9 eintaucht, über einen fernbedienbaren Füllmechanismus mit Flüssigstickstoff gefüllt werden. Innerhalb von drei Minuten wird damit das Krypton voll ständig aus dem Target ausgefroren (eine ähnliche Anordnung für die Erzeugung von Barium-Radioisotopen aus Xenon ist bereits be schrieben in B. Feurer and A. Hanser, KFK-Report 2686, S. 72, 1978). Fig. 1 shows a schematic section of a constructive implementation for the manufacturing step of the Rb-81 by core reactions. The krypton 2 penetrated by the deuteron or proton beam 1 is surrounded by a 30 mm long tantalum tube 3 (5.5 mm inner diameter), which collects the rubidium formed and which after irradiation into the isotope separator ion source (see FIG. 2 ) can be used. It is fitted into a two-part, water-cooled copper block 4 , one of the two copper block parts 5 being removable. For better heat transfer, a soft indium foil is placed between the tantalum tube 3 and the copper block 4, 5 . Before the irradiation, about 3 × 10 ^-10 g of rubidium nitrate is distributed on the inner surface of the tube 3 by means of a drop of solution to be dried. This facilitates the subsequent isotope separation. The beam 1 penetrates and leaves the krypton volume 2 through window 6 made of 10 micron Havar foil. These are designed as double windows with 3-4 mm wide atmospheric space. In this space, compressed air 7 is blown during cooling in fine jets directed towards the windows 6 for cooling. The target volume 2 can be evacuated via a channel 8 with 5 mm ⌀ and filled with krypton. The krypton storage vessel 9 forms a removable unit with the cooling finger 10 , manometer 11 and valve 12 . It can be filled with natural krypton or with enriched krypton-82 to increase the yield and reduce the required acceleration beam energy. The storage unit 9 itself has a volume of approximately 6 cm ³ (essentially determined by the manometer). Before advice unit 9 and target chamber 2, 3 together result in a volume of approximately 11 cm ³ . With 70 cm ³ normal pressure krypton, a pressure of approx. 6½ bar is achieved in target 2 . Higher filling pressures are possible. Immediately in front of the double entrance window 6 there is a diaphragm 13 delimiting the beam 1 and having a diameter of 5 mm and, if necessary, the beryllium absorber 14 for reducing the energy of the beam 1 . Both are screwed onto a water-cooled block. The short distance between absorber 14 and target 2 does not allow the beam widening due to the absorber to take effect. Behind the target 2 , the portion of the beam 1 passing through the krypton enters vacuum again, so that it can be measured in a Faraday cage or used to generate other isotopes. It is generally 60 to 80% of the current in front of the target 2 . Immediately after the irradiation, a small Dewar vessel, into which the cooling finger 10 of the storage vessel 9 is immersed, can be filled with liquid nitrogen via a remotely controllable filling mechanism. The krypton is thus completely frozen out of the target within three minutes (a similar arrangement for the generation of barium radioisotopes from xenon has already been described in B. Feurer and A. Hanser, KFK Report 2686, p. 72, 1978 ).

Die für die Isotopentrennung im zweiten Verfahrensschritt benutzte Ionenquelle 15 (s. Fig. 2) ist z. B. in A. Latuszynski et al, Nucl. Instr. and Meth. 125 (1975) 61 beschrieben.The ion source 15 used for the isotope separation in the second process step (see FIG. 2) is e.g. In A. Latuszynski et al, Nucl. Instr. and Meth. 125 (1975) 61.

Oberflächenionisation im Hohlraum kann zu wesentlich höheren Ioni sationsausbeuten führen, als die Langmuir-Gleichung angibt. Dies ist bedingt durch die Raumladungswirkung der von den heißen Hohl raumwänden nach innen emittierten Glühelektronen. Die negative Raumladung hält einmal positiv ionisierte Atome von den Wänden fern und verhindert ihre Wiederentladung, während Neutralatome bis zu ihrer Ionisierung weiter an die Wand stoßen können. Wei terhin ist die Ionisationsausbeute umgekehrt proportional zur Ionendichte im Hohlraum und mit der Temperatur monoton anstei gend. Hieraus ist zu erkennen, daß eine Ionenquelle 15 mit Ober flächenionisation im Hohlraum für den vorliegenden Fall, bei dem nur eine sehr kleine Substanzmenge die Quelle durchsetzen muß und die Ionendichte daher gering sein wird, besonders geeignet ist, und daß das gut bearbeitbare und hochschmelzende Tantal trotz seiner relativ niederen Elektronenaustrittsarbeit (4.2 eV) als Ionisatormaterial verwendet werden kann.Surface ionization in the cavity can lead to ionization yields much higher than the Langmuir equation states. This is due to the space charge effect of the glow electrons emitted inwards from the hot cavity walls. The negative space charge keeps positively ionized atoms away from the walls and prevents them from being re-discharged, while neutral atoms can continue to bump against the wall until they are ionized. Furthermore, the ionization yield is inversely proportional to the ion density in the cavity and increases monotonically with the temperature. From this it can be seen that an ion source 15 with surface ionization in the cavity is particularly suitable for the present case, in which only a very small amount of substance has to pass through the source and the ion density will therefore be low, and that the easily editable and high-melting tantalum despite its relatively low electron work function (4.2 eV) can be used as ionizer material.

