RU2585004C1 - Method of producing strontium-82 radioisotope - Google Patents

Method of producing strontium-82 radioisotope Download PDF

Info

Publication number
RU2585004C1
RU2585004C1 RU2015105708/05A RU2015105708A RU2585004C1 RU 2585004 C1 RU2585004 C1 RU 2585004C1 RU 2015105708/05 A RU2015105708/05 A RU 2015105708/05A RU 2015105708 A RU2015105708 A RU 2015105708A RU 2585004 C1 RU2585004 C1 RU 2585004C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
rubidium
proton
irradiation
mev
Prior art date
Application number
RU2015105708/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Загрядский
Original Assignee
Владимир Анатольевич Загрядский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Анатольевич Загрядский filed Critical Владимир Анатольевич Загрядский
Priority to RU2015105708/05A priority Critical patent/RU2585004C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2585004C1 publication Critical patent/RU2585004C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

FIELD: medicine; physics.
SUBSTANCE: invention relates to technology of producing radioisotopes for nuclear medicine on charged particle accelerators. Method of producing strontium-82 (82Sr) radioisotope by reaction of Rb(p,xn)82Sr includes irradiating target by protons, such as solution or melt of one or more chemical compounds of rubidium or their suspension in liquid carrier, and their circulation in closed circuit through protons irradiation area, gaining in target at reaction 85Rb(p,4n)82Sr and (or) reaction 87Rb(p,6n)82Sr radioisotope 82Sr, and extraction of 82Sr from irradiated target after irradiation or directly during exposure using radiochemical method.
EFFECT: invention provides low explosion hazard of method, expansion of functionality, possibility to use multiple target device, excluding costs for its production and possibility of automating process.
6 cl, 3 dwg, 9 tbl

Description

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц.The invention relates to a technology for producing radioisotopes for nuclear medicine on charged particle accelerators.

В связи с планируемым развитием в нашей стране сети центров позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) становится актуальным внедрение в клиническую практику 82Sr-82Rb изотопных генераторов, применяемых в настоящее время главным образом в США для получения 82Rb, используемого в ПЭТ-диагностике миокарда. Для зарядки 82Sr-82Rb изотопных генераторов необходим 82Sr без носителя. Известно несколько методов получения 82Sr. Однако практическое применение нашел метод получения 82Sr на ускорителях протонов с энергией ≥70 МэВ по реакции Rb(p,xn)82Sr. В качестве материала мишеней используют, как правило, металлический рубидий или твердотельную мишень из RbCl. Применение металлического рубидия сопряжено с потенциальной взрывоопасностью производства 82Sr и при неблагоприятном развитии событий («человеческий фактор») может привести к тяжелой радиационной аварии. RbCl более удобен в использовании. Технология переработки облученной RbCl-мишени относительно проста и безопасна. Однако из-за плохой теплопроводности RbCl для пучков протонов с током выше 10 мкА высок риск перегрева и расплавления облучаемой зоны мишени. В результате объемного расширения (RbCl расширяется примерно на 20% при расплавлении) расплав может частично покинуть зону облучения, уменьшив эффективную толщину мишени, что приводит к уменьшению выхода 82Sr.In connection with the planned development in our country of a network of positron emission tomography (PET) centers, the introduction of 82 Sr- 82 Rb isotope generators into clinical practice, currently used mainly in the USA to obtain 82 Rb used in myocardial PET diagnostics, is becoming relevant . To charge 82 Sr- 82 Rb isotope generators, 82 Sr without a carrier is required. Several methods are known for producing 82 Sr. However, a practical application was found for the method of producing 82 Sr at proton accelerators with an energy of ≥70 MeV by the reaction Rb (p, xn) 82 Sr. The target material used is, as a rule, a metal rubidium or a solid-state target from RbCl. The use of metallic rubidium is associated with a potential explosion hazard of 82 Sr production and, with an unfavorable development of events (the “human factor”), can lead to a severe radiation accident. RbCl is more convenient to use. The processing technology of the irradiated RbCl target is relatively simple and safe. However, due to the poor thermal conductivity of RbCl for proton beams with a current above 10 μA, the risk of overheating and melting of the irradiated zone of the target is high. As a result of volume expansion (RbCl expands by about 20% upon melting), the melt can partially leave the irradiation zone, reducing the effective thickness of the target, which leads to a decrease in the yield of 82 Sr.

Согласно (Б.Л. Жуйков, В.М. Коханюк, В.Н. Глушенко и др. «Получение стронция-82 из мишени металлического рубидия на пучке протонов с энергией 100 МэВ». Препринт ИЯИ-0810, май 1993 г.) увеличение тока до 10 мкА приводит к снижению выхода 82Sr в RbCl мишени по сравнению с облучением RbCl мишени на малых токах до 80%.According to (B.L. Zhuikov, V.M. Kokhanyuk, V.N. Glushenko et al. “Obtaining strontium-82 from a target of metallic rubidium on a proton beam with an energy of 100 MeV.” Preprint INR-0810, May 1993) an increase in current to 10 μA leads to a decrease in the yield of 82 Sr in the RbCl target in comparison with irradiation of the RbCl target at low currents to 80%.

Настоящее изобретение позволяет избежать указанных выше проблем и может быть использовано для производства радиоизотопа 82Sr по реакции Rb(p,xn)82Sr в коммерчески значимых объемах на ускорителях с током пучка протонов до нескольких сотен микроампер.The present invention avoids the above problems and can be used to produce a 82 Sr radioisotope by the Rb (p, xn) 82 Sr reaction in commercially significant volumes at accelerators with proton beam currents of up to several hundred microamps.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Радиоизотоп 82Sr может быть получен облучением протонами (Ер≈70÷800 МэВ) твердотельных мишеней из молибдена, металлического рубидия, хлорида рубидия, либо облучением ядрами 4He или 3He (энергией 5÷100 МэВ) газовых мишеней с природным криптоном или изотопами криптона.The 82 Sr radioisotope can be obtained by irradiation with protons (Е р 70 ÷ 800 MeV) of solid targets from molybdenum, metallic rubidium, rubidium chloride, or by irradiation with 4 He or 3 He nuclei (energies 5 ÷ 100 MeV) of gas targets with natural krypton or isotopes krypton.

Известен способ получения 82Sr по реакции Mo(p,spallation) (Thomas K.Е. Strontium-82 Production at Los Alamos National Laboratory. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v. 38, №3, p.p. 175-180). Мишени из металлического молибдена диаметром 1.9-6.4 см, толщиной 1.25÷1.9 см облучали пучками протонов энергией 800 МэВ. В результате реакции скалывания образовывался 82Sr. Длительность облучения различных мишеней составляла от 2 до 30 суток. Номинальный ток пучка протонов - 500 мкА. Затем мишени растворяли в смеси азотной и фосфорной кислоты в присутствии перекиси водорода, после чего многоступенчатым химическим переделом выделяли 82Sr.A known method of producing 82 Sr by the reaction of Mo (p, spallation) (Thomas K. E. Strontium-82 Production at Los Alamos National Laboratory. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v. 38, No. 3, pp 175-180). Targets made of metal molybdenum with a diameter of 1.9–6.4 cm and a thickness of 1.25–1.9 cm were irradiated with proton beams with an energy of 800 MeV. As a result of the cleavage reaction, 82 Sr. was formed. The duration of irradiation of various targets ranged from 2 to 30 days. The nominal current of the proton beam is 500 μA. Then the targets were dissolved in a mixture of nitric and phosphoric acid in the presence of hydrogen peroxide, after which 82 Sr was isolated by a multi-stage chemical redistribution.

Этот способ имеет существенные недостатки, заключающиеся в следующем:This method has significant disadvantages, which are as follows:

- для получения Sr используется уникальная дорогостоящая установка, в основном предназначенная для фундаментальных исследований: мезонная фабрика Лос-Аламосской национальной лаборатории США;- to obtain Sr, a unique and expensive installation is used, mainly intended for basic research: meson factory of the Los Alamos National Laboratory of the USA;

- технология основана на использовании одноразовой мишени;- the technology is based on the use of a disposable target;

- наряду со 82Sr в мишени образуется большое количество радиоактивных примесей;- along with 82 Sr, a large amount of radioactive impurities is formed in the target;

- выделение 82Sr сопряжено с необходимостью проведения многоступенчатого радиохимического передела мишени и утилизацией большого количества радиоактивных отходов.- the release of 82 Sr is associated with the need for multi-stage radiochemical redistribution of the target and the disposal of a large amount of radioactive waste.

Известен способ получения 82Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из металлического рубидия (Жуйков Б.Л., Коханюк В.М., Глушенко В.Н. и др. Получение стронция-82 из мишени металлического рубидия на пучке протонов с энергией 100 МэВ. - Радиохимия, 1994, том 36, стр. 494-498). Мишени из металлического рубидия представляли собой диски диаметром 30 мм и толщиной 11 мм, заключенные в герметичные оболочки из нержавеющей стали. Толщина входного окна оболочки составляла 0.13-0.2 мм. Оболочки заряжались металлическим рубидием в боксе в инертной атмосфере. Для этого рубидий в ампуле разогревали электропечью до 80-90°C, отбирая жидкий рубидий с помощью медицинского шприца, вводили жидкий металл через штуцер в оболочку. Облучение мишеней проводили на линейном ускорителе пучком протонов с энергией 100 МэВ при токах пучка 6-10 мкА. Длительность облучения достигала 10 суток. Технология переработки мишени включала механическое вскрытие кассеты и растворение мишени в изобутаноле, разрушение образующегося при растворении мишени изобутонолята рубидия и отделение органической фазы путем отгонки, отделение изотопов стронция от рубидия на ионообменной колонке.A known method of producing 82 Sr by the reaction of Rb (p, xn) on targets from metal rubidium (Zhuikov B. L., Kokhanyuk V. M., Glushenko V. N. and others. Obtaining strontium-82 from a target metal rubidium in a proton beam with an energy of 100 MeV. - Radiochemistry, 1994, Volume 36, pp. 494-498). The targets made of metal rubidium were disks with a diameter of 30 mm and a thickness of 11 mm, enclosed in sealed stainless steel shells. The thickness of the entrance window of the shell was 0.13-0.2 mm. The shells were charged with metallic rubidium in a box in an inert atmosphere. For this, rubidium in an ampoule was heated by an electric furnace to 80-90 ° C, taking liquid rubidium with a medical syringe, and liquid metal was introduced through a nozzle into the shell. Target irradiation was carried out on a linear accelerator with a proton beam with an energy of 100 MeV at beam currents of 6–10 μA. The exposure time reached 10 days. The technology for processing the target included mechanical opening of the cartridge and dissolution of the target in isobutanol, destruction of the rubidium isobutonolate formed during dissolution of the target and separation of the organic phase by distillation, separation of strontium isotopes from rubidium on an ion-exchange column.

К недостаткам данного способа можно отнести:The disadvantages of this method include:

- достаточно сложна процедура изготовления мишени;- rather complicated procedure for manufacturing the target;

- технология основана на использовании одноразовой мишени;- the technology is based on the use of a disposable target;

- выделение 82Sr сопряжено с необходимостью проведения многоступенчатого радиохимического передела мишени;- the allocation of 82 Sr is associated with the need for multi-stage radiochemical redistribution of the target;

- основным недостатком данного способа следует считать высокую потенциальную взрывоопасность, обусловленную использованием металлического рубидия.- the main disadvantage of this method should be considered a high potential explosion hazard due to the use of metallic rubidium.

Известен способ получения 82Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из металлического рубидия (Б.Л. Жуйков, В.М. Коханюк, Дж. Винсент, патент RU 2102808 C1, 1998), включающий облучение потоком ускоренных заряженных частиц мишеней из металлического рубидия, плавление рубидия после облучения и извлечение из него 82Sr сорбцией на поверхности различных металлов или оксидов, погружаемых в расплавленный металлический рубидий.A known method of producing 82 Sr by the reaction of Rb (p, xn) on targets from metallic rubidium (B.L. Zhuykov, V.M. Kokhanyuk, J. Vincent, patent RU 2102808 C1, 1998), including irradiation with a stream of accelerated charged particles of targets from metallic rubidium, melting of rubidium after irradiation and extraction of 82 Sr from it by sorption on the surface of various metals or oxides immersed in molten metal rubidium.

К недостаткам данного способа можно отнести:The disadvantages of this method include:

- значительные потери 82Sr из-за сорбции на внутренней поверхности оболочки мишени: при токах протонов порядка 0,5-1 мкА на внутренней поверхности оболочки мишени сорбируется 10-30% образующегося 82Sr, при увеличении интенсивности тока эта доля достигает 50-70%;- significant losses of 82 Sr due to sorption on the inner surface of the target shell: at proton currents of the order of 0.5-1 μA, 10-30% of the formed 82 Sr is adsorbed on the inner surface of the target shell, with an increase in current intensity, this fraction reaches 50-70% ;

- достаточно сложны процедуры изготовления мишени и извлечения 82Sr из мишени;- rather complicated procedures for manufacturing the target and extracting 82 Sr from the target;

- технология основана на использовании одноразовой мишени;- the technology is based on the use of a disposable target;

- основным недостатком, как и в предыдущем способе, следует считать высокую потенциальную взрывоопасность, обусловленную использованием металлического рубидия.- the main disadvantage, as in the previous method, should be considered a high potential explosion hazard due to the use of metallic rubidium.

