RU215049U1 - Device for automated isolation and chemical purification of radionuclides - Google Patents

Device for automated isolation and chemical purification of radionuclides Download PDF

Info

Publication number
RU215049U1
RU215049U1 RU2022113132U RU2022113132U RU215049U1 RU 215049 U1 RU215049 U1 RU 215049U1 RU 2022113132 U RU2022113132 U RU 2022113132U RU 2022113132 U RU2022113132 U RU 2022113132U RU 215049 U1 RU215049 U1 RU 215049U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
subsystem
purification
chemical
heating block
Prior art date
Application number
RU2022113132U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Сергеевич Сысоев
Никита Сергеевич Алексеев
Михаил Сергеевич Синицын
Андрей Сергеевич Дробаха
Роман Михайлович Клопенков
Дмитрий Николаевич Майстренко
Андрей Алексеевич Станжевский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А.М. Гранова" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А.М. Гранова" Министерства здравоохранения Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А.М. Гранова" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU215049U1 publication Critical patent/RU215049U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к устройству для автоматизированного выделения и химической очистки радионуклидов и может найти применение для выделения и очистки РН, нарабатываемых на медицинских протонных ускорителях протонов средней энергии (до 30 МэВ) и средних токов пучка протонов (до 200 мкА). Устройство содержит транспортную трубу, подсоединенную к транспортному терминалу, вакуумный захват для переноса цилиндрических мишеней между подставкой хранения, транспортным терминалом и подставкой химических процессов, оснащенной нагревательным блоком, содержащее химическую ячейку, опускаемую при помощи актуатора на мишень, находящуюся на подставке химических процессов с нагревательным блоком, подсистему выделения и очистки радионуклида, состоящую из мембранных клапанов, соединительных трубок, колонки с сорбентом, насосов и реакционного сосуда с нагревательным блоком. Дополнительно устройство содержит два многоходовых крана-переключателя, инертных к концентрированным неорганическим кислотам и щелочам. Техническим результатом является возможность выделения радионуклидов с использованием концентрированных неорганических кислот и щелочей (например, таллия-201, галлия-67). 1 ил.

Figure 00000001
The utility model relates to a device for automated isolation and chemical purification of radionuclides and can be used for the isolation and purification of RN produced by medical proton accelerators of medium energy protons (up to 30 MeV) and medium proton beam currents (up to 200 μA). The device contains a transport pipe connected to the transport terminal, a vacuum gripper for transferring cylindrical targets between the storage stand, the transport terminal and the chemical processes stand equipped with a heating block, containing a chemical cell lowered by means of an actuator onto the target located on the chemical processes stand with a heating block , a radionuclide isolation and purification subsystem, consisting of membrane valves, connecting pipes, a column with a sorbent, pumps, and a reaction vessel with a heating block. Additionally, the device contains two multi-way tap-switch, inert to concentrated inorganic acids and alkalis. The technical result is the possibility of isolating radionuclides using concentrated inorganic acids and alkalis (for example, thallium-201, gallium-67). 1 ill.
Figure 00000001

Description

Полезная модель (ПМ) относится к медицинской технике, а именно к средствам выделения и очистки радионуклидов (РН), наработанных на твердотельных мишенях ускорителей и может найти применение для выделения и очистки РН, нарабатываемых на медицинских протонных ускорителях протонов средней энергии (до 30 МэВ) и средних токов пучка протонов (до 200 мкА).The utility model (PM) relates to medical equipment, namely to the means for isolating and purifying radionuclides (RN) produced on solid targets of accelerators and can be used for isolating and purifying RN produced on medical proton accelerators of medium-energy protons (up to 30 MeV) and average proton beam currents (up to 200 μA).

Значительное количество РН, применяемых в ядерной медицине (64Cu, 89Zr, 67Ga, 111In, 123I, 201Tl, 68Ge и др.), нарабатываются при облучении протонами мишенных веществ, находящихся в твердом агрегатном состоянии. Облучаемое мишенное вещество может представлять собой гальванический слой, фольгу, порошок и др. A significant amount of RN used in nuclear medicine ( 64Cu , 89Zr , 67Ga , 111In , 123I , 201Tl , 68Ge , etc.) are produced by proton irradiation of target substances in a solid state of aggregation. The irradiated target substance can be a galvanic layer, foil, powder, etc.

Следует отметить, что принципы наработки РН в твердом агрегатном состоянии достаточно хорошо изучены [Proceedings of the 13th International Workshop on Targetry and Target Chemistry, Roskilde, Denmark, July 26-28, 2010. Proceedings of the 14th International Workshop on Targetry and Target Chemistry, Playa del Carmen, Mexico, August 26-29, 2012. Proceedings of the 15th International Workshop on Targetry and Target Chemistry, Prague, Czech Republic, August 18-21, 2014. Solid Target System with In-Situ Target Dissolution, William Z. Gelbart et al., Instruments, 2019, №3, vol. 14. Solid Targetry for Compact Cyclotrons, Jožef Čomor, Bratislava, September 19-21, 2004].It should be noted that the principles of RH production in the solid state of aggregation are well studied [Proceedings of the 13th International Workshop on Targetry and Target Chemistry, Roskilde, Denmark, July 26-28, 2010. Proceedings of the 14th International Workshop on Targetry and Target Chemistry, Playa del Carmen, Mexico, August 26-29, 2012. Proceedings of the 15th International Workshop on Targetry and Target Chemistry, Prague, Czech Republic, August 18-21, 2014. Solid Target System with In-Situ Target Dissolution, William Z. Gelbart et al., Instruments, 2019, no. 3, vol. 14. Solid Targetry for Compact Cyclotrons, Jožef Čomor, Bratislava, September 19-21, 2004].