Die Fig. 2 zeigt nunmehr einen Schnitt durch die Ionenquelle 15 sowie schematisch den Isotropentrenner 16 und das Kochsalztarget 17. Zwei aufsteckbare Kappen 18, 19 aus Tantal haben das ebenfalls aus Tantal bestehende Röhrchen 3, das während der Bestrahlung das Krypton umschlossen und das gebildete Rubidium an seiner Innenwand aufgesammelt hat, zur einschleusbaren inneren Ofen patrone ergänzt. Eine der Kappen 19 ist an einer Trägerstange 20 befestigt, die andere 18 verjüngt sich und hat am vorderen Ende eine kleine Öffnung 21 (0,7 mm ⌀) zur axialen Extraktion der Ionen. Präzise gedrehte Konusflächen (6° Konuswinkel) sorgen dafür, daß die drei Teile der Ofenpatrone 3, 18, 19 festsitzend und dicht aneinandergefügt werden können. Mit Hilfe zweier getrennt heizbarer Wolframdrahtwindungen 22, 23 (1 mm ⌀) kann die Ofen patrone 3 durch Elektronenstoß auf hohe Temperaturen gebracht werden. Für die Ionisierung ist vor allem die Aufheizung des Teils nahe der Ionenextraktionsöffnung 21 wichtig. Infolge des kleinen Durchmessers lassen sich dort leicht Temperaturen nahe des Schmelzpunktes von Tantal (3000°C) erreichen. Mit der Be heizung des mittleren und hinteren Teils wird vor allem die kon tinuierliche thermische Freisetzung des durch Lufteinwirkung nach der Bestrahlung zunächst oxidischen Rubidiums geregelt. Um Elek tronenstoßheizung zu bewirken, werden die beiden Wolfram-Draht windungen 22, 23 gegenüber der Ofenpatrone 3 auf -800 V Spannung gelegt. Bei voller Heizung fließt ein Elektronenstrom von ca. 1 A. Ofenpatrone 3 und Elektronenstoß-Kathoden sind von drei Hitzeschildern 24 bis 26 umgeben. Das innerste Schild 24 ist isoliert montiert und dient gleichzeitig als Elektronenreflektor. Da es in dieser Ionenquelle 15 keine Gasentladung und damit auch keine Materialabtragung durch Ionenbombardement gibt, ist der Verschleiß trotz der hohen Temperaturen sehr gering. Die drei Teile 3, 18, 19 aus denen die Ofenpatrone 3 besteht, können nach einer Massentrennung mit Hilfe einer Abzugsvorrichtung wieder von einander getrennt werden, ohne daß die für dichten Sitz wichtigen Konusflächen leiden.The Fig. 2 now shows a section through the ion source 15 and schematically the Isotropentrenner 16 and the target 17 saline. Two plug-on caps 18, 19 made of tantalum have supplemented the tube 3 , which is also made of tantalum and which enclosed the krypton during the irradiation and collected the rubidium formed on its inner wall, to form the insertable inner furnace cartridge. One of the caps 19 is attached to a support rod 20 , the other 18 tapers and has a small opening 21 (0.7 mm ⌀) at the front end for the axial extraction of the ions. Precisely rotated cone surfaces (6 ° cone angle) ensure that the three parts of the furnace cartridge 3, 18, 19 can be firmly and tightly joined together. With the help of two separately heatable tungsten wire windings 22, 23 (1 mm ⌀), the furnace cartridge 3 can be brought to high temperatures by electron impact. For the ionization, the heating of the part near the ion extraction opening 21 is particularly important. Due to the small diameter, temperatures close to the melting point of tantalum (3000 ° C) can easily be reached. With the heating of the middle and rear part, the continuous thermal release of the rubidium, which is initially oxidic due to exposure to air, is regulated. In order to effect electron surge heating, the two tungsten wire turns 22, 23 are placed opposite the furnace cartridge 3 at -800 V voltage. When fully heated, an electron current of approx. 1 A flows. Oven cartridge 3 and electron impact cathodes are surrounded by three heat shields 24 to 26 . The innermost shield 24 is mounted insulated and also serves as an electron reflector. Since there is no gas discharge in this ion source 15 and therefore no material removal by ion bombardment, the wear is very low despite the high temperatures. The three parts 3, 18, 19, from which the furnace cartridge 3 is made, can be separated from one another again after mass separation with the aid of a trigger device, without the cone surfaces which are important for tight fit suffering.

Der im Isotopentrenner 16 erzeugte reinste Rb-81-Ionenstrahl 27 wird auf das Target 17 gerichtet (dritter Verfahrensschritt) und dort eingelagert. Das Target 17 besteht aus Koch salz (Einkristall, polykristallin), welches durch Lösung in z. B. H₂O direkt als Injektionsmedium zum medizinischen Einsatz gebracht werden kann. In der Ionenquelle 15 wird das Produkt des ersten Verfahrensschrittes aus technischen Gründen auf 2000°C erhitzt, was für die medizinische Reinheit von Bedeutung ist.The purest Rb-81 ion beam 27 generated in the isotope separator 16 is directed onto the target 17 (third method step) and stored there. The target 17 consists of cooking salt (single crystal, polycrystalline), which by solution in z. B. H ₂ O can be brought directly as an injection medium for medical use. In the ion source 15 , the product of the first process step is heated to 2000 ° C. for technical reasons, which is important for medical purity.

Claims

1. A process for the production of Rb-81 for medical applications, the Rb-81 being generated by nuclear reactions and then being separated from impurities, characterized in that the separation is carried out by means of electromagnetic isotope separation ( 16 ) and the separated Rb-81 - Atoms are implanted in saline.

2. The method according to claim 1, characterized in that the common salt ( 17 ) is polycrystalline.

3. Auxiliary device for performing the method according to claim 1 or 2, with a gas target chamber in which core reactions are carried out, characterized in that the gas target chamber ( 3 ) as an insert in the ion source ( 15 ) of an electromagnetic isotope separator ( 16 ) suitable is.