Известен способ получения 82Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из металлического рубидия (Ермолаев С.В., Коханюк В.М. Жуйков Б.Л. Патент RU 2356113, 2008), включающий облучение потоком ускоренных заряженных частиц мишени, содержащей металлический рубидий внутри оболочки мишени, плавление рубидия внутри оболочки мишени после ее облучения, извлечение из него 82Sr сорбцией на поверхности различных материалов, контактирующих с жидким рубидием, в отличие от предыдущего примера 82Sr извлекают сорбцией из жидкого металлического рубидия непосредственно на внутренней поверхности оболочки облученной мишени (возможные материалы оболочки - нержавеющая сталь, тантал, ниобий, вольфрам, молибден, никель или благородные металлы) путем выдерживания герметично закрытой мишени при температуре 275-350°C. Далее металлический рубидий откачивают из мишени, при этом 96±4% 82Sr остается сорбированным на внутренней поверхности оболочки мишени. Затем 82Sr переводят в раствор, заливая в мишень различные растворители, например органические спирты, воду и/или водные растворы минеральных кислот и др. Наиболее просто и технологично производить смывание сначала водой, потом минеральными кислотами.A known method of producing 82 Sr by the reaction Rb (p, xn) on targets from metallic rubidium (Ermolaev S.V., Kokhanyuk V.M. Zhuykov B.L. Patent RU 2356113, 2008), including irradiation with a stream of accelerated charged particles of the target, containing metallic rubidium inside the target’s shell, melting rubidium inside the target’s shell after irradiation, extraction of 82 Sr from it on the surface of various materials in contact with liquid rubidium, in contrast to the previous example 82 Sr is extracted by sorption from liquid metal rubidium directly on the inside the lower surface of the shell of the irradiated target (possible shell materials are stainless steel, tantalum, niobium, tungsten, molybdenum, nickel or noble metals) by keeping the target sealed at a temperature of 275-350 ° C. Then, metal rubidium is pumped out of the target, while 96 ± 4% 82 Sr remains sorbed on the inner surface of the target shell. Then 82 Sr is transferred into the solution by pouring various solvents into the target, for example, organic alcohols, water and / or aqueous solutions of mineral acids, etc. It is most simple and technologically to wash off first with water, then with mineral acids.

Другой вариант технического решения (тот же патент) состоит в том, что в качестве рабочего вещества мишени используют жидкий рубидий, который во время облучения циркулирует по замкнутому контуру с ловушкой. 82Sr извлекают двумя методами. Первый метод - сорбция его на поверхности материалов, нагреваемых до 220-350°C, погруженных в жидкий рубидий (например, на поверхности металлических стержней в ловушке, изготовленных из нержавеющей стали, тантала, ниобия, титана, циркония, вольфрама, молибдена, никеля или благородных металлов), причем температуру рубидия, циркулирующего в контуре, поддерживают в диапазоне 10-220°C, а содержание кислорода в рубидии не превышает 3 вес.%. Второй метод - извлечение 82Sr, сорбированного на зольных частицах (твердая фаза), находящихся в жидком рубидии, с помощью фильтра - пористой мембраны (например, изготовленной из металла, не взаимодействующего с рубидием), причем содержание кислорода в циркулирующем рубидии поддерживают в диапазоне 0,1-4,0 вес % путем добавления кислорода или рубидия. При этом температура выбирается в диапазоне 10-38°C такой, чтобы поддерживать определенное соотношение твердой и жидкой фазы. Далее 82Sr смывают с поверхности стержней или фильтра органическими спиртами, водой и/или водными растворами минеральных кислот. Этот вариант позволяет извлекать 82Sr из рубидия массой даже в килограммах, проводя одновременно его облучение пучком ускоренных протонов высокой интенсивности (несколько сот мкА).Another embodiment of the technical solution (the same patent) is that liquid rubidium is used as the target working substance, which during irradiation circulates in a closed loop with a trap. 82 Sr is recovered by two methods. The first method is its sorption on the surface of materials heated to 220-350 ° C, immersed in liquid rubidium (for example, on the surface of metal rods in a trap made of stainless steel, tantalum, niobium, titanium, zirconium, tungsten, molybdenum, nickel or noble metals), and the temperature of rubidium circulating in the circuit is maintained in the range of 10-220 ° C, and the oxygen content in rubidium does not exceed 3 wt.%. The second method is the extraction of 82 Sr adsorbed on ash particles (solid phase) in liquid rubidium using a filter - a porous membrane (for example, made of a metal that does not interact with rubidium), and the oxygen content in the circulating rubidium is maintained in the range 0 , 1-4.0% by weight by adding oxygen or rubidium. In this case, the temperature is selected in the range of 10-38 ° C so as to maintain a certain ratio of solid and liquid phases. Then 82 Sr is washed off the surface of the rods or filter with organic alcohols, water and / or aqueous solutions of mineral acids. This option makes it possible to extract 82 Sr from rubidium weighing even in kilograms, simultaneously irradiating it with a beam of high-intensity accelerated protons (several hundred μA).

К недостаткам данного способа, включая все перечисленные выше варианты извлечения 82Sr, можно отнести:The disadvantages of this method, including all of the above options for the extraction of 82 Sr, include:

- сложность извлечения 82Sr из мишени;- the difficulty of extracting 82 Sr from the target;

- наличие рисков, связанных с потенциальной взрывоопасностью метода, обусловленной использованием металлического рубидия.- the presence of risks associated with the potential explosiveness of the method due to the use of metallic rubidium.

Известен способ получения 82Sr в реакциях Kr(α,xn) и Kr(3He,xn) при облучении ускоренными пучками α-частиц или 3He мишени из природного криптона (Tarkanyi F., Qaim S.M., Stocklin G. Excitation Functions of 3He- and α-Particle Induced Nuclear Reactions on Natural Krypton: Production of 82Sr at a Compact Cyclotron. - Applied Radiation and Isotopes, 1988, v. 39, №2, p.p. 135-143). Мишень облучалась α-частицами энергией 120 МэВ и ядрами 3He энергией 90 МэВ на циклотроне JULIC (ФРГ). На основании измеренных сечений реакций образования 82Sr были рассчитаны выходы 82Sr в толстой мишени для пучков α-частиц и ядер 3He. Даже при таких высоких энергиях заряженных частиц выходы 82Sr на мишени из природного криптона составили всего: 35 мкКи/мкАчас для 3He и 52 мкКи/мкАчас для α-частиц.A known method for producing 82 Sr in the reactions Kr (α, xn) and Kr (3He, xn) when irradiated with accelerated beams of α particles or 3 He targets from natural krypton (Tarkanyi F., Qaim SM, Stocklin G. Excitation Functions of 3 He - and α-Particle Induced Nuclear Reactions on Natural Krypton: Production of 82 Sr at a Compact Cyclotron. - Applied Radiation and Isotopes, 1988, v. 39, No. 2, pp 135-143). The target was irradiated with α-particles with an energy of 120 MeV and 3 He nuclei with an energy of 90 MeV at the JULIC cyclotron (Germany). Based on the measured cross sections of the reactions were calculated 82 Sr Sr 82 outputs a thick target for α-particle beams and cores 3 He. Even at such high energies of charged particles, 82 Sr yields on targets from natural krypton were only 35 μCi / μAh for 3 He and 52 μCi / μAh for α particles.

Следует подчеркнуть, что выход 82Sr в газовой мишени существенно зависит от тока пучка заряженных частиц. Разогрев газа в зоне пучка приводит к уменьшению плотности, изменению эффективной толщины мишени и, соответственно, к уменьшению выхода 82Sr. Согласно данным работы (Appl. Radiat. Isot. Vol. 39, №2, p.p. 135-143, 1988) увеличение пучка 3He с 1 мкА до 10 мкА в газовой криптоновой мишени приводит к уменьшению выхода 82Sr в три раза.It should be emphasized that the yield of 82 Sr in the gas target substantially depends on the current of the beam of charged particles. Gas heating in the beam zone leads to a decrease in density, a change in the effective thickness of the target, and, consequently, to a decrease in the yield of 82 Sr. According to the work (Appl. Radiat. Isot. Vol. 39, No. 2, pp 135-143, 1988), an increase in the 3 He beam from 1 μA to 10 μA in a gas krypton target leads to a three-fold decrease in the yield of 82 Sr.

К недостаткам данного способа можно отнести:The disadvantages of this method include:

- низкий выход 82Sr в мишени из природного криптона;- low yield of 82 Sr in the target from natural krypton;

- сильная зависимость выхода от тока пучка заряженных частиц, что не позволяет нарабатывать 82Sr в газовой криптоновой мишени на больших токах заряженных частиц.- a strong dependence of the yield on the current of a beam of charged particles, which does not allow 82 Sr to be generated in a gas krypton target at high currents of charged particles.

Известен способ получения радиоизотопа 82Sr по реакциям 80,82,83,84,86Kr(α,xn)82Sr либо 80,82,83,84,86Kr(3He,xn)82Sr. (Загрядский В.А., Латушкин С.Т., Новиков В.И., Оглоблин А.А., Унежев В.Н., Чувилин Д.Ю., Шатров А.В., Ярцев Д.И.; патент №2441290 от 27.01.2012 г. “Способ получения радиоизотопа стронций-82”). Способ включает облучение на циклотроне или линейном ускорителе пучком α-частиц или ядер 3He-каскадной мишени, состоящей из модулей с изотопами криптона, расположенными последовательно, в порядке убывания их атомных масс по направлению пучка ускоренных частиц, и накопление в ней в процессе одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86Kr(α,xn)82Sr или, соответственно, одной или нескольких пороговых ядерных реакций 80,82,83,84,86Kr(3He,xn)82Sr целевого радиоизотопа 82Sr.A known method of producing a radioisotope 82 Sr by the reactions of 80.82.83.84.86 Kr (α, xn) 82 Sr or 80.82.83.84.86 Kr (3He, xn) 82 Sr. (Zagryadsky V.A., Latushkin S.T., Novikov V.I., Ogloblin A.A., Unezhev V.N., Chuvilin D.Yu., Shatrov A.V., Yartsev D.I .; patent No. 2441290 dated January 27, 2012. “A method for producing a radioisotope of strontium-82”). The method includes irradiating at a cyclotron or linear accelerator with a beam of α particles or nuclei of a 3He cascade target, consisting of modules with krypton isotopes arranged in series, in decreasing order of their atomic masses in the direction of the accelerated particle beam, and accumulating in it one or more threshold nuclear reactions 80.82.83.84.86 Kr (α, xn) 82 Sr or, respectively, one or more threshold nuclear reactions 80.82.83.84.86 Kr (3He, xn) 82 Sr of the target radioisotope 82 Sr.

Выход 82Sr в данном методе существенно выше, чем на мишени из природного криптона (для оптимальной структуры каскадной мишени, Еα ~70 МэВ и невысоком токе выход 82Sr ~95 мкКи/мкАчас). Однако зависимость выхода 82Sr от величины тока пучка заряженных частиц остается.The yield of 82 Sr in this method is significantly higher than that of a target from natural krypton (for the optimal structure of the cascade target, E α ~ 70 MeV and low current, the yield is 82 Sr ~ 95 μCi / μAh). However, the dependence of the 82 Sr yield on the current value of the charged-particle beam remains.

К недостаткам данного способа можно отнести:The disadvantages of this method include:

- относительно не высокий (по сравнению с твердотельными мишенями) выход 82Sr;- relatively low (compared with solid targets) yield 82 Sr;

- сложность достижения оптимального по выходу 82Sr режима эксплуатации каскадной мишени, связанную с необходимостью тщательного согласования длин модулей с изотопами криптона и давлением газа в них с током пучка заряженных частиц. Необходимость указанного согласования связана с разогревом газа в зоне пучка, уменьшением его плотности и, как результат, изменением оптимальных длин пробегов заряженных частиц в модулях каскадной мишени.- the difficulty of achieving an optimal 82 Sr output mode of operation of a cascade target, associated with the need to carefully match the module lengths with krypton isotopes and the gas pressure in them with the current of a charged particle beam. The need for this coordination is associated with heating the gas in the beam zone, decreasing its density and, as a result, changing the optimal mean free paths of charged particles in the modules of the cascade target.

Известен способ получения 82Sr без носителя по реакции 84Sr(p,3n)82Y→82Sr (Болдырев П.П., Верещагин Ю.И., Латушкин С.Т., Ерилов П.Е., Загрядский В.А., Новиков В.И., Оглоблин А.А., Унежев В.Н., Чувилин Д.Ю.; патент №2538398 от 23.07.2013 г. «Способ получения радиоизотопа Sr-82»), включающий облучение протонами мишени с изотопом 84Sr, в которой в результате пороговой ядерной реакции 84Sr(p,3n)82Y нарабатывают и одновременно (во время облучения) радиохимическим методом непрерывно извлекают 82Y, продукт распада которого целевой радиоизотоп 82Sr без носителя затем выделяют радиохимическим методом. Практическую реализацию способа осуществляли следующим образом. Брали водный раствор соединения стронция, обогащенного по изотопу 84Sr и помещали его в замкнутый контур, в котором осуществляли принудительную циркуляцию раствора через зону облучения протонами и центробежный экстрактор. В зоне облучения по реакции 84Sr(p,3n)82Y нарабатывали 82Y, имеющий период полураспада 10 мин. Затем 82Y направляли по контуру в центробежный экстрактор, где экстрагировали его в органическую фазу второго контура. При этом стронций мишени остается в первом контуре. Затем 82Y по второму контуру направляли в центробежный реэкстрактор, где реэкстрагировали его в водную фазу, принудительно циркулирующую в третьем контуре, в котором накапливали 82Y и продукт его распада 82Sr.A known method of producing 82 Sr without a carrier according to the reaction 84 Sr (p, 3n) 82 Y → 82 Sr (Boldyrev P.P., Vereshchagin Yu.I., Latushkin S.T., Erilov P.E., Zagryadsky V.A. ., Novikov V.I., Ogloblin A.A., Unezhev V.N., Chuvilin D.Yu .; Patent No. 2538398 dated July 23, 2013, “Method for the production of the Sr-82 radioisotope”), including irradiation of target protons with the 84 Sr isotope, in which, as a result of a threshold nuclear reaction, 84 Sr (p, 3n) 82 Y is produced and simultaneously (during irradiation) 82 Y is continuously extracted by the radiochemical method, the decay product of which the target radioactive isotope 82 Sr without carrier is then released chemical method. The practical implementation of the method was carried out as follows. An aqueous solution of the strontium compound enriched in the 84 Sr isotope was taken and placed in a closed loop in which the solution was forcedly circulated through the proton irradiation zone and a centrifugal extractor. The irradiation of the reaction zone 84 Sr (p, 3n) accumulating Y 82 82 Y, having a half-life of 10 min. Then 82 Y was sent along the circuit to a centrifugal extractor, where it was extracted into the organic phase of the second circuit. In this case, the strontium of the target remains in the primary circuit. Then, 82 Y in the second circuit was sent to a centrifugal reextractor, where it was re-extracted into the aqueous phase, forcibly circulating in the third circuit, in which 82 Y and its decay product 82 Sr. were accumulated.