Производство РН, нарабатываемых при помощи твердотельных мишенных устройств, в общем случае включает в себя следующие стадии:The production of launch vehicles produced using solid-state target devices generally includes the following stages:

1) нанесение мишенного вещества на подложку (в случае гальванического слоя) или сборка (в случае фольги или порошка);1) deposition of the target substance on the substrate (in the case of an electroplated layer) or assembly (in the case of foil or powder);

2) установка и герметизация мишенного устройства с мишенным материалом для обеспечения герметичности по вакууму со стороны вхождения пучка ускоренных частиц и герметичности по охлаждающей воде со стороны задней стенки;2) installation and sealing of the target device with the target material to ensure tightness in terms of vacuum from the side of the entry of the beam of accelerated particles and tightness in terms of cooling water from the side of the rear wall;

3) облучение мишенного материала;3) irradiation of the target material;

4) снятие облученного устройства и извлечение облученного материала;4) removal of the irradiated device and extraction of the irradiated material;

5) растворение или возгонка мишенного вещества и перевод его в жидкое или газообразное агрегатное состояние;5) dissolution or sublimation of the target substance and its transformation into a liquid or gaseous state of aggregation;

6) выделение и очистка целевого изотопа.6) isolation and purification of the target isotope.

Однако автоматизация наработки изотопов на твердотельных мишенных устройствах представляет собой сложную задачу. Традиционно, при производстве РН стадии 1-4 выполняются с применением значительного количества ручных операций (в т. ч. с использованием копирующих манипуляторов, при работе в защитных камерах), что приводит к высокой трудоемкости процесса и, потенциально, значительному облучению персонала. However, automating the production of isotopes on solid-state target devices is a difficult task. Traditionally, stages 1-4 in the production of launch vehicles are performed using a significant number of manual operations (including using copying manipulators, when working in protective chambers), which leads to a high labor intensity of the process and, potentially, significant exposure of personnel.

Анализ предлагаемых коммерческих продуктов и исследовательских проектов показывает, что основные усилия специалистов, разрабатывающих современные твердотельные мишенные устройства, направлены на повышение степени автоматизации процесса наработки и выделения наработанных РН. An analysis of the proposed commercial products and research projects shows that the main efforts of specialists developing modern solid-state target devices are aimed at increasing the degree of automation of the process of production and extraction of accumulated launch vehicles.

Наиболее близкой к предлагаемому является система автоматического производства радиоизотопов, описанная в патенте WO2006114433A2, которая выбрана нами в качестве прототипа. Система предназначена для выделения и очистки радионуклидов, наработанных на твердотельных мишенях ускорителей средней энергии (до 30 МэВ). Closest to the proposed is a system for the automatic production of radioisotopes, described in patent WO2006114433A2, which we have chosen as a prototype. The system is designed to isolate and purify radionuclides produced on solid targets of medium-energy accelerators (up to 30 MeV).

Согласно описанию прототипа, система включает 3 блока: блок электролитического нанесения стартового изотопа и растворения облученного стартового изотопа (1), блок облучения мишени (2), установленный на циклотроне, блок выделения и очистки наработанного РН (3). Блоки 1 и 2 соединены транспортной трубой для автоматизированной передачи мишени между блоками. Блоки 1 и 3 соединены трубкой для переноса растворенного мишенного вещества в блок 3. Блоки 1 и 3 располагаются внутри защитных камер, располагаемых в радиохимической лаборатории. According to the description of the prototype, the system includes 3 blocks: a block for electrolytic deposition of the starting isotope and dissolution of the irradiated starting isotope (1), a target irradiation block (2) mounted on a cyclotron, a block for the extraction and purification of the produced PH (3). Blocks 1 and 2 are connected by a transport pipe for automated transfer of the target between the blocks. Blocks 1 and 3 are connected by a tube to transfer the dissolved target substance to block 3. Blocks 1 and 3 are located inside the protective chambers located in the radiochemical laboratory.

Твердотельная мишень, согласно описанию прототипа, включает капсулу цилиндрической формы. Мишенная подложка заключена в капсулу цилиндрической формы, один из торцов капсулы выполнен в виде усеченного конуса. Мишенная подложка отделена от углубления капсулы посредством тонкой стенки.Solid target, according to the description of the prototype, includes a capsule of a cylindrical shape. The target substrate is enclosed in a cylindrical capsule, one of the ends of the capsule is made in the form of a truncated cone. The target substrate is separated from the capsule recess by a thin wall.

Блок электролитического нанесения стартового изотопа и растворения облученного стартового изотопа включает корпусную деталь, вакуумный захват, вакуумную трубку, подставки для хранения мишеней, транспортный терминал, транспортную трубу, химическую ячейку, нагревательный блок. Транспортная труба подсоединена к блоку при помощи транспортного терминала. У блока имеются подставки для установки мишеней: 4 подставки для хранения мишеней и подставка для химических процессов, оснащенная нагревательным блоком. Перемещение мишени между подставками осуществляется при помощи вакуумного захвата с вакуумной трубкой, подключаемой при помощи фитинга. На вертикальный актуатор установлена химическая ячейка.The unit for electrolytic deposition of the starting isotope and dissolution of the irradiated starting isotope includes a body part, a vacuum gripper, a vacuum tube, supports for storing targets, a transport terminal, a transport tube, a chemical cell, and a heating unit. The transport pipe is connected to the unit with a transport terminal. The block has stands for placing targets: 4 stands for storing targets and a stand for chemical processes equipped with a heating block. The target is moved between stands by means of a vacuum gripper with a vacuum tube connected by a fitting. A chemical cell is installed on the vertical actuator.

Блок выделения и очистки наработанного РН включает колонку с ионообменной смолой, два насоса, реакционный сосуд с нагревательным блоком, мембранные клапаны и сосуды для реагентов, подсистему управления.The unit for isolation and purification of the accumulated PH includes a column with an ion exchange resin, two pumps, a reaction vessel with a heating block, membrane valves and vessels for reagents, and a control subsystem.

Работа прототипа осуществляется следующим образом. Твердотельная мишень устанавливается в блок электролитического нанесения стартового изотопа и растворения облученного стартового изотопа на подставку с нагревательным блоком, таким образом, чтобы нагреватель попал в углубление мишени. При помощи вертикального актуатора на мишень опускается химическая ячейка, при этом образуется замкнутая емкость, ограниченная химической ячейкой и мишенной подложкой. В образовавшуюся емкость из блока выделения и очистки наработанного РН посредством насосов по трубкам подается электролитический раствор, содержащий стартовый изотоп. Встроенный в химическую ячейку платиновый электрод обеспечивает разность потенциалов, необходимую для электрохимического осаждения стартового изотопа на мишенной подложке.The work of the prototype is carried out as follows. The solid target is installed in the block for electrolytic deposition of the starting isotope and dissolution of the irradiated starting isotope on a stand with a heating block in such a way that the heater enters the recess of the target. Using a vertical actuator, a chemical cell is lowered onto the target, and a closed container is formed, bounded by the chemical cell and the target substrate. An electrolytic solution containing the starting isotope is fed into the resulting container from the block for the isolation and purification of the accumulated PH by means of pumps through tubes. The platinum electrode built into the chemical cell provides the potential difference necessary for the electrochemical deposition of the starting isotope on the target substrate.

Мишень с нанесенным стартовым изотопом при помощи вакуумного захвата с фитингом переносится на подставки для ожидания облучения или в транспортный терминал и затем по транспортной трубе током сжатого воздуха в блок облучения мишени.The target with the initial isotope deposited is transferred to the stands for waiting for irradiation or to the transport terminal by means of a vacuum gripper with a fitting, and then through the transport pipe by a stream of compressed air to the target irradiation unit.

После завершения облучения мишень поступает обратно из блока облучения мишени в блок электролитического нанесения стартового изотопа и растворения облученного стартового изотопа и при помощи вакуумного захвата с фитингом переносится на подставку для химических процессов. При помощи вертикального актуатора на мишень опускается химическая ячейка, при этом образуется замкнутая емкость, ограниченная химической ячейкой и мишенной подложкой. В образовавшуюся емкость из блока выделения и очистки наработанного РН посредством насосов по трубкам подаются растворители, предназначенные для растворения мишенного слоя, содержащего наработанный РН. Полученный раствор, содержащий наработанный РН, передается по трубкам в блок выделения и очистки наработанного РН для выполнения химических реакций выделения и очистки РН. Химические реакции выделения и очистки включают нанесение раствора, содержащего наработанный РН, на сорбент в колонке, промывку сорбента различными растворами из сосудов для реагентов, элюирование РН с сорбента в реакционный сосуд с нагревательным блоком, упаривание элюата в реакционном сосуде с нагревательным блоком (при необходимости), разбавление сухого остатка в реакционном сосуде с нагревательным блоком и перенос полученного раствора из реакционного сосуда с нагревательным блоком в емкость для полупродукта. After the irradiation is completed, the target comes back from the target irradiation unit to the unit for electrolytic deposition of the starting isotope and dissolution of the irradiated starting isotope, and is transferred to the support for chemical processes using a vacuum gripper with a fitting. Using a vertical actuator, a chemical cell is lowered onto the target, and a closed container is formed, bounded by the chemical cell and the target substrate. Solvents designed to dissolve the target layer containing the accumulated PH are fed into the resulting container from the block for the extraction and purification of the accumulated PH by means of pumps through tubes. The resulting solution containing the accumulated PH is transferred through the tubes to the block for the isolation and purification of the accumulated PH to perform chemical reactions for the isolation and purification of the PH. Chemical isolation and purification reactions include applying a solution containing the generated pH to the sorbent in a column, washing the sorbent with various solutions from reagent vessels, elution of pH from the sorbent into a reaction vessel with a heating block, and evaporation of the eluate in a reaction vessel with a heating block (if necessary) , diluting the dry residue in the reaction vessel with a heating block and transferring the resulting solution from the reaction vessel with a heating block into a container for the intermediate product.

Система, описанная в указанном патенте, позволяет эффективно выполнять полностью автоматизированную наработку, выделение и очистку РН. Однако, на наш взгляд, она не лишена ряда недостатков, а именно:The system described in the mentioned patent allows efficient fully automated production, isolation and purification of PH. However, in our opinion, it is not without a number of shortcomings, namely:

1) использование в блоке выделения и очистки наработанного РН мембранных клапанов с мембранами из эластомеров в подсистеме распределения жидкостных потоков приводит к резкому снижению ресурса системы при использовании концентрированных неорганических кислот (например, концентрированной азотной кислоты) и щелочей, используемых в технологиях выделения ряда востребованных радионуклидов (например, таллия-201, галлия-67), что приводит к ограничению области применения блока.1) the use of membrane valves with elastomer membranes in the liquid flow distribution subsystem in the unit for the extraction and purification of the accumulated pH leads to a sharp decrease in the system resource when using concentrated inorganic acids (for example, concentrated nitric acid) and alkalis used in technologies for isolating a number of popular radionuclides ( for example, thallium-201, gallium-67), which leads to a limitation of the scope of the block.

Таким образом, отмеченный недостаток приводит к низкой универсальности системы-прототипа, а именно невозможности выделения радионуклидов с использованием концентрированных неорганических кислот и щелочей (например, таллия-201, галлия-67). Thus, the noted drawback leads to low versatility of the prototype system, namely the impossibility of separating radionuclides using concentrated inorganic acids and alkalis (eg, thallium-201, gallium-67).

Технический результат настоящей ПМ состоит в обеспечении возможности выделения радионуклидов с использованием концентрированных неорганических кислот и щелочей (например, таллия-201, галлия-67).The technical result of this PM is to enable the isolation of radionuclides using concentrated inorganic acids and alkalis (for example, thallium-201, gallium-67).

Этот результат достигается тем, что устройство для автоматизированного выделения и химической очистки радионуклидов содержит транспортную трубу, подсоединенную к транспортному терминалу, вакуумный захват для переноса цилиндрических мишеней между подставкой хранения, транспортным терминалом и подставкой химических процессов, оснащенной нагревательным блоком, химическую ячейку, опускаемую при помощи актуатора на мишень, находящуюся на подставке химических процессов с нагревательным блоком, подсистему выделения и очистки радионуклида, состоящую из мембранных клапанов, соединительных трубок, колонки с сорбентом, насосов и реакционного сосуда с нагревательным блоком, согласно ПМ устройство дополнительно содержит два многоходовых крана-переключателя, инертных к концентрированным неорганическим кислотам и щелочам.This result is achieved by the fact that the device for automated isolation and chemical purification of radionuclides contains a transport pipe connected to the transport terminal, a vacuum gripper for transferring cylindrical targets between the storage stand, the transport terminal and the chemical process stand equipped with a heating block, a chemical cell lowered by means of an actuator to a target located on a chemical process stand with a heating block, a radionuclide extraction and purification subsystem consisting of membrane valves, connecting tubes, a column with a sorbent, pumps and a reaction vessel with a heating block, according to the PM, the device additionally contains two multi-way switching valves, inert to concentrated inorganic acids and alkalis.