К недостаткам данного способа следует отнести:The disadvantages of this method include:

- сложность технологического процесса получения 82Sr без носителя из стронциевой мишени, основанного на двух последовательных технологических операциях (экстракции и реэкстракции 82Y), которые осуществляются за короткое время (<< Т1/2=10 мин);- the complexity of the process for producing 82 Sr without a carrier from a strontium target, based on two consecutive technological operations (extraction and reextraction of 82 Y), which are carried out in a short time (<< T 1/2 = 10 min);

- очень высокую цену стартового сырья (изотопа 84Sr), которого в природной смеси всего 0.56% и производится он только дорогим электромагнитным методом.- a very high price for starting raw materials ( 84 Sr isotope), which is only 0.56% in the natural mixture and is produced only by the expensive electromagnetic method.

Рыночная стоимость 84Sr (обогащение ~75%) в настоящее время ~60 $/мг. Для получения 82Sr приемлемого качества данным способом требуется 82Sr еще более высокого обогащения. Использование 84Sr низкого обогащения, кроме снижения выхода 82Sr, приводит к появлению большого количества нежелательных радиоактивных примесей и прежде всего 85Sr.The market value of 84 Sr (enrichment of ~ 75%) is currently ~ 60 $ / mg. To obtain 82 Sr of acceptable quality by this method, 82 Sr of even higher enrichment is required. The use of 84 Sr low enrichment, in addition to reducing the yield of 82 Sr, leads to the appearance of a large number of undesirable radioactive impurities, and above all 85 Sr.

Использование циркуляционного контура с раствором соединения стронция с изотопом 84Sr предусматривает наличие в контуре, по крайней мере, нескольких грамм изотопа 84Sr. Это означает необходимость больших стартовых вложений и, соответственно, удлинение срока окупаемости при организации производства 82Sr данным способом.The use of a circulation loop with a solution of the compound of strontium with the 84 Sr isotope provides for the presence of at least several grams of the 84 Sr isotope in the loop. This means the need for large starting investments and, accordingly, the extension of the payback period when organizing the production of 82 Sr in this way.

В качестве прототипа выбран способ получения 82Sr по реакции Rb(p,xn) на мишени из хлорида рубидия (Mausner L.F., Prach Т., Srivastava S.C. Production of 82Sr by Proton Irradiation of RbCl. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v. 38, №3, p.p. 181-184). С целью дегидратации хлорид рубидия выдерживали в вакууме в течение 48 часов, затем прессовали с усилием 75 тонн в 35 г таблетку 0.81 см толщиной и 4.44 см диаметром. Таблетка из хлорида рубидия помещалась в капсулу из нержавеющей стали и заваривалась в вакууме электронным лучом. Затем капсула с хлоридом рубидия облучалась протонами на ускорителе Брукхевенской национальной лаборатории, позволяющем ускорять протоны до энергии 200 МэВ. После облучения капсулу транспортировали в защитном контейнере в горячую лабораторию и через 6 дней выдержки вскрывали. Затем хлорид рубидия растворяли в 100 мл 0.1 М NH4OH:0.1 М NH4Cl и после многоступенчатого радиохимического передела выделяли 82Sr.As a prototype, a method for producing 82 Sr by the reaction of Rb (p, xn) on targets from rubidium chloride (Mausner LF, Prach T., Srivastava SC Production of 82 Sr by Proton Irradiation of RbCl. - Applied Radiation and Isotopes, 1987, v 38, No. 3, pp 181-184). In order to dehydrate, rubidium chloride was kept in vacuum for 48 hours, then pressed with a force of 75 tons into a 35 g tablet 0.81 cm thick and 4.44 cm in diameter. A rubidium chloride tablet was placed in a stainless steel capsule and sealed under vacuum with an electron beam. Then, the capsule with rubidium chloride was irradiated with protons at the accelerator of the Brookhaven National Laboratory, which allows accelerating protons to an energy of 200 MeV. After irradiation, the capsule was transported in a protective container to a hot laboratory and after 6 days the extracts were opened. Then rubidium chloride was dissolved in 100 ml of 0.1 M NH 4 OH: 0.1 M NH 4 Cl and 82 Sr. was isolated after a multi-stage radiochemical redistribution.

К недостаткам данного способа можно отнести:The disadvantages of this method include:

- сложность процедуры изготовления мишени;- the complexity of the manufacturing process of the target;

- метод основан на использовании одноразовой мишени;- the method is based on the use of a disposable target;

- значительное снижение выхода 82Sr с ростом тока пучка протонов; из-за плохой теплопроводности хлорида рубидия (7.6 Вт/мK) при токах выше нескольких мкА возможен перегрев и расплавление облучаемой зоны мишени; в результате объемного расширения (RbCl расширяется примерно на 20% при расплавлении) расплав может частично покинуть зону облучения, уменьшив эффективную толщину мишени, что приводит к уменьшению выхода 82Sr;- a significant decrease in the yield of 82 Sr with increasing proton beam current; due to the poor thermal conductivity of rubidium chloride (7.6 W / mK) at currents above several μA, overheating and melting of the irradiated zone of the target is possible; as a result of volume expansion (RbCl expands by about 20% upon melting), the melt can partially leave the irradiation zone, reducing the effective thickness of the target, which leads to a decrease in the yield of 82 Sr;

- получение 82Sr сопряжено с необходимостью осуществления большого числа технологических операций, осуществляемых, как правило, в ручном режиме: изготовление и монтаж одноразовой мишени на ионопроводе ускорителя, демонтаж облученной мишени, механическое вскрытие мишени, растворение активного вещества и т.д.- obtaining 82 Sr is associated with the need to carry out a large number of technological operations, carried out, as a rule, in manual mode: manufacturing and mounting a disposable target on the accelerator’s ion duct, dismantling the irradiated target, mechanically opening the target, dissolving the active substance, etc.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническими результатами предлагаемого способа получения 82Sr, нарабатываемого по реакции Rb(p,xn), следует считать:The technical results of the proposed method for producing 82 Sr produced by the reaction Rb (p, xn) should be considered:

1) Отказ от использования в качестве материала мишени металлического рубидия, являющегося потенциально взрывоопасным материалом, использование которого приводит к появлению риска возникновения тяжелой радиационной аварии.1) Refusal to use metal rubidium as a target material, which is a potentially explosive material, the use of which leads to the risk of a severe radiation accident.

2) Отказ от использования соединений рубидия в форме твердотельных мишеней, в которых из-за плохой теплопроводности сложно обеспечить эффективный отвод тепла, что ограничивает возможность использования больших токов протонного пучка.2) The rejection of the use of rubidium compounds in the form of solid targets in which, due to poor thermal conductivity, it is difficult to ensure effective heat removal, which limits the possibility of using large proton beam currents.

2) Возможность в составе материала мишени использовать широкий спектр соединений рубидия в зависимости от требований к качеству и объему производства 82Sr.2) The ability to use a wide range of rubidium compounds in the composition of the target material, depending on the requirements for the quality and production volume of 82 Sr.

3) Возможность обеспечить выход 82Sr, сравнимый с прототипом для некоторых соединений рубидия в составе материала мишени.3) The ability to provide a yield of 82 Sr, comparable with the prototype for some rubidium compounds in the composition of the target material.

4) Возможность нарабатывать 82Sr на пучках протонов с большим током (≥100 мкА) без снижения выхода 82Sr (в отличие от прототипа), что дает возможность за сравнимые времена нарабатывать интегральные количества 82Sr, значительно превышающие соответствующие количества, которые можно наработать с помощью прототипа.4) The ability to produce 82 Sr in proton beams with high current (≥100 μA) without reducing the output of 82 Sr (unlike the prototype), which makes it possible to produce integral amounts of 82 Sr in comparable times, significantly exceeding the corresponding quantities that can be obtained with using the prototype.

5) Использование многоразового мишенного устройства, позволяющего исключить затраты на изготовление мишенных устройств для каждого нового облучения.5) The use of a reusable target device that eliminates the cost of manufacturing target devices for each new exposure.

6) Возможность относительно просто автоматизировать выделение 82Sr, отказавшись от классических технологических операций, реализуемых при радиохимическом переделе мишени, и, осуществляемых, как правило, в ручном режиме.6) The ability to relatively easily automate the allocation of 82 Sr, abandoning the classical technological operations implemented during radiochemical redistribution of the target, and carried out, as a rule, in manual mode.

Для достижения указанных результатов предложен способ получения радиоизотопа стронций-82 (82Sr) по реакции Rb(p,xn)82Sr, включающий облучение мишени протонами и выделение 82Sr из облученной мишени, при этом в качестве мишени используют раствор или расплав одного или нескольких химических соединений рубидия или их взвесь в жидком носителе и осуществляют их циркуляцию в замкнутом контуре через зону облучения протонами, нарабатывая в мишени по реакции 85Rb(p,4n)82Sr и/или реакции 87Rb(p,6n)82Sr радиоизотоп 82Sr, который выделяют из мишени радиохимическим методом.To achieve these results, a method for producing a strontium-82 ( 82 Sr) radioisotope by the Rb (p, xn) 82 Sr reaction is proposed, which involves irradiating the target with protons and isolating 82 Sr from the irradiated target, using one or more solution or melt as the target rubidium chemical compounds or their suspension in a liquid carrier and circulate them in a closed loop through the proton irradiation zone, producing 85 Rb (p, 4n) 82 Sr and / or 87 Rb (p, 6n) 82 Sr radioisotope 82 in the target Sr, which is isolated from the target by a radiochemical Odom.

Кроме того:Besides:

- в качестве взвеси одного или нескольких химических соединений рубидия в жидком носителе используют водный или иной насыщенный раствор с осадком одного или нескольких химических соединений рубидия;- as a suspension of one or more chemical compounds of rubidium in a liquid carrier, an aqueous or other saturated solution with a precipitate of one or more chemical compounds of rubidium is used;

- циркуляцию мишени осуществляют принудительно;- the circulation of the target is carried out forcibly;

- циркуляцию мишени осуществляют в режиме естественной циркуляции;- circulation of the target is carried out in natural circulation;

- циркуляцию мишени осуществляют по замкнутому контуру через зону облучения протонами и теплообменник, используя мишень в качестве теплоносителя;- the target is circulated in a closed loop through the proton irradiation zone and the heat exchanger, using the target as a coolant;

- в качестве химических соединений рубидия используют соединения, выбранные из ряда: RbCl, RbF, Rb2CO3, RbNO3, Rb2SO4, RbBr, RbI, Rb(OH).- as chemical compounds of rubidium, use is made of compounds selected from the series: RbCl, RbF, Rb 2 CO 3 , RbNO 3 , Rb 2 SO 4 , RbBr, RbI, Rb (OH).

На фигуре 1 показана общая схема осуществления способа,The figure 1 shows the General scheme of the method,

на фигуре 2 - схема мишенного устройства, гдеfigure 2 is a diagram of a target device, where

1 - мишенное устройство;1 - target device;

2 - насос;2 - pump;

3 - теплообменник;3 - heat exchanger;

4 - емкость для компенсации теплового расширения мишени;4 - capacity to compensate for thermal expansion of the target;

5 - устройство для отбора (извлечения) облученной мишени;5 - device for selection (extraction) of the irradiated target;

6 - запорные вентили и соединительные коммуникации;6 - shut-off valves and connecting communications;

7 - корпус мишенного устройства;7 - body of the target device;

8 - окно из молибденовой фольги;8 - a window of molybdenum foil;

9 - зона наработки 82Sr;9 - an operating zone of 82 Sr;

10 - зона охлаждения;10 - cooling zone;

р - пучок протонов.p is the proton beam.

На фигуре 3 показано сечение образования 82Sr при облучении протонами Rb естественного изотопного состава (экспериментальные данные и кривая оценки экспериментальных данных).Figure 3 shows a cross section for the formation of 82 Sr upon irradiation of natural isotopic composition with Rb protons (experimental data and experimental data estimation curve).

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Мишень в виде раствора или расплава одного или нескольких химических соединений рубидия, или их взвеси в жидком носителе помещают в замкнутый контур, в котором либо в режиме естественной циркуляции, либо принудительно с помощью насоса 2 осуществляют циркуляцию мишени через зону облучения протонами мишенного устройства 1 и теплообменник 3. В мишени во время прохождения через мишенное устройство 1 по реакции 85Rb(p,4n)82Sr и(или) реакции 87Rb(p,6n)82Sr в зоне наработки мишенного устройства 9 нарабатывают 82Sr, который выделяют из мишени любым известным радиохимическим методом.A target in the form of a solution or melt of one or more rubidium chemical compounds, or their suspension in a liquid carrier, is placed in a closed loop in which either the target is circulated through the proton irradiation zone of target device 1 and the heat exchanger either by natural circulation or by pump 2 3. In the target, while passing through the target device 1 by the reaction 85 Rb (p, 4n) 82 Sr and (or) the reaction 87 Rb (p, 6n) 82 Sr, in the operating zone of the target device 9, 82 Sr is generated, which is released from the target any known radiochemical method.

Мишень в способе кроме функции наработки 82Sr выполняет и функцию теплоносителя: нагревается в мишенном устройстве 1 (зоне облучения протонами) и отдает тепло (охлаждается) в теплообменнике 3. Теплообменник 3 обеспечивает эффективный отвод тепла из контура циркуляции мишени для всех токов пучка протонов, при которых эксплуатируется мишень (все тепло, выделяемое в мишени, при прохождении мишени через мишенное устройство отбирается от мишени в теплообменнике 3).The target in the method, in addition to the operating time function 82 Sr, also performs the function of a heat carrier: it heats up in the target device 1 (proton irradiation zone) and transfers heat (cools) in the heat exchanger 3. Heat exchanger 3 provides efficient heat removal from the target circulation circuit for all proton beam currents, at which operates the target (all the heat generated in the target, when the target passes through the target device is taken from the target in the heat exchanger 3).