Добавление в подсистему выделения и очистки радионуклида 2 многоходовых кранов-переключателей, инертных к концентрированным неорганическим кислотам и щелочам, позволяет использовать для химических реакций выделения и очистки РН концентрированные неорганические кислоты (например, концентрированную азотную и соляную кислоты) и щелочи, используемые в технологиях выделения ряда востребованных радионуклидов (например, таллия-201, галлия-67), что расширяет область применения системы и позволяет использовать устройство для выделения и очистки широкой номенклатуры РН. Перечень возможных РН включает, но не ограничивается: медь-64, цирконий-89, таллий-201, галлий-67, галлий-68.Adding 2 multi-way switching valves inert to concentrated inorganic acids and alkalis to the radionuclide extraction and purification subsystem makes it possible to use concentrated inorganic acids (for example, concentrated nitric and hydrochloric acids) and alkalis used in the extraction technologies of a number of popular radionuclides (for example, thallium-201, gallium-67), which expands the scope of the system and allows the device to be used for the isolation and purification of a wide range of RN. The list of possible pH includes, but is not limited to: copper-64, zirconium-89, thallium-201, gallium-67, gallium-68.

Следует отметить, что все компоненты устройства выполнены компактно и размещены в едином корпусе. Это позволяет разместить устройство в одной защитной камере вместо двух, таким образом снизить стоимость комплекса оборудования и его сервисного обслуживания. It should be noted that all components of the device are made compactly and placed in a single housing. This allows you to place the device in one protective chamber instead of two, thus reducing the cost of the equipment complex and its maintenance.

Для лучшего понимания предлагаемого устройства приводим его схему For a better understanding of the proposed device, we present its diagram.

на фиг. 1, где 1 – транспортная труба, 2 – подсоединительный переходник, 3 – транспортный терминал, 4 – вакуумный захват, 5 – трубка, 6 – подставка химических процессов, 7 – подставка хранения мишени, 8 – вторая подставка химических процессов, 9 – химическая ячейка, 10 – вторая химическая ячейка, 11 – сосуды для реагентов, 12 – первый сосуд для полупродукта, 13 – многоходовые краны-переключатели, 14 – колонка с сорбентом, 15 – мембранные клапаны, 16 – первый насос, 17 – второй насос, 18 – реакционный сосуд с нагревательным блоком, 19 – перистальтический насос, 20 – второй сосуд для полупродукта.in fig. 1, where 1 is a transport pipe, 2 is a connecting adapter, 3 is a transport terminal, 4 is a vacuum gripper, 5 is a tube, 6 is a chemical process stand, 7 is a target storage stand, 8 is a second chemical process stand, 9 is a chemical cell , 10 – second chemical cell, 11 – vessels for reagents, 12 – first vessel for intermediate product, 13 – multi-way switching valves, 14 – column with sorbent, 15 – membrane valves, 16 – first pump, 17 – second pump, 18 – reaction vessel with a heating block, 19 - peristaltic pump, 20 - second vessel for intermediate.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

Мишень, представляющая собой цилиндрическую деталь с заключенной внутри плоской мишенной подложкой, устанавливается на вторую подставку химических процессов (8). При помощи вертикального актуатора на мишень опускается вторая химическая ячейка (10), при этом образуется замкнутая емкость, ограниченная второй химической ячейкой и мишенной подложкой. В образовавшуюся емкость при помощи перистальтического насоса (19) по трубкам подается электролитический раствор, содержащий стартовый изотоп, при этом распределение потоков жидкостей замкнутой емкости осуществляется при помощи мембранных клапанов (15). Встроенный во вторую химическую ячейку платиновый электрод обеспечивает разность потенциалов, необходимую для электрохимического осаждения стартового изотопа на мишенной подложке.The target, which is a cylindrical part with a flat target substrate enclosed inside, is mounted on the second support for chemical processes (8). Using a vertical actuator, the second chemical cell (10) is lowered onto the target, and a closed container is formed, bounded by the second chemical cell and the target substrate. An electrolytic solution containing the starting isotope is fed into the resulting container using a peristaltic pump (19) through the tubes, while the distribution of liquid flows in the closed container is carried out using membrane valves (15). The platinum electrode built into the second chemical cell provides the potential difference necessary for the electrochemical deposition of the starting isotope on the target substrate.

Мишень с нанесенным стартовым изотопом при помощи вакуумного захвата (4) переносится на подставку хранения мишени (7) или в транспортный терминал (3) и затем через подсоединительный переходник (2) по транспортной трубе (1) током сжатого воздуха, подаваемого по трубке (5), переносится в блок облучения мишени. Вакуумный захват закреплен на вертикальном актуаторе, который, в свою очередь, закреплен на горизонтальном актуаторе, что обеспечивает перемещение вакуумного актуатора между подставками и возможность подъема мишени с подставок.The target with the initial isotope deposited is transferred to the target storage stand (7) or to the transport terminal (3) by means of a vacuum gripper (4) and then through the connecting adapter (2) along the transport pipe (1) with a current of compressed air supplied through the tube (5 ) is transferred to the target irradiation unit. The vacuum gripper is fixed on a vertical actuator, which, in turn, is fixed on a horizontal actuator, which ensures the movement of the vacuum actuator between the supports and the possibility of lifting the target from the supports.

После завершения облучения мишень поступает обратно из блока облучения мишени в устройство и при помощи вакуумного захвата (4) переносится на первую подставку химических процессов с нагревательным блоком (6). При помощи вертикального актуатора на мишень опускается химическая ячейка (9), при этом образуется замкнутая емкость, ограниченная химической ячейкой и мишенной подложкой. В образовавшуюся емкость из сосудов для реагентов (11) посредством первого насоса (17) по трубкам подаются растворители, предназначенные для растворения мишенного слоя, содержащего наработанный РН. В случае необходимости, процесс растворения может выполняться в несколько стадий (2 и более), при этом растворитель, предназначенный для растворения мишенного слоя, подается несколькими порциями с определенными временными промежутками и затем порции раствора, содержащие наработанный РН, отбираются из замкнутой емкости и помещаются при помощи первого насоса в первый сосуд для полупродукта (12) для накопления.After the irradiation is completed, the target comes back from the target irradiation unit to the device and is transferred to the first stand of chemical processes with a heating unit (6) using a vacuum gripper (4). Using a vertical actuator, a chemical cell (9) is lowered onto the target, and a closed container is formed, bounded by the chemical cell and the target substrate. Solvents are supplied through the tubes from the vessels for reagents (11) through the tubes to dissolve the target layer containing the accumulated pH. If necessary, the dissolution process can be carried out in several stages (2 or more), while the solvent intended for dissolving the target layer is supplied in several portions at certain time intervals, and then portions of the solution containing the accumulated pH are taken from a closed container and placed at the help of the first pump into the first intermediate vessel (12) for accumulation.

Химические реакции выделения и очистки РН включают нанесение раствора, содержащего наработанный РН, на сорбент в колонке (14), промывку сорбента различными растворителями из сосудов для реагентов (11), элюирование РН с сорбента в реакционный сосуд с нагревательным блоком (18), выпаривание элюата в реакционном сосуде с нагревательным блоком (18) (при необходимости), разбавление сухого остатка в реакционном сосуде с нагревательным блоком и перенос полученного раствора из реакционного сосуда с нагревательным блоком во второй сосуд для полупродукта (20). Распределение потоков сильных неорганических кислот происходит при помощи многоходовых кранов-переключателей (13), распределение потоков прочих необходимых жидкостей и газов происходит при помощи мембранных клапанов (15). Перемещение жидкостей осуществляется при помощи первого насоса (16), обеспечивающего точное дозирование по объему. Фасовка полупродукта осуществляется при помощи второго насоса (17), обеспечивающего точное дозирование полупродукта по объему, при этом распределение потоков жидкостей происходит при помощи мембранных клапанов (15), второй насос (17) и мембранные клапаны (15) образуют подсистему фасовки.Chemical reactions of isolation and purification of RN include applying a solution containing the accumulated RN to the sorbent in a column (14), washing the sorbent with various solvents from vessels for reagents (11), elution of RN from the sorbent into a reaction vessel with a heating block (18), evaporation of the eluate in the reaction vessel with a heating block (18) (if necessary), diluting the dry residue in the reaction vessel with a heating block and transferring the resulting solution from the reaction vessel with a heating block to the second intermediate vessel (20). The distribution of flows of strong inorganic acids occurs with the help of multi-way switching valves (13), the distribution of flows of other necessary liquids and gases occurs with the help of membrane valves (15). The movement of liquids is carried out using the first pump (16), which provides accurate dosing by volume. The intermediate product is packed using the second pump (17), which ensures accurate dosing of the intermediate product by volume, while the distribution of liquid flows occurs using membrane valves (15), the second pump (17) and membrane valves (15) form a packaging subsystem.

Таким образом, универсальность прибора достигается за счет возможности реализации различных радиохимических технологий разделения наработанных радионуклидов и стартовых изотопов, основанных на разделении методом твердофазной экстракции с использованием различных сорбентов. Thus, the versatility of the device is achieved due to the possibility of implementing various radiochemical technologies for the separation of produced radionuclides and starting isotopes based on separation by solid-phase extraction using various sorbents.

Сущность полезной модели поясняется примерами. The essence of the utility model is illustrated by examples.

Пример 1 Example 1

В технологии выделения меди-64 стартовым изотопом является никель-64, при облучении которого протонами энергии 12-20 МэВ в мишенном устройстве циклотрона по реакции 64Ni(p,n)64Cu образуется медь-64. Для наработки и выделения данного радионуклида работа прибора выполняется следующим образом.In the technology of copper-64 extraction, the starting isotope is nickel-64, upon irradiation of which with 12-20 MeV protons in the target device of the cyclotron, copper-64 is formed by the reaction 64 Ni(p,n) 64 Cu. To produce and isolate this radionuclide, the device operates as follows.

Мишень, представляющая собой цилиндрическую деталь с заключенной внутри плоской мишенной подложкой, устанавливается на вторую подставку химических процессов (8). При помощи вертикального актуатора на мишень опускается вторая химическая ячейка (10), при этом образуется замкнутая емкость, ограниченная второй химической ячейкой и мишенной подложкой. В образовавшуюся емкость при помощи перистальтического насоса (19) по трубкам подается электролитический раствор, содержащий никель-64, при этом распределение потоков жидкостей замкнутой емкости осуществляется при помощи мембранных клапанов (15). Встроенный во вторую химическую ячейку платиновый электрод обеспечивает разность потенциалов, необходимую для электрохимического осаждения стартового изотопа на мишенной подложке, нанесение никеля-64 производят за 6-24 часов при токе между электродом и подложкой мишени 10-100 мА.The target, which is a cylindrical part with a flat target substrate enclosed inside, is mounted on the second support for chemical processes (8). Using a vertical actuator, the second chemical cell (10) is lowered onto the target, and a closed container is formed, bounded by the second chemical cell and the target substrate. An electrolytic solution containing nickel-64 is fed into the resulting container using a peristaltic pump (19) through the tubes, while the distribution of liquid flows in the closed container is carried out using membrane valves (15). The platinum electrode built into the second chemical cell provides the potential difference necessary for the electrochemical deposition of the starting isotope on the target substrate; nickel-64 is deposited in 6-24 hours at a current between the electrode and the target substrate of 10-100 mA.

Мишень с нанесенным никелем-64 при помощи вакуумного захвата (4) переносится на подставку хранения мишени (7) или в транспортный терминал (3) и затем через подсоединительный переходник (2) по транспортной трубе (1) током сжатого воздуха, подаваемого по трубке (5), переносится в блок облучения мишени. The target coated with nickel-64 is transferred to the target storage stand (7) or to the transport terminal (3) by means of a vacuum gripper (4) and then through the connecting adapter (2) through the transport pipe (1) by the current of compressed air supplied through the tube ( 5) is transferred to the target irradiation unit.