В случае если мишенью является расплав, в контуре циркуляции предусматривается система подогрева (не показана), обеспечивающая температуру контура такой, чтобы мишень в контуре циркуляции находилось в виде расплава. Выбор конкретного соединения рубидия и вида мишени (раствор, расплав или взвесь) осуществляется исходя из следующих технико-экономических показателей: приемлемого выхода 82Sr, требуемой химической и радионуклидной чистоты 82Sr, коррозионной совместимости мишени с материалами контура циркуляции. Толщина мишени в зоне облучения протонами (зона наработки 82Sr) принимается равной длине пробега протонов в мишени, соответствующей торможению (сбросу энергии) протонов от начальной энергии до энергетического порога реакции 85Rb(p,4n)82Sr (для мишени с природным рубидием или обогащенным по изотопу 85Rb). Для мишени с высокообогащенным 87Rb - до энергетического порога реакции 87Rb(p,6n)82Sr. Величина расхода мишени в контуре циркуляции выбирается такой, чтобы исключить возможность закипания мишени в зоне облучения протонами.If the target is a melt, a heating system (not shown) is provided in the circulation loop that ensures the temperature of the circuit so that the target in the circulation loop is in the form of a melt. The choice of a particular rubidium compound and type of target (solution, melt or suspension) is based on the following technical and economic indicators: acceptable yield of 82 Sr, the required chemical and radionuclide purity of 82 Sr, corrosion compatibility of the target with the materials of the circulation circuit. The thickness of the target in the proton irradiation zone ( 82 Sr production zone) is taken to be the proton mean free path in the target, corresponding to the deceleration (energy loss) of protons from the initial energy to the reaction energy threshold of 85 Rb (p, 4n) 82 Sr (for a target with natural rubidium or enriched in the isotope 85 Rb). For a target with highly enriched 87 Rb, up to the reaction energy threshold of 87 Rb (p, 6n) 82 Sr. The target flow rate in the circulation circuit is chosen so as to exclude the possibility of boiling of the target in the proton irradiation zone.

Мишенное устройство представляет собой корпус 7, разделенный перегородкой на две части - зону наработки стронция 9 и зону охлаждения 10 (трасса охлаждающей мишенное устройство воды на фигуре 1 не показана). Пучок протонов поступает в зону наработки стронция-82 через окно 8, выполненное из молибдена. Контур оснащен вентилями 6 и устройством для отбора (извлечения) облученной мишени 5 и устройством для компенсации температурного расширения мишени 4.The target device is a housing 7, divided by a partition into two parts — a strontium production zone 9 and a cooling zone 10 (the route of cooling the target water device in FIG. 1 is not shown). The proton beam enters the strontium-82 production zone through a window 8 made of molybdenum. The circuit is equipped with valves 6 and a device for selecting (extracting) the irradiated target 5 and a device for compensating the thermal expansion of the target 4.

Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention

Пример №1. Мишень в виде водного раствора RbF (с Rb природного изотопного состава) с концентрацией RbF 3 г/мл (растворимость RbF в воде при н.у. согласно В.А. Рабинович, З.Я. Хавин, Краткий химический справочник, изд. «Химия», 1977 г., равна 300 г на 100 мл воды) помещают в циркуляционный контур с принудительной циркуляцией мишени (см. фигуру 1).Example No. 1. Target in the form of an aqueous solution of RbF (with Rb of natural isotopic composition) with a concentration of RbF 3 g / ml (solubility of RbF in water at n.o. according to V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin, Brief chemical reference book, ed. " Chemistry, 1977, equal to 300 g per 100 ml of water) is placed in a circulation loop with forced circulation of the target (see figure 1).

В течение облучения средний ток пучка протонов 100 мкА. Пучок протонов на входе в мишень имеет форму круга диаметром 20 мм с постоянной поверхностной плотностью тока. Мишенное устройство изготовлено из нержавеющей стали и представляет собой цилиндрическую емкость диаметром 20 мм, разделенную на две зоны тонкостенной (~0.5 мм) перегородкой (фигура 2) с торцевым окном из металлического молибдена 8.During irradiation, the average proton beam current is 100 μA. The proton beam at the entrance to the target has a circle shape with a diameter of 20 mm with a constant surface current density. The target device is made of stainless steel and is a cylindrical container with a diameter of 20 mm, divided into two zones by a thin-walled (~ 0.5 mm) partition (figure 2) with an end window of metal molybdenum 8.

Включают насос 2, обеспечивая циркуляцию мишени в контуре. Во время движения по циркуляционному контуру при прохождении зоны наработки 9 мишенного устройства 1 мишень облучают протонами энергией 70 МэВ и нарабатывают в ней 82Sr по реакциям 85Rb(p,4n)82Sr и 87Rb(p,6n)82Sr. Облучение проводят в течение суток. После облучения мишень с помощью устройства для отбора (извлечения) облученной мишени 5 через вентиль 6 извлекают из циркуляционного контура и направляют на радиохимическую переработку для выделения 82Sr.Turn on pump 2, providing circulation of the target in the circuit. While moving along the circulation loop while passing through the operating zone 9 of the target device 1, the target is irradiated with 70 MeV protons and 82 Sr is produced in it by the reactions 85 Rb (p, 4n) 82 Sr and 87 Rb (p, 6n) 82 Sr. Irradiation is carried out during the day. After irradiation, the target using the device for selection (extraction) of the irradiated target 5 through the valve 6 is removed from the circulation circuit and sent for radiochemical processing to isolate 82 Sr.

В зоне наработки 9 протон теряет энергию с 70 МэВ до 35 МэВ (близкой к физическому порогу реакции 85Rb(p,4n)82Sr). В перегородке и в зоне охлаждения 10 выделяются оставшиеся 35 МэВ. Исходя из заданных выше начальных условий в примере 1 оценим основные условия реализации и производительность способа. Для этого рассчитаем:In production zone 9, the proton loses energy from 70 MeV to 35 MeV (close to the physical threshold of the reaction 85 Rb (p, 4n) 82 Sr). In the partition and in the cooling zone 10, the remaining 35 MeV are distinguished. Based on the initial conditions specified above in example 1, we evaluate the basic conditions for the implementation and productivity of the method. To do this, we calculate:

- ширину зоны наработки в мишенном устройстве, в которой протон сбрасывает в мишени энергию с 70 МэВ до 35 МэВ;- the width of the operating zone in the target device, in which the proton discharges energy from 70 MeV to 35 MeV in the target;

- выход 82Sr в мишени;- 82 Sr yield in the target;

- расход мишени при движении в контуре циркуляции, гарантирующий отсутствие закипания мишени в мишенном устройстве;- target consumption during movement in the circulation circuit, ensuring the absence of boiling of the target in the target device;

- производительность способа (интегральное количество 82Sr, нарабатываемое за сутки на пучке протонов с током 100 мкА).- the performance of the method (the integral amount of 82 Sr produced per day on a proton beam with a current of 100 μA).

1) Оценка ширины зоны наработки.1) Estimation of the width of the operating zone.

Ширина зоны наработки принималась равной длине пробега протона с начальной энергией 70 МэВ до достижения им энергии 35 МэВ. Длина пробега протонов рассчитывалась по программе STRIM (J.F. Ziegler, J.P. Biersack «The Stopping and Range of the Ions in Matter», www.srim.org). Плотность мишени, используемую в расчетах пробега, определяли как сумму плотностей RbF и воды с весом их массовых долей в мишени в соответствии с правилом аддитивности. Указанная плотность составила 2.92 г/см3. В таблице 1 приведены результаты расчета по программе STRJM полных длин пробега протонов в мишени для разных начальных энергий.The width of the operating zone was taken equal to the mean free path of a proton with an initial energy of 70 MeV until it reaches an energy of 35 MeV. The proton mean free path was calculated using the STRIM program (JF Ziegler, JP Biersack “The Stopping and Range of the Ions in Matter”, www.srim.org). The target density used in mileage calculations was determined as the sum of the densities of RbF and water with the weight of their mass fractions in the target in accordance with the additivity rule. The indicated density was 2.92 g / cm 3 . Table 1 shows the results of calculation using the STRJM program of the total path lengths of protons in the target for different initial energies.

Figure 00000001
Figure 00000001

Из таблицы 1 следует, что ширина зоны наработки мишенного устройства, равная разности длин пробега протонов для 70 МэВ и 35 МэВ, составляет 14.7 мм.From table 1 it follows that the width of the operating zone of the target device, equal to the difference in proton mean free paths for 70 MeV and 35 MeV, is 14.7 mm.

2) Оценка расхода мишени в контуре циркуляции, обеспечивающего прохождение мишени через мишенное устройство без закипания.2) Estimation of the target flow rate in the circulation circuit, ensuring the passage of the target through the target device without boiling.

При облучении протонами мишени в случае достижения температуры кипения раствора возможно появление паровой фазы, уменьшающей эффективную толщину мишени и, как следствие, приводящей к снижению выхода радионуклида. Предложенная в настоящем способе концепция мишени позволяет в широком диапазоне токов пучка протонов исключить закипание мишени. Оценим для начальных условий (Пример 1) величину расхода, обеспечивающего прохождение мишени через мишенное устройство без закипания. Используем для оценки известное соотношение, устанавливающее связь между энергией, выделяемой в среде при торможении пучка протонов и параметрами среды:Upon irradiation of the target with protons, when the boiling point of the solution is reached, a vapor phase may appear that reduces the effective thickness of the target and, as a result, leads to a decrease in the yield of the radionuclide. The target concept proposed in the present method makes it possible to exclude boiling of the target in a wide range of proton beam currents. We estimate for the initial conditions (Example 1) the flow rate that ensures the passage of the target through the target device without boiling. We use the well-known relation to estimate the relationship between the energy released in the medium during deceleration of the proton beam and the parameters of the medium:

Figure 00000002
Figure 00000002

здесь:here:

Q - энергия, теряемая пучком протонов (выделяемая в форме тепловой энергии) при торможении протонов в мишени;Q is the energy lost by the proton beam (released in the form of thermal energy) when protons are inhibited in the target;

Ср - удельная теплоемкость мишени;With p - specific heat of the target;

mp - масса мишени, облучаемая протонным пучком в мишенном устройстве;m p is the mass of the target irradiated by the proton beam in the target device;

t1 - температура мишени до облучения (на входе в мишенное устройство - зону облучения протонами);t 1 is the target temperature before irradiation (at the entrance to the target device is the proton irradiation zone);

t2 - температура мишени после облучения (на выходе из мишенного устройства - зоны облучения протонами).t 2 is the temperature of the target after irradiation (at the exit from the target device is the proton irradiation zone).

Ток пучка протонов связан с потоком протонов выражением:The proton beam current is related to the proton flux by the expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

где I - ток пучка протонов;where I is the current of the proton beam;

е - элементарный заряд;e is the elementary charge;

Ф - поток пучка протонов.Ф - proton beam flux.

Энергия, теряемая пучком протонов в мишени (Q), равна:The energy lost by the proton beam in the target (Q) is:

Figure 00000004
Figure 00000004

где E - энергия, теряемая одним протонов (выделяемая в форме тепловой энергии) при торможении протона в мишени.where E is the energy lost by one proton (released in the form of thermal energy) when the proton is inhibited in the target.

С учетом (1) и (2) выражение (3) можно переписать следующим образом:In view of (1) and (2), expression (3) can be rewritten as follows:

Figure 00000005
Figure 00000005

Для целей настоящей оценки примем в расчетах t2=80°C и t1=20°C. То есть подогрев мишени от начальной (t1=20°C - комнатной температуры) при прохождении через мишенное устройство 1 (зону наработки 9 - зону облучения протонами) не должен превышать 60°C.For the purposes of this assessment, we take in the calculations t 2 = 80 ° C and t 1 = 20 ° C. That is, the heating of the target from the initial (t 1 = 20 ° C - room temperature) when passing through the target device 1 (operating zone 9 - proton irradiation zone) should not exceed 60 ° C.

Теплопередачей к мишени от фольгового окна 8 (ввиду малости) и задней стенки - перегородки, охлаждаемой дополнительно, пренебрегаем.The heat transfer to the target from the foil window 8 (due to smallness) and the back wall — the partition, which is additionally cooled, is neglected.

Удельную теплоемкость мишени рассчитываем исходя из правила аддитивности:The specific heat of the target is calculated based on the additivity rule:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Ср - удельная теплоемкость мишени (раствора RbF в воде);where C p is the specific heat of the target (a solution of RbF in water);

CRbF - удельная теплоемкость фторида рубидия;C RbF — specific heat of rubidium fluoride;

CH2O - удельная теплоемкость воды;C H2O is the specific heat of water;

MRbF - масса фторида рубидия в растворе (растворимость);M RbF — mass of rubidium fluoride in solution (solubility);

MH2O - масса воды в растворе.M H2O is the mass of water in solution.

(В расчетах Ср использованы значения CH2O=4.18 [Дж/г°С] (25°C) из (В.А. Рабинович, З.Я. Хавин, Краткий химический справочник, изд. «Химия», 1977 г.) и CRbF=50.6 [Дж/моль°С] из («Физические величины», Справочник. Под ред. И.С. Григорьева и Е.З. Мейлихова, М., Энергоатомиздат, 1991 г.).(The values of C H2O = 4.18 [J / g ° C] (25 ° C) from (V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin, Brief chemical reference book, publishing house “Chemistry”, 1977) were used in C p calculations. ) and C RbF = 50.6 [J / mol ° C] from (“Physical quantities”, Handbook. Edited by IS Grigoryev and EZ Meilikhov, M., Energoatomizdat, 1991).

Подставляя в выражение (4) значения тока протонного пучка I=100 мкА, потерю энергии протона Е=35 МэВ, удельную теплоемкость мишени Ср из (5), равную 1.408 Дж/г°C и величину подогрева раствора (t2-t1)=60°C, получим массу мишени mp=41.4 г. Полученная масса мишени при облучении пучком протонов током 100 мкА нагревается за одну секунду с 20°C до 80°C. Разделив mp на плотность мишени, равную 2.92 г/см3, получим объем мишени, равный 14.2 см3. Полученный объем мишени при облучении пучком протонов током 100 мкА нагревается за одну секунду с 20°C до 80°C.Substituting into the expression (4) the values of the proton beam current I = 100 μA, the proton energy loss E = 35 MeV, the specific heat of the target C p from (5), equal to 1.408 J / g ° C and the value of the solution heating (t 2 -t 1 ) = 60 ° C, we obtain the target mass m p = 41.4 g. The resulting mass of the target is heated by a proton beam of 100 μA in one second from 20 ° C to 80 ° C. Dividing m p by the target density equal to 2.92 g / cm 3 , we obtain the target volume equal to 14.2 cm 3 . The target volume obtained by irradiating a proton beam with a current of 100 μA is heated in one second from 20 ° C to 80 ° C.