После завершения облучения мишень поступает обратно из блока облучения мишени в устройство и при помощи вакуумного захвата (4) переносится на первую подставку химических процессов с нагревательным блоком (6). При помощи вертикального актуатора на мишень опускается химическая ячейка (9), при этом образуется замкнутая емкость, ограниченная химической ячейкой и мишенной подложкой. В образовавшуюся емкость из сосудов для реагентов (11) посредством первого насоса (17) по трубкам подается 3 мл 6М соляной кислоты, предназначенной для растворения мишенного слоя, этап растворения занимает 30-60 минут при температуре нагревательного блока 80-90°С. После выполнения первого этапа растворения жидкость, содержащая облученный никель-64 и наработанную медь-64, перемещается в сосуд для накопления (12), выполняется второй этап растворения, аналогичный первому. After the irradiation is completed, the target comes back from the target irradiation unit to the device and is transferred to the first stand of chemical processes with a heating unit (6) using a vacuum gripper (4). Using a vertical actuator, a chemical cell (9) is lowered onto the target, and a closed container is formed, bounded by the chemical cell and the target substrate. 3 ml of 6M hydrochloric acid is supplied through the tubes from the vessels for reagents (11) by means of the first pump (17) to dissolve the target layer, the dissolution stage takes 30-60 minutes at a heating block temperature of 80-90°C. After the first stage of dissolution, the liquid containing the irradiated nickel-64 and produced copper-64 is transferred to the accumulation vessel (12), the second stage of dissolution, similar to the first one, is performed.

Химические реакции выделения и очистки РН включают нанесение раствора, содержащего облученный никель-64 и наработанную медь-64, на сорбент Bio-Rad AG-1 X8 в колонке (14), промывку сорбента 5 мл 6М соляной кислоты, 5 мл 4М соляной кислоты, 2 мл 0.1М соляной кислоты из сосудов для реагентов (11), элюирование меди-64 с сорбента в реакционный сосуд с нагревательным блоком (18) при помощи 4 мл 0.1М соляной кислоты, выпаривание элюата в реакционном сосуде с нагревательным блоком (18) 30-60 мин при температуре 95°С, разбавление сухого остатка в реакционном сосуде с нагревательным блоком при помощи 4 мл 0.1М соляной кислоты и перенос полученного раствора из реакционного сосуда с нагревательным блоком во второй сосуд для полупродукта (20). Распределение потоков сильных неорганических кислот происходит при помощи многоходовых кранов-переключателей (13), распределение потоков прочих необходимых жидкостей и газов происходит при помощи мембранных клапанов (15). Перемещение жидкостей осуществляется при помощи первого насоса (16), обеспечивающего точное дозирование по объему. Фасовка полупродукта осуществляется при помощи второго насоса (17), обеспечивающего точное дозирование полупродукта по объему, при этом распределение потоков жидкостей происходит при помощи мембранных клапанов (15), второй насос (17) и мембранные клапаны (15) образуют подсистему фасовки. Chemical reactions for isolation and purification of RN include applying a solution containing irradiated nickel-64 and accumulated copper-64 to the Bio-Rad AG-1 X8 sorbent in column (14), washing the sorbent with 5 ml of 6M hydrochloric acid, 5 ml of 4M hydrochloric acid, 2 ml 0.1 M hydrochloric acid from the reagent vessels (11), elution of copper-64 from the sorbent into the reaction vessel with a heating block (18) with 4 ml 0.1 M hydrochloric acid, evaporation of the eluate in the reaction vessel with a heating block (18) 30 -60 min at 95°C, diluting the dry residue in the reaction vessel with a heating block with 4 ml of 0.1 M hydrochloric acid and transferring the resulting solution from the reaction vessel with a heating block to the second vessel for intermediate (20). The distribution of flows of strong inorganic acids occurs with the help of multi-way switching valves (13), the distribution of flows of other necessary liquids and gases occurs with the help of membrane valves (15). The movement of liquids is carried out using the first pump (16), which provides accurate dosing by volume. The intermediate product is packed using the second pump (17), which ensures accurate dosing of the intermediate product by volume, while the distribution of liquid flows occurs using membrane valves (15), the second pump (17) and membrane valves (15) form a packaging subsystem.

Пример 2 Example 2

В технологии выделения таллия-201 стартовым изотопом является таллий-203, при облучении которого протонами энергии 25-30 МэВ в мишенном устройстве циклотрона по реакции 203Ni(p,3n)201Pb→201Tl образуется таллий-201. Для наработки и выделения данного радионуклида работа прибора выполняется следующим образом.In the technology of thallium-201 isolation, the starting isotope is thallium-203, upon irradiation of which with 25-30 MeV protons in the target device of the cyclotron, thallium-201 is formed by the reaction 203 Ni(p,3n) 201 Pb → 201 Tl. To produce and isolate this radionuclide, the device operates as follows.

Мишень, представляющая собой цилиндрическую деталь с заключенной внутри мишенной подложкой, является одноразовой, нанесение стартового таллия-203 электрохимическим методом выполняется в лаборатории холодной химии. The target, which is a cylindrical part with a target substrate enclosed inside, is disposable; the deposition of starting thallium-203 by the electrochemical method is performed in a cold chemistry laboratory.

Мишень с нанесенным стартовым пинцета помещается на подставку хранения мишени (7) или в транспортный терминал (3) и затем через подсоединительный переходник (2) по транспортной трубе (1) током сжатого воздуха, подаваемого по трубке (5), переносится в блок облучения мишени. The target with the applied starting tweezers is placed on the target storage stand (7) or in the transport terminal (3) and then through the connecting adapter (2) through the transport pipe (1) by the current of compressed air supplied through the tube (5) is transferred to the target irradiation unit .