Отсюда следует, что если расход мишени в мишенном контуре выбрать равным 14.2 см3/сек, то мишень, при прохождении мишенного устройства (зоны облучения протонами), нагреется не выше 80°С. Технически реализовать режим циркуляции с указанным расходом не составляет труда.It follows that if the target flow rate in the target circuit is chosen equal to 14.2 cm 3 / s, then the target, when passing through the target device (proton irradiation zone), will heat up no higher than 80 ° С. Technically, implementing a circulation mode with a specified flow rate is not difficult.

3) Оценка выхода 82Sr в мишени.3) Estimation of the yield of 82 Sr in the target.

Для упрощения оценки выхода 82Sr, сделаем несколько допущений:To simplify the estimation of the yield of 82 Sr, we make several assumptions:

- пренебрегаем рассеянием протонов на толщине мишени (считаем пробеги в мишени для всех протонов одинаковыми);- neglect the scattering of protons on the thickness of the target (we consider the paths in the target to be the same for all protons);

- пренебрегаем распадом 82Sr за время облучения (в случае длительных облучений необходимо вносить поправку);- neglect the decay of 82 Sr during the irradiation time (in the case of prolonged irradiation, a correction must be made);

- считаем плотность тока (потока) протонов равномерной на поверхности мишени (достигается расфокусировкой и сканированием протонного пучка по мишени).- we consider the current density (flux) of protons to be uniform on the target surface (achieved by defocusing and scanning the proton beam over the target).

Пусть на элемент поверхности мишени S площадью 1 см2 падает пучок протонов с током 1 мкА (для справки: 1 мкА тока пучка протонов соответствует потоку протонов Ф=6.25×1012 протон/сек).Let a proton beam with a current of 1 μA fall onto an element of the target surface S with an area of 1 cm 2 (for reference: 1 μA of the current of the proton beam corresponds to the proton flux Φ = 6.25 × 10 12 proton / sec).

Выход 82Sr рассчитывали численно в 7-групповом энергетическом приближении для энергетических интервалов 70÷65 МэВ; 65÷60 МэВ; 60÷55 МэВ; 55÷50 МэВ; 50÷45 МэВ; 45÷40 МэВ и 40÷35 МэВ по формуле:The yield of 82 Sr was calculated numerically in the 7-group energy approximation for energy ranges of 70–65 MeV; 65 ÷ 60 MeV; 60 ÷ 55 MeV; 55 ÷ 50 MeV; 50 ÷ 45 MeV; 45 ÷ 40 MeV and 40 ÷ 35 MeV according to the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
Where
Figure 00000008

здесь:here:

V [Бк/мкА×час] - выход 82Sr в мишени;V [Bq / μA × h] - 82 Sr yield in the target;

Vi [Бк/мкА×час] - выход 82Sr в i-м энергетическом интервале;V i [Bq / μA × h] - 82 Sr yield in the i-th energy range;

λ [сек1] - постоянная распада 82Sr;λ [sec 1 ] is the decay constant of 82 Sr;

Т [сек] - время облучения мишени;T [sec] - time of irradiation of the target;

ρ [см-3] - концентрация ядер рубидия в мишени;ρ [cm -3 ] is the concentration of rubidium nuclei in the target;

f [см-2×сек-1] - плотность потока протонов;f [cm -2 × sec -1 ] is the proton flux density;

S=1 см2 - согласно начальным условиям;S = 1 cm 2 - according to the initial conditions;

xi [см] - длина пробега протона в i-м энергетическом интервале;x i [cm] is the path length of the proton in the i-th energy interval;

σi [см] - среднее для i-го энергетического интервала сечение образования 82Sr при облучении протонами рубидия природного изотопного состава (в результате суммы реакций Rb(p,xn)82Sr, где x=4 и 6).σ i [cm] is the average cross section for the formation of 82 Sr for the ith energy interval upon irradiation with rubidium protons of a natural isotopic composition (as a result of the sum of the reactions Rb (p, xn) 82 Sr, where x = 4 and 6).

Значения σi были получены из графика оценки экспериментальных данных (фигура 3), приведенного в [PRODUCTION OF LONG LIVED PARENT RADIONUCLIDES FOR GENERATORS: 68Ge, 82Sr, 90Sr AND 188W. IAEA RADIOISOTOPES AND RADIOPHARMACEUTICALS SERIES No. 2. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY VIENNA, 2010].The values of σ i were obtained from the experimental data estimation graph (Figure 3) given in [PRODUCTION OF LONG LIVED PARENT RADIONUCLIDES FOR GENERATORS: 68 Ge, 82 Sr, 90 Sr AND 188 W. IAEA RADIOISOTOPES AND RADIOPHARMACEUTICALS SERIES No. 2. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY VIENNA, 2010].

В качестве σi были взяты значения оценочной кривой, соответствующие серединам i-х энергетических интервалов. Указанные значения σi приведены в таблице 2. Здесь же приведены величины xi, рассчитанные с помощью таблицы 1.As σ i , the values of the estimated curve corresponding to the midpoints of the i-th energy intervals were taken. The indicated values of σ i are shown in table 2. Here are the values of x i calculated using table 1.

Figure 00000009
Figure 00000009

Подставляя в (6) и (7) значения λ=3.21×10-7 сек-1, Т=3.6×103 сек, ρ=1.539×1022 см-3 (для раствора с концентрацией соли 3 г/мл и плотностью 2.92 г/см3), f=6.25×1012 см-2 сек-1 S=1 см2, xi и σi из таблицы 2, получим V=9.768×106 Бк/(мкА × час) или 264 мкКи/(мкА × час).Substituting in (6) and (7) the values λ = 3.21 × 10 -7 sec -1 , T = 3.6 × 10 3 sec, ρ = 1.539 × 10 22 cm -3 (for a solution with a salt concentration of 3 g / ml and density 2.92 g / cm 3 ), f = 6.25 × 10 12 cm -2 sec -1 S = 1 cm 2 , x i and σ i from table 2, we obtain V = 9.768 × 10 6 Bq / (μA × h) or 264 μCi / (μA × hour).

4) Оценка производительности способа. Оценим интегральную активность (A) 82Sr, которая может быть наработана за сутки в Примере 1. Поскольку время облучения (1 сутки) существенно меньше периода полураспада 82Sr (Т1/2=25 суток), поправку на распад во время облучения можно не принимать во внимание:4) Evaluation of the performance of the method. We estimate the integral activity (A) of 82 Sr, which can be obtained per day in Example 1. Since the irradiation time (1 day) is significantly less than the half-life of 82 Sr (T 1/2 = 25 days), correction for decay during irradiation is not necessary taking into account:

Figure 00000010
Figure 00000010

здесь: V - выход 82Sr.here: V - exit 82 Sr.

Подставляя в (8) значение V=264 [мкКи/(мкА × час)], получим А=0.63 Ки.Substituting the value V = 264 [μCi / (μA × h)] in (8), we obtain A = 0.63 Ci.

Пример 2. Мишень в виде водного раствора RbCl (с Rb природного изотопного состава) с концентрацией RbCl 0.91 г/мл (растворимость RbCl в воде при н.у. согласно (В.А. Рабинович, З.Я. Хавин, Краткий химический справочник, изд. «Химия», 1977 г.) равна 91.1 г на 100 мл воды) помещают в тот же циркуляционный контур, что и в Примере 1, см. фигуру 1.Example 2. Target in the form of an aqueous solution of RbCl (with Rb of natural isotopic composition) with a concentration of RbCl 0.91 g / ml (solubility of RbCl in water at n.o. according to (VA Rabinovich, Z.Ya. Khavin, Brief chemical reference , published by Chemistry, 1977) is equal to 91.1 g per 100 ml of water) placed in the same circulation circuit as in Example 1, see figure 1.

Включают насос 2, обеспечивая циркуляцию мишени в контуре. Во время движения по циркуляционному контуру при прохождении мишенного устройства 1 мишень облучают протонами энергией 70 МэВ и нарабатывают в ней 82Sr по реакциям 85Rb(p,4n)82Sr и 87Rb(p,6n)82Sr. Облучение проводят в течение суток. После облучения мишень с помощью устройства для отбора (извлечения) облученной мишени 5 через вентиль 6 извлекают из циркуляционного контура и направляют на радиохимическую переработку для выделения 82Sr.Turn on pump 2, providing circulation of the target in the circuit. While moving along the circulation loop when passing through the target device 1, the target is irradiated with 70 MeV protons and 82 Sr is produced in it by the reactions 85 Rb (p, 4n) 82 Sr and 87 Rb (p, 6n) 82 Sr. Irradiation is carried out during the day. After irradiation, the target using the device for selection (extraction) of the irradiated target 5 through the valve 6 is removed from the circulation circuit and sent for radiochemical processing to isolate 82 Sr.

Конструкция мишенного устройства, ток пучка протонов те же, что и в Примере 1, за исключением ширины зоны наработки в мишенном устройстве, в которой протон сбрасывает в мишени энергию с 70 МэВ до 35 МэВ. Исходя из заданных начальных условий в Примере №2 (состава и концентрации соединения рубидия) оценим основные условия реализации и производительность способа.The design of the target device, the proton beam current is the same as in Example 1, except for the width of the operating zone in the target device, in which the proton discharges energy from 70 MeV to 35 MeV in the target. Based on the given initial conditions in Example No. 2 (composition and concentration of the rubidium compound), we evaluate the main conditions for the implementation and productivity of the method.

Для этого рассчитаем:To do this, we calculate:

- ширину зоны наработки в мишенном устройстве, в которой протон сбрасывает в мишени энергию с 70 МэВ до 35 МэВ;- the width of the operating zone in the target device, in which the proton discharges energy from 70 MeV to 35 MeV in the target;

- расход мишени при движении в контуре циркуляции, гарантирующий отсутствие закипания мишени в мишенном устройстве;- target consumption during movement in the circulation circuit, ensuring the absence of boiling of the target in the target device;

- выход 82Sr в мишени;- 82 Sr yield in the target;

- производительность способа (интегральное количество 82Sr, нарабатываемое за сутки на пучке протонов с током 100 мкА).- the performance of the method (the integral amount of 82 Sr produced per day on a proton beam with a current of 100 μA).

1) Оценка ширины зоны наработки. Ширина зоны наработки принималась равной длине пробега протона с начальной энергией 70 МэВ до достижения им энергии 35 МэВ. Длины пробегов протонов рассчитывались по программе STRIM (см. Пример 1). Плотность мишени, используемую в расчетах пробега, определяли в соответствии с правилом аддитивности, так же, как в Примере 1. Указанная плотность составила 1.84 г/см3. В таблице 3 приведены результаты расчета по программе STRIM полных длин пробега протонов в мишени для разных начальных энергий.1) Estimation of the width of the operating zone. The width of the operating zone was taken equal to the mean free path of a proton with an initial energy of 70 MeV until it reaches an energy of 35 MeV. The proton path lengths were calculated using the STRIM program (see Example 1). The density of the target used in the calculation of mileage was determined in accordance with the additivity rule, as in Example 1. The indicated density was 1.84 g / cm 3 . Table 3 shows the results of calculation using the STRIM program of the total path lengths of protons in the target for different initial energies.

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Из таблицы 3 следует, что ширина зоны наработки мишенного устройства, равная разности длин пробега протонов для 70 МэВ и 35 МэВ, составляет 20.9 мм.From table 3 it follows that the width of the operating zone of the target device, equal to the difference in proton mean free paths for 70 MeV and 35 MeV, is 20.9 mm.

2) Оценка расхода мишени в контуре циркуляции, обеспечивающего прохождение мишени через мишенное устройство без закипания.2) Estimation of the target flow rate in the circulation circuit, ensuring the passage of the target through the target device without boiling.

Алгоритм расчета расхода мишени в контуре циркуляции, обеспечивающего прохождение мишени через мишенное устройство без закипания, тот же, что и в Примере 1. (В расчетах Ср использованы значения CH2O=4.18 [Дж/г°С] (25°С) из (В.А. Рабинович, З.Я. Хавин, Краткий химический справочник, изд. «Химия», 1977 г.) и CRbCl=52.3[Дж/моль°С] из («Физические величины», Справочник. Под ред. И.С. Григорьева и Е.З. Мейлихова, М., Энергоатомиздат, 1991 г.)The algorithm for calculating the flow rate of the target in the circulation loop, ensuring the passage of the target through the target device without boiling, is the same as in Example 1. (In calculations of C p , the values C H2O = 4.18 [J / g ° C] (25 ° C) from (V. A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin, Brief chemical reference book, publishing house “Chemistry”, 1977) and C RbCl = 52.3 [J / mol ° С] from (“Physical quantities”, Reference. Ed. I.S. Grigoriev and E.Z. Meilikhova, M., Energoatomizdat, 1991)

Подставляя в выражение (4) значения тока протонного пучка I=100 мкА, потерю энергии протона Е=35 МэВ, удельную теплоемкость мишени Ср, рассчитанную по формуле (5) для RbCl, равную 2.39 Дж/г°С и величину подогрева раствора (t2-t1)=60°C, получим массу мишени mp=24.4 г. Полученная масса мишени при облучении пучком протонов током 100 мкА нагревается за одну секунду с 20°C до 80°С. Разделив mp на плотность мишени, равную 1.84 г/см3, получим объем мишени, равный 13.3 см3. Полученный объем мишени при облучении пучком протонов током 100 мкА нагревается за одну секунду с 20°C до 80°C.Substituting into the expression (4) the values of the proton beam current I = 100 μA, the proton energy loss E = 35 MeV, the specific heat of the target С p calculated by formula (5) for RbCl, equal to 2.39 J / g ° С and the solution heating value ( t 2 -t 1 ) = 60 ° C, we obtain the target mass m p = 24.4 g. The resulting mass of the target is irradiated with a proton beam of 100 μA current in one second from 20 ° C to 80 ° C. Dividing m p by the target density equal to 1.84 g / cm 3 , we obtain the target volume equal to 13.3 cm 3 . The target volume obtained by irradiating a proton beam with a current of 100 μA is heated in one second from 20 ° C to 80 ° C.