После завершения облучения мишень поступает обратно из блока облучения мишени в устройство и при помощи вакуумного захвата (4) переносится на первую подставку химических процессов с нагревательным блоком (6). При помощи вертикального актуатора на мишень опускается химическая ячейка (9), при этом образуется замкнутая емкость, ограниченная химической ячейкой и мишенной подложкой. В образовавшуюся емкость из сосудов для реагентов (11) посредством первого насоса (17) по трубкам подается 5 мл 0.35М азотной кислоты, предназначенной для растворения мишенного слоя, этап растворения занимает 3-6 минут при температуре нагревательного блока 60-70°С. После выполнения первого этапа растворения жидкость, содержащая облученный таллий-203 и наработанный свинец-201, перемещается в сосуд для накопления (12), выполняется второй, третий, четвертый этапы растворения, аналогичные первому. After the irradiation is completed, the target comes back from the target irradiation unit to the device and is transferred to the first stand of chemical processes with a heating unit (6) using a vacuum gripper (4). Using a vertical actuator, a chemical cell (9) is lowered onto the target, and a closed container is formed, bounded by the chemical cell and the target substrate. 5 ml of 0.35 M nitric acid is supplied through the tubes from the vessels for reagents (11) through the tubes to dissolve the target layer, the dissolution stage takes 3-6 minutes at a heating block temperature of 60-70°C. After the first stage of dissolution, the liquid containing irradiated thallium-203 and accumulated lead-201 is transferred to the accumulation vessel (12), the second, third, fourth stages of dissolution, similar to the first, are performed.

Химические реакции выделения и очистки РН включают добавление раствора 13 мг/мл нитрата железа и 25% раствора аммиака в сосуд для накопления для образования осадка железа, связывающего свинец-201, нанесение полученного раствора, содержащего облученный таллий-203 и наработанный свинец-201, на фильтр с порами 10 мкм в колонке (14), промывку фильтра 5 мл деионизованной воды, растворение осадка, удержанного фильтром при помощи 3 мл 0.35М азотной кислоты и сбор полученного раствора в сосуде для полупродукта (20). Полученный раствор, содержащий свинец-201, выдерживается 20-30 часов для распада свинца-201 в талий-201, химические реакции выделения повторяются для отделения талия-201 от остатков свинца-201.Chemical reactions for isolating and purifying RN include adding a solution of 13 mg/ml of iron nitrate and 25% ammonia solution to a collection vessel to form an iron precipitate that binds lead-201, applying the resulting solution containing irradiated thallium-203 and accumulated lead-201 to filter with 10 µm pores in the column (14), washing the filter with 5 ml of deionized water, dissolving the precipitate retained by the filter with 3 ml of 0.35 M nitric acid and collecting the resulting solution in the intermediate vessel (20). The resulting solution containing lead-201 is kept for 20-30 hours for the decomposition of lead-201 into thallium-201, the chemical separation reactions are repeated to separate the thallium-201 from the residues of lead-201.

Распределение потоков сильных неорганических кислот происходит при помощи многоходовых кранов-переключателей (13), распределение потоков прочих необходимых жидкостей и газов происходит при помощи мембранных клапанов (15). Перемещение жидкостей осуществляется при помощи первого насоса (16), обеспечивающего точное дозирование по объему. Фасовка полупродукта осуществляется при помощи второго насоса (17), обеспечивающего точное дозирование полупродукта по объему, при этом распределение потоков жидкостей происходит при помощи мембранных клапанов (15), второй насос (17) и мембранные клапаны (15) образуют подсистему фасовки. The distribution of flows of strong inorganic acids occurs with the help of multi-way switching valves (13), the distribution of flows of other necessary liquids and gases occurs with the help of membrane valves (15). The movement of liquids is carried out using the first pump (16), which provides accurate dosing by volume. The intermediate product is packed using the second pump (17), which ensures accurate dosing of the intermediate product by volume, while the distribution of liquid flows occurs using membrane valves (15), the second pump (17) and membrane valves (15) form a packaging subsystem.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными имеет ряд существенных преимуществ:The proposed device in comparison with the known has a number of significant advantages:

1) с помощью устройства возможны выделение и очистка широкой номенклатуры РН;1) using the device, it is possible to isolate and purify a wide range of PH;

2) возможно одновременное выполнение циклов нанесения стартового изотопа и выделения наработанного РН;2) it is possible to simultaneously perform the cycles of applying the starting isotope and isolating the accumulated launch vehicle;

3) возможно размещение прибора в одной ячейке защитного бокса;3) it is possible to place the device in one cell of the protective box;

4) возможна фасовка раствора, содержащего наработанный радионуклид, что позволяет разделить его между несколькими потребителями.4) it is possible to package a solution containing the accumulated radionuclide, which allows it to be divided among several consumers.

Предлагаемое устройство разработано в отделении циклотронных радиофармпрепаратов ФГБУ «РНЦРХТ им. ак. А.М. Гранова» и прошло апробацию при 20 циклах наработки и выделения РН с положительным результатом. The proposed device was developed in the department of cyclotron radiopharmaceuticals of the Federal State Budgetary Institution "RNTsRHT them. ak. A.M. Granov” and was tested during 20 cycles of production and release of PH with a positive result.

Claims (1)