Отсюда следует, что если расход мишени в мишенном контуре выбрать равным 13.3 см3/сек, то мишень, при прохождении мишенного устройства (зоны облучения протонами), нагреется не выше 80°C. Реализовать режим циркуляции с указанным расходом также, как и в Примере 1, не составляет труда.It follows that if the target flow rate in the target circuit is chosen equal to 13.3 cm 3 / s, then the target, when passing through the target device (proton irradiation zone), will heat up no higher than 80 ° C. Implement the circulation mode with the specified flow rate as well as in Example 1, is not difficult.

3) Оценка выхода S2Sr в мишени.3) Estimation of the yield of S2 Sr in the target.

Алгоритм расчета выхода 82Sr в мишени - тот же, что и в Примере 1. В таблице 4 приведены значения σi. Здесь же приведены величины xi, рассчитанные с помощью таблицы 3.The algorithm for calculating the yield of 82 Sr in the target is the same as in Example 1. Table 4 shows the values of σ i . The values of x i calculated using table 3 are also shown here.

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Подставляя в (6) и (7) значения λ=3.21×10-7 сек-1, Т=3.6×103 сек, ρ=6.56×1021 см-3 (для раствора с концентрацией соли 0.91 г/мл и плотностью 1.84 г/см3), f=6.25×1012 см-2 сек-1, S=1 см2, xi и σi из таблицы 4, получим V=5.88×106 Бк/(мкА × час) или 159 мкКи/(мкА × час).Substituting in (6) and (7) the values λ = 3.21 × 10 -7 sec -1 , T = 3.6 × 10 3 sec, ρ = 6.56 × 10 21 cm -3 (for a solution with a salt concentration of 0.91 g / ml and density 1.84 g / cm 3 ), f = 6.25 × 10 12 cm -2 sec -1 , S = 1 cm 2 , x i and σ i from table 4, we obtain V = 5.88 × 10 6 Bq / (μA × hour) or 159 μCi / (μA × hour).

4) Оценка производительности способа.4) Evaluation of the performance of the method.

Оценим интегральную активность (A) 82Sr, которая может быть наработана за сутки в Примере 2.We estimate the integral activity of (A) 82 Sr, which can be accumulated per day in Example 2.

Figure 00000015
Figure 00000015

здесь: V - выход 82Sr.here: V - exit 82 Sr.

Подставляя значение V=159 [мкКи/(мкА × час)], получим А=0.382 Ки.Substituting the value V = 159 [μCi / (μA × hr)], we obtain A = 0.382 Ci.

Пример №3. Мишень в виде водного раствора Rb2CO3 (с Rb природного изотопного состава) с концентрацией Rb2CO3 2.23 г/мл (растворимость Rb2CO3 в воде при н.у. согласно (В.А. Рабинович, З.Я. Хавин, Краткий химический справочник, изд. «Химия», 1977 г.) равна 223 г на 100 мл воды) помещают в тот же циркуляционный контур, что и в Примере 1, см. фигуру 1.Example No. 3. Target in the form of an aqueous solution of Rb 2 CO 3 (with Rb of natural isotopic composition) with a concentration of Rb 2 CO 3 2.23 g / ml (solubility of Rb 2 CO 3 in water at n.o. according to (V.A. Rabinovich, Z.Ya. . Khavin, Brief chemical reference book, publishing house "Chemistry", 1977) is equal to 223 g per 100 ml of water) are placed in the same circulation circuit as in Example 1, see figure 1.

Включают насос, обеспечивая циркуляцию мишени в контуре. Во время движения по циркуляционному контуру при прохождении мишенного устройства мишень облучают протонами энергией 70 МэВ и нарабатывают в ней 82Sr по реакциям 85Rb(p,4n)82Sr и 87Rb(p,6n)82Sr. Облучение проводят в течение суток. После облучения мишень с помощью устройства для отбора (извлечения) облученной мишени (5) через вентиль (6) извлекают из циркуляционного контура и направляют на радиохимическую переработку для выделения 82Sr.Turn on the pump, providing circulation of the target in the circuit. While moving along the circulation circuit while passing through the target device, the target is irradiated with 70 MeV protons and 82 Sr is produced in it by the reactions 85 Rb (p, 4n) 82 Sr and 87 Rb (p, 6n) 82 Sr. Irradiation is carried out during the day. After irradiation, the target, using the device for selecting (extracting) the irradiated target (5) through the valve (6), is removed from the circulation circuit and sent for radiochemical processing to isolate 82 Sr.

Конструкция мишенного устройства, ток пучка протонов те же, что и в Примере 1, за исключением ширины зоны наработки в мишенном устройстве, в которой протон сбрасывает в мишени энергию с 70 МэВ до 35 МэВ. Исходя из заданных начальных условий в Примере 3 (состава и концентрации соединения рубидия) оценим основные условия реализации и производительность способа.The design of the target device, the proton beam current is the same as in Example 1, except for the width of the operating zone in the target device, in which the proton discharges energy from 70 MeV to 35 MeV in the target. Based on the given initial conditions in Example 3 (composition and concentration of the rubidium compound), we evaluate the main conditions for the implementation and productivity of the method.

Для этого рассчитаем:To do this, we calculate:

- ширину зоны наработки в мишенном устройстве, в которой протон сбрасывает в мишени энергию с 70 МэВ до 35 МэВ;- the width of the operating zone in the target device, in which the proton discharges energy from 70 MeV to 35 MeV in the target;

- расход мишени при движении в контуре циркуляции, гарантирующий отсутствие закипания мишени в мишенном устройстве;- target consumption during movement in the circulation circuit, ensuring the absence of boiling of the target in the target device;

- выход 82Sr в мишени;- 82 Sr yield in the target;

- производительность способа (интегральное количество 82Sr, нарабатываемое за сутки на пучке протонов с током 100 мкА).- the performance of the method (the integral amount of 82 Sr produced per day on a proton beam with a current of 100 μA).

1) Оценка ширины зоны наработки.1) Estimation of the width of the operating zone.

Ширина зоны наработки принималась равной длине пробега протона с начальной энергией 70 МэВ до достижения им энергии 35 МэВ. Длины пробегов протонов рассчитывались по программе STRIM (см. Пример 1). Плотность мишени, используемую в расчетах пробега, определяли в соответствии с правилом аддитивности, так же, как в Примерах 1 и 2. Указанная плотность составила 2.71 г/см3. В таблице 5 приведены результаты расчета по программе STRIM полных длин пробега протонов в мишени для разных начальных энергий.The width of the operating zone was taken equal to the mean free path of a proton with an initial energy of 70 MeV until it reaches an energy of 35 MeV. The proton path lengths were calculated using the STRIM program (see Example 1). The density of the target used in the calculation of mileage was determined in accordance with the additivity rule, as in Examples 1 and 2. The specified density was 2.71 g / cm 3 . Table 5 shows the results of calculation using the STRIM program of the total path lengths of protons in the target for different initial energies.

Figure 00000016
Figure 00000016

Из таблицы 5 следует, что ширина зоны наработки мишенного устройства, равная разности длин пробега протонов для 70 МэВ и 35 МэВ, составляет 15.0 мм.From table 5 it follows that the width of the operating zone of the target device, equal to the difference in proton mean free paths for 70 MeV and 35 MeV, is 15.0 mm.

2) Оценка расхода мишени в контуре циркуляции, обеспечивающего прохождение мишени через мишенное устройство без закипания.2) Estimation of the target flow rate in the circulation circuit, ensuring the passage of the target through the target device without boiling.

Алгоритм расчета расхода мишени в контуре циркуляции, обеспечивающего прохождение мишени через мишенное устройство без закипания, тот же, что и в Примерах 1 и 2. В расчетах Ср использованы значения CH2O=4.18 [Дж/г°C] (25°C) из (В.А. Рабинович, З.Я. Хавин, Краткий химический справочник, изд. «Химия», 1977 г.) и CRb2CO3=117.6 [Дж/моль°С] из (Ефимов А.И. и др. «Свойства неорганических соединений». Справочник, Л., Химия, 1985 г.).The algorithm for calculating the flow rate of the target in the circulation loop, ensuring the passage of the target through the target device without boiling, is the same as in Examples 1 and 2. In the calculations C p , the values C H2O = 4.18 [J / g ° C] (25 ° C) were used from (V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin, Brief chemical reference book, publishing house “Chemistry”, 1977) and C Rb2CO3 = 117.6 [J / mol ° С] from (Efimov A.I. et al. “Properties of inorganic compounds.” Handbook, L., Chemistry, 1985).

Подставляя в выражение (4) значения тока протонного пучка I=100 мкА, потерю энергии протона Е=35 МэВ, удельную теплоемкость мишени Ср, рассчитанную по формуле (5) для Rb2CO3, равную 1.646 Дж/г°С, и величину подогрева раствора (t2-t1)=60°C, получим массу мишени mp=35.4 г. Полученная масса мишени при облучении пучком протонов током 100 мкА нагревается за одну секунду с 20°C до 80°C. Разделив mp на плотность мишени, равную 2.71 г/см3, получим объем мишени, равный 13.1 см3. Полученный объем мишени при облучении пучком протонов током 100 мкА нагревается за одну секунду с 20°C до 80°C.Substituting the proton beam current I = 100 μA into expression (4), the proton energy loss E = 35 MeV, the specific heat of the target С p calculated by formula (5) for Rb 2 CO 3 , equal to 1.646 J / g ° С, and the solution heating value (t 2 -t 1 ) = 60 ° C, we obtain the target mass m p = 35.4 g. The resulting target mass when heated by a proton beam of 100 μA is heated in one second from 20 ° C to 80 ° C. Dividing m p by the target density equal to 2.71 g / cm 3 , we obtain the target volume equal to 13.1 cm 3 . The target volume obtained by irradiating a proton beam with a current of 100 μA is heated in one second from 20 ° C to 80 ° C.

Сделанная расчетная оценка показывает, что при токе пучка протонов 100 мкА расход мишени в контуре циркуляции, равный 13.1 см3/сек, позволит ограничить подъем температуры мишени при прохождении мишенного устройства 80°C. Реализовать циркуляцию мишени с указанным расходом несложно.The calculated estimate shows that at a proton beam current of 100 μA, the target flow rate in the circulation loop equal to 13.1 cm 3 / s will make it possible to limit the rise in the target temperature during passage of the target device to 80 ° C. It is easy to circulate the target with the indicated flow rate.

3) Оценка выхода 82Sr в мишени.3) Estimation of the yield of 82 Sr in the target.

Алгоритм расчета выхода 82Sr в мишени тот же, что и в Примерах 1 и 2. В таблице 6 приведены значения σi. Здесь же приведены величины xi, рассчитанные с помощью таблицы 5.The algorithm for calculating the yield of 82 Sr in the target is the same as in Examples 1 and 2. Table 6 shows the values of σ i . The values of x i calculated using table 5 are also shown here.

Figure 00000017
Figure 00000017

Подставляя в (6) и (7) значения λ=3.21×10-7 сек-1, Т=3.6×103 сек, ρ=1.25×1022 см-3 (для раствора с концентрацией соли 2.23 г/мл и плотностью 2.71 г/см3), f=6.25×1012 см-2 сек-1, S=1 см2, xi и σi из таблицы 6, получим V=8.07×106 Бк/(мкА × час) или 218 мкКи/(мкА × час).Substituting in (6) and (7) the values λ = 3.21 × 10 -7 sec -1 , T = 3.6 × 10 3 sec, ρ = 1.25 × 10 22 cm -3 (for a solution with a salt concentration of 2.23 g / ml and a density 2.71 g / cm 3 ), f = 6.25 × 10 12 cm -2 sec -1 , S = 1 cm 2 , x i and σ i from table 6, we obtain V = 8.07 × 10 6 Bq / (μA × hour) or 218 μCi / (μA × hour).

4) Оценка производительности способа.4) Evaluation of the performance of the method.

Оценим интегральную активность (A) 82Sr, которая может быть наработана за сутки в Примере 3.We estimate the integral activity of (A) 82 Sr, which can be accumulated per day in Example 3.

Figure 00000018
Figure 00000018

здесь: V - выход 82Sr.here: V - exit 82 Sr.

Подставляя значение V=218 [мкКи/(мкА × час)], получим А=0.523 Ки.Substituting the value V = 218 [μCi / (μA × hour)], we obtain A = 0.523 Ci.

Известно, что все неорганические соединения рубидия растворимы в воде либо реагируют с водой с образованием растворимых соединений. Поэтому в предложенном способе могут быть использованы любые неорганические соединения рубидия. Варианты предлагаемого способа с разными неорганическими соединениями рубидия будут несколько различаться шириной зоны наработки в мишенном устройстве, расходом мишени в контуре циркуляции, выходом 82Sr и соответственно производительностью, но при этом все варианты будут работоспособны. В таблице 7 дополнительно в качестве примеров приведены наиболее значимые технические параметры нескольких вариантов реализации способа с наиболее широко распространенными неорганическими соединениями рубидия, рассчитанные с использованием приведенных выше алгоритмов (см. Примеры 1-3).It is known that all inorganic compounds of rubidium are soluble in water or react with water to form soluble compounds. Therefore, in the proposed method, any inorganic rubidium compounds can be used. Variants of the proposed method with different inorganic compounds of rubidium will vary slightly by the width of the operating zone in the target device, the flow rate of the target in the circulation circuit, the output of 82 Sr and, accordingly, throughput, but all the options will work. Table 7 additionally shows as examples the most significant technical parameters of several options for implementing the method with the most widespread inorganic compounds of rubidium, calculated using the above algorithms (see Examples 1-3).

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

В зависимости от требований к качеству и объему производства 82Sr в рамках предложенного способа существует возможность выбора и оптимизации соединений рубидия в составе мишени. Расчетный выход 82Sr в прототипе (твердотельной мишени из хлорида рубидия), полученный с помощью использованного в приведенных выше Примерах алгоритма, составляет 249 мкКи/(мк × час). Это хорошо согласуется с данными работы (N.G Zaitseva et al.: «Cross Sections for the 100 MeV Proton-Induced Nuclear Reactions and Yields of some Radionuclides Used in Nuclear Medicine», Radiochimica Acta, 57, 57-72 (1991): 260 мкКи/(мкА × час) и подтверждает качество использованных в настоящих расчетах констант и алгоритма. Из полученных результатов следует, что выход 82Sr в мишени с RbF (264 мкКи/(мкА × час; Пример 1) практически совпадает с выходом в прототипе (249 мкКи/[мкА × час]). Для соединений рубидия из других примеров выход 82Sr несколько ниже. Однако в связи с тем, что предложенный способ позволяет работать на больших токах протонов (в отличие от прототипа, в котором выход существенно падает с увеличением тока), его реальная интегральная производительность для многих соединений рубидия может быть выше, чем в прототипе.Depending on the requirements for the quality and volume of production of 82 Sr, within the framework of the proposed method, it is possible to select and optimize rubidium compounds in the target composition. The calculated yield of 82 Sr in the prototype (solid-state target from rubidium chloride), obtained using the algorithm used in the above Examples, is 249 μCi / (μ × hour). This is in good agreement with the data of the work (NG Zaitseva et al .: “Cross Sections for the 100 MeV Proton-Induced Nuclear Reactions and Yields of some Radionuclides Used in Nuclear Medicine”, Radiochimica Acta, 57, 57-72 (1991): 260 μCi / (μA × hour) and confirms the quality of the constants and algorithm used in the present calculations. From the results it follows that the 82 Sr yield in the target with RbF (264 μCi / (μA × hour; Example 1) practically coincides with the yield in the prototype (249 μCi / [μA × hr]). For rubidium compounds from other examples, the yield of 82 Sr is somewhat lower. However, due to the fact that the proposed method allows working at high currents otons (in contrast to the prototype, in which the output decreases significantly with increasing current), its real integral performance for many rubidium compounds can be higher than in the prototype.

Способ может быть реализован и в случае, если в качестве мишени взять раствор не одного, а двух или сразу нескольких соединений рубидия. Принципиальных отличий в реализации способа в этом случае от вариантов мишени с раствором одного соединения рубидия нет.The method can also be implemented if the target is a solution of not one, but two or several rubidium compounds at once. There are no fundamental differences in the implementation of the method in this case from the variants of the target with a solution of one rubidium compound.

Концептуально использование расплавов в качестве мишени не будет отличаться от использования растворов, с той лишь разницей, что циркуляционный контур должен поддерживаться при температурах выше точки плавления мишени.Conceptually, the use of melts as a target will not differ from the use of solutions, with the only difference being that the circulation circuit must be maintained at temperatures above the melting point of the target.

Пример №9. Мишень в виде взвеси RbF (суспензия нерастворенных частиц RbF в насыщенном водном растворе RbF составляет 10% от массы соли в растворе) с рубидием природного изотопного состава помещают в тот же циркуляционный контур, что и в Примере 1. Включают насос, обеспечивая циркуляцию мишени в контуре. Во время движения по циркуляционному контуру при прохождении мишенного устройства мишень облучают протонами энергией 70 МэВ и нарабатывают в ней 82Sr по реакциям 85Rb(p,4n)82Sr и 87Rb(p,6n)82Sr. Облучение проводят в течение суток. После облучения мишень с помощью устройства для отбора (извлечения) облученной мишени (5) через вентиль (6) извлекают из циркуляционного контура и направляют на радиохимическую переработку для выделения 82Sr.Example No. 9. A target in the form of a suspension of RbF (a suspension of undissolved RbF particles in a saturated aqueous solution of RbF is 10% of the mass of salt in the solution) with a rubidium of a natural isotopic composition is placed in the same circulation circuit as in Example 1. The pump is turned on, allowing the target to circulate in the circuit . While moving along the circulation circuit while passing through the target device, the target is irradiated with 70 MeV protons and 82 Sr is produced in it by the reactions 85 Rb (p, 4n) 82 Sr and 87 Rb (p, 6n) 82 Sr. Irradiation is carried out during the day. After irradiation, the target, using the device for selecting (extracting) the irradiated target (5) through the valve (6), is removed from the circulation circuit and sent for radiochemical processing to isolate 82 Sr.

В течение времени облучения средний ток пучка протонов - 100 мкА. Пучок протонов на входе в мишень имеет форму круга диаметром 20 мм с постоянной поверхностной плотностью тока. Мишенное устройство то же, что и в Примере 1. Исходя из заданных выше начальных условий, оценим те же, что и в Примере 1, основные условия реализации и производительность способа.During the irradiation time, the average current of the proton beam is 100 μA. The proton beam at the entrance to the target has a circle shape with a diameter of 20 mm with a constant surface current density. The target device is the same as in Example 1. Based on the initial conditions specified above, we will evaluate the same as in Example 1, the basic conditions for the implementation and productivity of the method.

Для упрощения оценок сделаем следующие допущения:To simplify the estimates, we make the following assumptions:

1. Размер частиц суспензии 100 мк.1. The particle size of the suspension is 100 microns.

2. Частицы суспензии распределены равномерно по объему раствора.2. Particles of the suspension are distributed evenly throughout the volume of the solution.

1) Оценка ширины зоны наработки мишенного устройства.1) Estimation of the width of the operating zone of the target device.

Ширина зоны наработки принималась равной длине пробега в мишени протона с начальной энергией 70 МэВ до достижения им энергии 35 МэВ. Для упрощения оценки длины пробега протона в мишени гетерогенная структура мишени в расчетах заменена гомогенной с увеличением концентрации соли на величину доли твердых частиц (10%). Плотность мишени, используемую в расчетах пробега, определяли как сумму плотностей RbF и воды с весом их массовых долей в мишени в соответствии с правилом аддитивности. Указанная плотность составила 2.96 г/см3. В таблице 8 приведены результаты расчета по программе STRIM полных длин пробега протонов в мишени для разных начальных энергий.The width of the production zone was taken equal to the mean free path in the proton target with an initial energy of 70 MeV until it reaches an energy of 35 MeV. To simplify the estimation of the proton mean free path in the target, the heterogeneous structure of the target in the calculations was replaced by a homogeneous structure with an increase in salt concentration by the fraction of solid particles (10%). The target density used in mileage calculations was determined as the sum of the densities of RbF and water with the weight of their mass fractions in the target in accordance with the additivity rule. The indicated density was 2.96 g / cm 3 . Table 8 shows the results of calculation using the STRIM program of the total path lengths of protons in the target for different initial energies.

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Из таблицы 8 следует, что ширина зоны наработки мишенного устройства, равная разности длин пробега протонов для 70 МэВ и 35 МэВ, составляет 14.6 мм.From table 8 it follows that the width of the operating zone of the target device, equal to the difference in proton mean free paths for 70 MeV and 35 MeV, is 14.6 mm.

2) Оценка расхода мишени в контуре циркуляции, обеспечивающего прохождение мишени через мишенное устройство без закипания.2) Estimation of the target flow rate in the circulation circuit, ensuring the passage of the target through the target device without boiling.

В Примере 1 показано, что расход мишени в контуре циркуляции, равный 14.2 см3/сек, обеспечивает подогрев мишени за время прохождения мишенного устройства не более чем на 60°C, что гарантирует отсутствие закипания мишени. Настоящий пример отличается от Примера №1 лишь наличием в растворе частиц нерастворенной соли, температура которых может отличаться от температуры раствора. Оценим степень подогрева частиц суспензии за время прохождения мишенного устройства, если расход мишени в контуре циркуляции равен 14.2 см3/сек.Example 1 shows that the target flow rate in the circulation loop, equal to 14.2 cm 3 / s, provides heating of the target during the passage of the target device by no more than 60 ° C, which ensures that the target does not boil. This example differs from Example No. 1 only in the presence of particles of undissolved salt in the solution, the temperature of which may differ from the temperature of the solution. Let us estimate the degree of heating of the suspension particles during the passage of the target device if the target flow rate in the circulation loop is 14.2 cm 3 / s.

Для определенности расчетов и простоты оценки сделаем следующие допущения:For the sake of definiteness of calculations and simplicity of estimation, we make the following assumptions:

- частицы суспензии имеют форму цилиндра и габаритный размер 100 мк (диаметр равен высоте);- the particles of the suspension are in the form of a cylinder and an overall dimension of 100 microns (the diameter is equal to the height);

- поток протонов во время движения частиц в мишенном устройстве направлен перпендикулярно основанию цилиндра;- the flow of protons during the movement of particles in the target device is directed perpendicular to the base of the cylinder;

- вследствие плохой теплопроводности частиц суспензии пренебрегаем теплопередачей от частицы суспензии к раствору за время пересечения частицей зоны облучения.- due to the poor thermal conductivity of the suspension particles, we neglect the heat transfer from the suspension particle to the solution during the time the particle crosses the irradiation zone.

Согласно расчетной оценке потери энергии протонов в частице суспензии RbF (на длине 100 мк) у передней стенки зоны наработки (для протонов с энергией 70 МэВ) составят ~0.2 МэВ. Потери энергии протонов в частице суспензии RbF (на длине 100 мк) у задней стенки зоны наработки (для протонов с энергией 35 МэВ) составят ~0.3 МэВ. Оценим подогрев частицы суспензии у передней стенки мишенного устройств за время прохождения частицей зоны облучения диаметром 20 мм при токе протонного пучка 100 мкА. Отношение площади основания цилиндра (поверхности, на которую падает пучок протонов) к площади зоны облучения (диаметр 20 мм) составляет 2.5×10-5. Поэтому на частицу во время движения падает поток протонов, равный 6.25×1014×2.5×10-5=1.56×1010 протон/сек (1 мкА = 6.25×1012 протон/сек). Площадь проходного сечения в мишенном устройстве составляет 1.47 см × 2 см = 2.94 см2 (1.47 см - ширина зоны наработки в Примере 1; 2 см - высота проходного сечения мишенного устройства, равная диаметру пучка протонов). Отсюда скорость движения частицы суспензии через зону облучения протонами составит 14.2 см3/сек / 2.94 см2 = 4.8 см/сек, здесь 14.2 см3/сек - расход в Примере 1. Соответственно время пересечения зоны облучения составит 2 см / 4.8 см/сек = 0.42 сек. Отсюда, число протонов, которое попадает в частицу за время ее движения через зону облучения протонами составит: 1.56×1010 протон/сек × 0.42 сек = 6.55×109 протонов. Масса частицы RbF при плотности 3.56 г/см3 составляет 1.86×10-6 г. Далее, преобразуя выражение (4), получим формулу (9) для величины подогрева (изменения температуры Δt) за время пересечения частицей суспензии RbF зоны облучения протонами при токе протонного пучка на мишени 100 мкА и расхода мишени в контуре циркуляции 14.2 см3/сек.According to the calculated estimate, the proton energy loss in the RbF suspension particle (at a length of 100 microns) near the front wall of the production zone (for protons with an energy of 70 MeV) will be ~ 0.2 MeV. The proton energy loss in a particle of the RbF suspension (at a length of 100 microns) at the back wall of the production zone (for protons with an energy of 35 MeV) will be ~ 0.3 MeV. Let us evaluate the heating of a suspension particle near the front wall of the target device during the passage of a particle of the irradiation zone with a diameter of 20 mm at a proton beam current of 100 μA. The ratio of the area of the base of the cylinder (the surface onto which the proton beam falls) to the area of the irradiation zone (diameter 20 mm) is 2.5 × 10 -5 . Therefore, a proton flux of 6.25 × 10 14 × 2.5 × 10 −5 = 1.56 × 10 10 proton / s (1 μA = 6.25 × 10 12 proton / s) falls on the particle during motion. The cross-sectional area in the target device is 1.47 cm × 2 cm = 2.94 cm 2 (1.47 cm is the width of the operating zone in Example 1; 2 cm is the height of the cross-section of the target device equal to the diameter of the proton beam). Hence, the velocity of the suspension particle through the proton irradiation zone will be 14.2 cm 3 / s / 2.94 cm 2 = 4.8 cm / s, here 14.2 cm 3 / s is the flow rate in Example 1. Accordingly, the intersection time of the irradiation zone will be 2 cm / 4.8 cm / s = 0.42 sec. Hence, the number of protons that enters the particle during its movement through the proton irradiation zone will be: 1.56 × 10 10 protons / sec × 0.42 sec = 6.55 × 10 9 protons. The mass of the RbF particle at a density of 3.56 g / cm 3 is 1.86 × 10 -6 g. Next, transforming expression (4), we obtain formula (9) for the amount of heating (temperature change Δt) during the time the RbF suspension crosses the irradiation zone with protons at a current a proton beam on a target of 100 μA and a target flow rate in the circulation loop of 14.2 cm 3 / s.

Figure 00000023
Figure 00000023

Здесь:Here:

Δt - изменение температуры частицы суспензии;Δt is the change in temperature of the suspension particle;

Е - энергия, теряемая протоном при пересечении частицы суспензии;E is the energy lost by the proton when crossing the suspension particles;

I - ток протонного пучка;I is the current of the proton beam;

е - элементарный заряд;e is the elementary charge;

Ср - теплоемкость частицы суспензии;With p is the heat capacity of the suspension particles;

m - масса частицы суспензии.m is the mass of the suspension particles.