Устройство для автоматизированного выделения и химической очистки радионуклидов, включающее две подсистемы: подсистему электролитического нанесения стартового изотопа и растворения облученного стартового изотопа и подсистему выделения и очистки радионуклида, при этом подсистема электролитического нанесения стартового изотопа и растворения облученного стартового изотопа содержит транспортную трубу, вакуумный захват для переноса цилиндрических мишеней между подставкой хранения, транспортным терминалом и подставкой химических процессов, оснащенной нагревательным блоком, химическую ячейку, опускаемую при помощи актуатора на мишень, находящуюся на подставке химических процессов с нагревательным блоком, мембранные клапаны и насосы, а подсистема выделения и очистки радионуклида соединена с подсистемой электролитического нанесения стартового изотопа и растворения облученного стартового изотопа трубкой для переноса растворенного мишенного вещества и содержит мембранные клапаны, соединительные трубки, колонки с сорбентом, насосы и реакционный сосуд с нагревательным блоком, отличающееся тем, что в подсистему электролитического нанесения стартового изотопа и растворения облученного стартового изотопа и подсистему выделения и очистки радионуклида дополнительно включены два многоходовых крана-переключателя, инертных к концентрированным неорганическим кислотам и щелочам. A device for automated separation and chemical purification of radionuclides, including two subsystems: a subsystem for the electrolytic deposition of the starting isotope and dissolution of the irradiated starting isotope and a subsystem for the isolation and purification of the radionuclide, while the subsystem for the electrolytic deposition of the starting isotope and the dissolution of the irradiated starting isotope contains a transport tube, a vacuum gripper for transfer cylindrical targets between a storage stand, a transport terminal and a chemical processes stand equipped with a heating block, a chemical cell lowered by means of an actuator onto a target located on a chemical processes stand with a heating block, membrane valves and pumps, and the radionuclide extraction and purification subsystem is connected to the subsystem electrolytic deposition of the starting isotope and dissolution of the irradiated starting isotope with a tube for transferring the dissolved target substance and contains membrane valves connecting t cuttings, columns with a sorbent, pumps and a reaction vessel with a heating block, characterized in that the subsystem for electrolytic deposition of the starting isotope and dissolution of the irradiated starting isotope and the subsystem for isolating and purifying the radionuclide additionally include two multi-way switching valves that are inert to concentrated inorganic acids and alkalis .
RU2022113132U 2022-05-17 Device for automated isolation and chemical purification of radionuclides RU215049U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU215049U1 true RU215049U1 (en) 2022-11-28

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5154897A (en) * 1991-03-06 1992-10-13 University Of Missouri Method and apparatus for the generation of radioisotopes
US5368736A (en) * 1993-07-26 1994-11-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Process for the separation and purification of yttrium-90 for medical applications
US5809394A (en) * 1996-12-13 1998-09-15 Battelle Memorial Institute Methods of separating short half-life radionuclides from a mixture of radionuclides
JP3322952B2 (en) * 1993-10-01 2002-09-09 史朗 松本 Adsorbent for removing rare earth elements and adsorption separation method using the same
RU46603U1 (en) * 2005-03-15 2005-07-10 Ермаков Николай Иванович LIQUID RADIOACTIVE WASTE CLEANING PLANT
FR2919055A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-23 Inst Francais Du Petrole METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AND QUANTIFYING A CHEMICAL COMPOUND IN A FLUID CURRENT
CN101690853A (en) * 2009-10-19 2010-04-07 浙江大学 Method for separating element Pd from high-level radioactive waste

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5154897A (en) * 1991-03-06 1992-10-13 University Of Missouri Method and apparatus for the generation of radioisotopes
US5368736A (en) * 1993-07-26 1994-11-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Process for the separation and purification of yttrium-90 for medical applications
JP3322952B2 (en) * 1993-10-01 2002-09-09 史朗 松本 Adsorbent for removing rare earth elements and adsorption separation method using the same
US5809394A (en) * 1996-12-13 1998-09-15 Battelle Memorial Institute Methods of separating short half-life radionuclides from a mixture of radionuclides
RU46603U1 (en) * 2005-03-15 2005-07-10 Ермаков Николай Иванович LIQUID RADIOACTIVE WASTE CLEANING PLANT
FR2919055A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-23 Inst Francais Du Petrole METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AND QUANTIFYING A CHEMICAL COMPOUND IN A FLUID CURRENT
FR2919055B1 (en) * 2007-07-17 2009-10-16 Inst Francais Du Petrole METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AND QUANTIFYING A CHEMICAL COMPOUND IN A FLUID CURRENT
CN101690853A (en) * 2009-10-19 2010-04-07 浙江大学 Method for separating element Pd from high-level radioactive waste

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8147804B2 (en) Method and device for isolating a chemically and radiochemically cleaned 68Ga-radionuclide and for marking a marking precursor with the 68Ga-radionuclide
US9816156B2 (en) Method of manufacturing non-carrier-added high-purity 177Lu compounds as well as non-carrier-added 177Lu compounds
EP2715739B1 (en) General radioisotope production method employing pet-style target systems
CA2613212C (en) System for production of radioisotopes having an electrolytic cell integrated with an irradiation unit
US10943708B2 (en) System and method for metallic isotope separation by a combined thermal-vacuum distillation process
AU2002320137A1 (en) Automated radionuclide separation system and method
US20160358683A1 (en) Process for producing gallium-68 through the irradiation of a solution target
CA2965404C (en) Method and apparatus for the recovery of radioactive nuclides from spent resin materials
RU215049U1 (en) Device for automated isolation and chemical purification of radionuclides
JP5294180B2 (en) Method and apparatus for separating and purifying technetium from molybdenum containing technetium, and method and apparatus for recovering molybdenum
EP2620949A1 (en) Process and device for production of radionuclide using accelerator
CN113874101A (en) System and method for separating radium from lead, bismuth and thorium
US8647595B2 (en) Method for separating radioactive copper using chelating-ion exchange resin
CN216062117U (en) Automatic separation system for radioactive nuclide
CN108977658A (en) A kind of Ni-63 solution γ nucleic minimizing technology
Blessing et al. Production of 82mRb via the 82Kr (p, n)-process on highly enriched 82Kr: a remotely controlled compact system for irradiation, safe handling and recovery of the target gas and isolation of the radioactive product
JP7124685B2 (en) Zirconium refining method and zirconium refining apparatus
CN113413637A (en) Automatic radionuclide separation system and method
RU201495U1 (en) Device for purification of the eluate of the 68Ge / 68Ga generator for the synthesis of radiopharmaceuticals
JP7172807B2 (en) Zirconium refining method and zirconium refining apparatus
CN114829640A (en) System and method for producing elements from a mixture, storage/generation vessel and storage/generation vessel assembly
Wilbur Evaluation of Novel Wet Chemistry Separation and Purification Methods to Facilitate Automation of Astatine-211 Isolation
Dulanská et al. Determination of 239,240 Pu, 238 Pu isotopes in soil samples using molecular recognition technology product AnaLig® Pu-02 gel
Schwantes et al. Neutron capture experiments on unstable nuclei
JP2023512295A (en) System and method for separating yttrium and strontium