Принимая во внимание, что 1 МэВ = 1.6×10-13 Дж, и подставляя в выражение (9) Е=0.2 МэВ × 1.6×10-3Дж/МэВ = 3.2×10-14 Дж; I/е = 6.55×109 протонов; Ср=0.484 Дж/г°C и m=1.86×10-6 г, получим Δt=233°C. Это означает, что на поверхности частиц суспензии раствор во время движения через зону облучения начнет закипать. Для того чтобы частицы суспензии нагрелись не выше чем на 60°C (так же, как раствор в Примере 1), необходимо увеличить расход мишени в контуре циркуляции в К раз, где К=233°C/60°C = 3.9 раза. Для частиц суспензии у задней стенки зоны наработки энерговыделение от торможения протона в полтора раза выше, чем у передней стенки. Поэтому, для того, чтобы гарантированно не допустить закипания раствора на поверхности частиц суспензии, следует увеличить расход мишени в контуре циркуляции до величины, равной (14.2 см /сек × 3.9 × 1.5) = 83 см3/сек. Обеспечение указанного расхода - задача вполне достижимая. Следует отметить, что согласно проведенным расчетам изменение размера частиц суспензии при сохранении остальных начальных условий в Примере 19 не изменяет искомую величину расхода мишени.Taking into account that 1 MeV = 1.6 × 10 -13 J, and substituting E = 0.2 MeV × 1.6 × 10 -3 J / MeV = 3.2 × 10 -14 J in the expression (9); I / e = 6.55 × 10 9 protons; With p = 0.484 J / g ° C and m = 1.86 × 10 -6 g, we obtain Δt = 233 ° C. This means that on the surface of the particles of the suspension, the solution will begin to boil while moving through the irradiation zone. In order for the suspension particles to be heated no higher than 60 ° C (same as the solution in Example 1), it is necessary to increase the target flow rate in the circulation loop by a factor of K, where K = 233 ° C / 60 ° C = 3.9 times. For suspension particles near the rear wall of the production zone, the energy release from proton drag is one and a half times higher than that of the front wall. Therefore, in order to ensure that the solution does not boil on the surface of the suspension particles, it is necessary to increase the target flow rate in the circulation circuit to a value equal to (14.2 cm / s × 3.9 × 1.5) = 83 cm 3 / s. Ensuring the specified flow rate is quite achievable. It should be noted that according to the calculations, a change in the particle size of the suspension while maintaining the remaining initial conditions in Example 19 does not change the desired target flow rate.

3) Оценка выхода 82Sr в мишени.3) Estimation of the yield of 82 Sr in the target.

Для упрощения оценки выхода 82Sr в мишени было сделано допущение, согласно которому гетерогенная структура мишени в расчетах заменена гомогенной с увеличением концентрации RbF на величину доли твердых частиц. Алгоритм расчета выхода 82Sr в мишени тот же, что и в Примере 1. В таблице 9 приведены значения σi. Здесь же приведены величины xi, рассчитанные с помощью таблицы 8.To simplify the estimation of the yield of 82 Sr in the target, an assumption was made according to which the heterogeneous structure of the target in the calculations was replaced by a homogeneous structure with an increase in the RbF concentration by the fraction of solid particles. The algorithm for calculating the yield of 82 Sr in the target is the same as in Example 1. Table 9 shows the values of σ i . The values of x i calculated using table 8 are also shown here.

Figure 00000024
Figure 00000024

Подставляя в (6) и (7) значения λ=3.21×10-7 сек-1, Т=3.6×103 сек, ρ=1.574×1022 см-3 (для раствора с концентрацией соли 3.3 г/мл и плотностью 2.96 г/см3), f=6.25 × 1012 см-2 сек-1, S=1 см2, xi и σi из таблицы 9, получим V=9.91×106 Бк/(мкА × час) или 268 мкКи/(мкА × час).Substituting in (6) and (7) the values λ = 3.21 × 10 -7 sec -1 , T = 3.6 × 10 3 sec, ρ = 1.574 × 10 22 cm -3 (for a solution with a salt concentration of 3.3 g / ml and density 2.96 g / cm 3 ), f = 6.25 × 10 12 cm -2 sec -1 , S = 1 cm 2 , x i and σ i from table 9, we obtain V = 9.91 × 10 6 Bq / (μA × hour) or 268 μCi / (μA × hour).

4) Оценка производительности способа. Оценим интегральную активность (A) 82Sr, которая может быть наработана за сутки в Примере 9.4) Evaluation of the performance of the method. We estimate the integral activity of (A) 82 Sr, which can be accumulated per day in Example 9.

Figure 00000025
Figure 00000025

здесь: V - выход 82Sr.here: V - exit 82 Sr.

Подставляя значение V=268 [мкКи/(мкА × час)], получим А=0.643 Ки.Substituting the value V = 268 [μCi / (μA × hour)], we obtain A = 0.643 Ci.

Аналогично Примеру 9 способ может быть реализован со взвесями, состоящими из растворов и твердых частиц иных соединений рубидия, а также из растворов и твердых частиц двух и более соединений рубидия.Similarly to Example 9, the method can be implemented with suspensions consisting of solutions and solid particles of other rubidium compounds, as well as solutions and solid particles of two or more rubidium compounds.

Реализация предлагаемого способа в режиме принудительной циркуляции более предпочтительна, поскольку обеспечивает свободу маневра при работе на больших токах протонного пучка. Вместе с тем, очевидно, что можно подобрать условия, при которых способ может быть реализован и в режиме естественной циркуляции.Implementation of the proposed method in the forced circulation mode is preferable, since it provides freedom of maneuver when operating at high currents of the proton beam. However, it is obvious that it is possible to choose the conditions under which the method can be implemented in the natural circulation mode.

Приведенные примеры не ограничивают варианты выполнения способа, при этом доказывают его осуществимость и достижение технического результата.The above examples do not limit the options for performing the method, while proving its feasibility and achieving a technical result.

- Способ предусматривает отказ от использования металлического рубидия в качестве материала мишени для исключения риска возникновения нештатных ситуаций, связанных с его потенциальной взрывоопасностью, которая может привести к тяжелой радиационной аварии.- The method provides for the abandonment of the use of metallic rubidium as a target material to eliminate the risk of contingencies associated with its potential explosion hazard, which can lead to a severe radiation accident.

- Способ предусматривает отказ от использования соединений рубидия в форме твердотельных мишеней, в которых из-за плохой теплопроводности сложно обеспечить эффективный отвод тепла, что ограничивает возможность использования больших токов протонного пучка.- The method provides for the rejection of the use of rubidium compounds in the form of solid targets, in which, due to poor thermal conductivity, it is difficult to provide effective heat removal, which limits the possibility of using large proton beam currents.

- При выходе 82Sr, сравнимом с прототипом (например, для растворов с RbF или Rb2CO3), настоящий способ позволяет работать на пучках протонов с большим током (≥100 мкА) без снижения выхода (в отличие от прототипа), что дает возможность за сравнимое время нарабатывать интегральные количества 82Sr, значительно превышающие соответствующие количества, которые можно наработать с помощью прототипа.- With an output of 82 Sr comparable to the prototype (for example, for solutions with RbF or Rb2CO3), the present method allows working on proton beams with a high current (≥100 μA) without reducing the yield (unlike the prototype), which makes it possible for a comparable the time to produce integral amounts of 82 Sr, significantly exceeding the corresponding quantities that can be obtained using the prototype.

- В зависимости от требований к качеству и объему производства 82Sr существует возможность выбора и оптимизации соединений рубидия в составе мишени.- Depending on the requirements for the quality and production volume of 82 Sr, there is the possibility of choosing and optimizing rubidium compounds in the target composition.

- Мишенное устройство (в отличие от всех вариантов твердотельных мишеней в аналогах и прототипе) может использоваться многократно, исключая необходимость затрат на изготовление мишенных устройств для каждого нового облучения.- The target device (in contrast to all solid-state target variants in analogues and prototype) can be used repeatedly, eliminating the need for the cost of manufacturing target devices for each new exposure.

- Извлечение мишени из мишенного устройства и выделение 82Sr из мишени легко поддаются автоматизации и не сопряжено с необходимостью проведения технологических операций в ручном режиме.- Removing the target from the target device and separating 82 Sr from the target is easy to automate and is not associated with the need to carry out technological operations in manual mode.

Claims (6)

1. Способ получения радиоизотопа стронций-82 (82Sr) по реакции Rb(p,xn)82Sr, включающий облучение мишени протонами и выделение 82Sr из облученной мишени, отличающийся тем, что в качестве мишени используют раствор или расплав одного или нескольких химических соединений рубидия или их взвесь в жидком носителе, и осуществляют их циркуляцию в замкнутом контуре через зону облучения протонами, нарабатывая в мишени по реакции 85Rb(p,4n)82Sr и(или) реакции 87Rb(p,6n)82Sr радиоизотоп 82Sr, который после облучения или непосредственно во время облучения извлекают из мишени одним из радиохимических методов.1. A method of obtaining a radioisotope of strontium-82 ( 82 Sr) by the reaction Rb (p, xn) 82 Sr, comprising irradiating the target with protons and isolating 82 Sr from the irradiated target, characterized in that one or more chemical or molten solutions are used as the target rubidium compounds or their suspension in a liquid carrier, and circulate them in a closed loop through the proton irradiation zone, producing a 85 Rb (p, 4n) 82 Sr and (or) 87 Rb (p, 6n) 82 Sr radioisotope in the target 82 Sr, which after irradiation or directly during irradiation is extracted from mi Sheny one of the radiochemical methods. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве взвеси одного или нескольких химических соединений рубидия в жидком носителе используют водный или иной насыщенный раствор с осадком одного или нескольких химических соединений рубидия.2. The method according to p. 1, characterized in that as a suspension of one or more chemical compounds of rubidium in a liquid carrier, an aqueous or other saturated solution with a precipitate of one or more chemical compounds of rubidium is used. 3. Способ по п., 1 отличающийся тем, что циркуляцию мишени осуществляют принудительно.3. The method according to p. 1, characterized in that the circulation of the target is carried out forcibly. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что циркуляцию мишени осуществляют в режиме естественной циркуляции.4. The method according to p. 1, characterized in that the circulation of the target is carried out in natural circulation. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что циркуляцию мишени осуществляют по замкнутому контуру через зону облучения протонами и теплообменник, используя мишень в качестве теплоносителя.5. The method according to p. 1, characterized in that the target is circulated in a closed loop through the proton irradiation zone and the heat exchanger, using the target as a coolant. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве химических соединений рубидия используют соединения, выбранные из ряда: RbCl, RbF, Rb2CO3, RbNO3, Rb2SO4, RbBr, RbI, Rb(OH). 6. The method according to p. 1, characterized in that the chemical compounds of rubidium use compounds selected from the series: RbCl, RbF, Rb 2 CO 3 , RbNO 3 , Rb 2 SO 4 , RbBr, RbI, Rb (OH).
RU2015105708/05A 2015-02-20 2015-02-20 Method of producing strontium-82 radioisotope RU2585004C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105708/05A RU2585004C1 (en) 2015-02-20 2015-02-20 Method of producing strontium-82 radioisotope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015105708/05A RU2585004C1 (en) 2015-02-20 2015-02-20 Method of producing strontium-82 radioisotope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2585004C1 true RU2585004C1 (en) 2016-05-27

Family

ID=56095866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015105708/05A RU2585004C1 (en) 2015-02-20 2015-02-20 Method of producing strontium-82 radioisotope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2585004C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3706689A (en) * 1968-05-03 1972-12-19 Nuclear Associates Inc Process for the preparation of a sr**90-y**90 beta source in a radiation hazard free manner
RU2102808C1 (en) * 1996-06-04 1998-01-20 Государственный научный центр РФ "Институт ядерных исследований РАН" Radiostrontium production process
RU2356113C1 (en) * 2008-03-27 2009-05-20 Институт ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) Method for radiostrontium preparation (versions)
RU2441290C1 (en) * 2010-10-28 2012-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method to produce radioisotope strontium-82
RU2538398C1 (en) * 2013-07-23 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing strontium-82 radioisotope

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3706689A (en) * 1968-05-03 1972-12-19 Nuclear Associates Inc Process for the preparation of a sr**90-y**90 beta source in a radiation hazard free manner
RU2102808C1 (en) * 1996-06-04 1998-01-20 Государственный научный центр РФ "Институт ядерных исследований РАН" Radiostrontium production process
RU2356113C1 (en) * 2008-03-27 2009-05-20 Институт ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) Method for radiostrontium preparation (versions)
RU2441290C1 (en) * 2010-10-28 2012-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method to produce radioisotope strontium-82
RU2538398C1 (en) * 2013-07-23 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing strontium-82 radioisotope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhuikov et al. Production of 225 Ac and 223 Ra by irradiation of Th with accelerated protons
JP6279656B2 (en) Method and apparatus for producing radioisotopes
Shigeta et al. Production method of no-carrier-added 186 Re
JP2017156143A (en) Target device and radionuclide production device
EP3968342B1 (en) Apparatus for producing radionuclide and method for producing radionuclide
US5802439A (en) Method for the production of 99m Tc compositions from 99 Mo-containing materials
CN113874960A (en) By226Production of radium225Process for actinium
AU2020277276B1 (en) A METHOD FOR PRODUCING Ac-225 FROM Ra-226
RU2356113C1 (en) Method for radiostrontium preparation (versions)
Zhuikov et al. Target irradiation facility and targetry development at 160 MeV proton beam of Moscow linac
Grundler et al. The metamorphosis of radionuclide production and development at paul scherrer institute
RU2585004C1 (en) Method of producing strontium-82 radioisotope
DK156341B (en) PROCEDURE FOR INDIRECT PREPARATION OF HIGH-RATE, RADIOACTIVE JOD-123 BY USING ITS 123-CHAIN PRECURSORS
EP3706141A1 (en) Radioisotope production method and radioisotope production device
RU2538398C1 (en) Method of producing strontium-82 radioisotope
US20220215979A1 (en) Method and system for producing medical radioisotopes
JP2023550075A (en) How to generate scandium-44
RU2666552C1 (en) Method of producing nanostructured target for production of molybdenum-99
Pasqualini et al. Semi-homogeneous Reactor for 99 Mo Production: Conceptual Design
US9330800B2 (en) Dry phase reactor for generating medical isotopes
Zagryadskiy et al. Possibility of Increasing Cyclotron Production of 123 I at the NRC Kurchatov Institute
Bakhtiari et al. Nuclear model calculations of charged-particle-induced reaction cross section data for the production of the radiohalogen 34 Cl m
Salodkin et al. Cyclotron Production of Iodine-124.
Chuvilin et al. The low radioactive waste method of a fission Mo-99 production
RU2770241C1 (en) Target station

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210221