Производство бета-и гамма-излучающих радионуклидов

Наиболее известным медицинским изотопом является ядерный изомер технеция, ^99тТс, который нарабатывают на лабораторном генераторе из 9"Мо. ⁹⁸Мо получают путём облучения природного молибдена тепловыми нейтронами:

В качестве мишени используют или спектрально чистый Мо0₃, или металлический молибден. Мишень облучают в реакторе в течение года и выдерживают до полного распада материнского «Мо. При облучении 1 кг молибдена потоком 8−10*з нейтрсм^с¹ удаётся накопить 6о мг технеция.

Табл. з. Бета-излучающие радионуклиды для радионуклидной терапии. ___.

Табл. 4. Ядерные свойства некоторых р-излучающих радионуклидов, перспективных для радионуклидной терапии. Представлены фотоны с выходом более 5%.___.

Замечание. К жёстким р-излучателям, также иногда используемым в радионуклидной терапии, относятся «⁹Sr (50,5 дн, Е_ср= 0,583 МэВ, Е_макс=1,4б МэВ), з*р (14,3 д_Н, Еср= 0,695, ?макс= 1,7 МэВ) и ^l65Dy (2,3 ч). Среди мягких р-излучателей следует упомянуть тритий (12,32 лет, Еср=5,б7 кэВ, R_cp=i мкм).

Иттрий-90 — был одним из первых радионуклидов, используемых для терапии открытыми источниками. У него удобные ядерно-физические свойства: 7=64,2 ч и? р_Макс=2,27 МэВ, чистый р—излучатель. Может быть синтезирован в реакторе облучением нейтронами «^Y или получен на лабораторном генераторе, как дочерний нуклид ⁹⁰Sr.

На циклотроне нарабатываются у излучатели для ОФЭКТ — ⁶⁷Ga, ^ш1п, ¹²³J и ¹²sJ. Радиоизотоп ⁶" Ga (7= 3.26 дн, основные у-линии Е_у=93−3 кэВ (37.0%), 184.6 кэВ (20.4%), 300.2 кэВ (16.6%)) применяется для получения изображений опухолей и локализации воспалительных процессов (инфекций). Изотоп галлия, ⁶⁷Ga, производится из ⁶⁸Zn (18.8% в естественной смеси изотопов) в реакции с протонами ⁶⁸Zn (p, 2n)⁶⁷Ga. При энергии пучка протонов Е_р=24 МэВ, токе 1=70 мкА, времени облучения t_a= 24 ч выход радиоизотопа на конец облучения равен 8.4 Ки (310 ГБк) для обогащенной изотопом ⁶⁸Zn цинковой мишени. Радиоизотоп ^ш1п (Т- 2.8 дня, Е_у-

171.3 кэВ (90%) 245.4 кэВ (94%)) синтезируется из ^u2Cd (24%) в реакции с протонами ¹¹²Cd (p, 2n)^mIn. При Е_р=24 МэВ, 1-уо мкА, t_a= 24 ч выход радиоизотопа на конец облучения составляет ю Ки (370 ГБк) для обогащенной изотопом ^U2Cd мишени.

В радионуклидной терапии перспективными считаются изотопы, способные при своём распаде испускать электроны Оже.

Некоторые излучатели оже-электронов и рентгеновского излучения представлены в табл. 5. Их получают как в реакторе, так и на ускорителе, причём синтез на циклотроне предпочтителен.

На циклотроне нарабатываются изотопы ^l6sEr (iO, 3 час) и «‘^Sb (38 час), которые могут применяться в оже-терапии. Используются ядерные реакции: ^1б5Но (р, п)^1б5Ег и ^u9Sn (p, n)^lI9Sb.

Табл. 5. Радионуклиды, испускающие оже-электроиы и рентгеновское излучение. ____.

Йод-123 (13,22 ч) претерпевает электронный захват, испускает фотонное излучение с энергиями в интервале 0,164−0,54 МэВ (наиболее важные линии Е.,=28 и 159 кэВ (8з%)) и оже-электроны (?=7,33 кэВ, пробег в мягкой биологической ткани <0,5 мкм). Нарабатывается по ядерным реакциям: ^{, 27}J (p, 5n)¹³³Xe:^{, 2:}*J, ^{, 27}J (d, 6n)^{, 2}3Xe:¹²3j, ^{, 22}Te (d, n)^{, 2}3j, ^{, 2}4Te (p, 2n)^{, 2}3j, ¹²²Te (a, 3n)^{, 2}3Xe:¹²3j, ^{, 2}4Xe (p, pn)¹²3Xe:^{, 2}3j, ^12,Sb (a, 2n)^{, 2}3j, «^3Sb (a, 3n)^{, 2}3j. Мишени могут быть твёрдыми, жидкими (растворы, расплавы) или газообразными. Образуется при делении урана и плутония, но для целей ядерной медицины его обычно получают на циклотроне по ядерным реакциям ¹²⁷J (p>5n)^{, 23}Xe->^{, 2}3j или ^{, 2}4Te (p, 2n)-«^{, 2}3j. Йод-125 (59,4 дн) претерпевает электронный захват, испускает фотонное излучение с энергией 0,0354 МэВ (6,7%) и оже-электроны. Получают обычно в атомном реакторе путём облучения нейтронами стабильного ¹²4Хе. Выпускается в виде соединения K¹²5j, используется для мечения белков и пептидов.

Рений-186 (з, 72 дн, р- (93.1%), ЭЗ (6,9%)) получают в ядерном реакторе по реакции ^l8sRe (n, y)^l86Re или по реакции ^l86W (p, n)^l86Re на циклотроне. Эти способы достаточно дорогостоящи. Был разработан генератор ^l88Re, в котором материнским изотопом служит ^l88W, получаемый из обогащенного по ^{, 86}W металлического вольфрама или его оксида.

Метод ПЭТ базируются на позитронных излучателях. Коротко остановимся на их ядерно-физических свойствах.

Рис. 12. Зависимость сечения реакции ¹⁴N (p, a)ⁿC от энергии протонов.

Углерод-и (20,4 мин) получают на циклотроне по реакции ¹⁴N (p, a)ⁿC. Мишенью служит природный азот с небольшой примесью кислорода (о, 1ч-о, 5 об%), газ-носитель — водород. Азот-13 (ю мин, юо% излучатель позитронов с? макс=1,19 МэВ) нарабатывается на циклотроне по реакциям ¹²C (d, n)"3N, ^l60(p, a)‘3N, ¹⁰B (a, n)‘3N, ⁿB (a, 2n)^l3N или ^l4N (p, pn)‘3N. Мишени для синтеза ^{, 3}N могут быть твёрдыми, жидкими или газообразными в зависимости от требуемой химической формы азота. Кислород-^1Г>0 (122 с) на 99,9% является позитронным излучателем? макс=1,7² МэВ. Нарабатывается по ядерным реакциям ^1вО (р, рпУЮ, ¹⁴N (p, n)^ir>0, ¹*Щс1, пУЮ, ¹²C (a, n)^irO. В качестве мишени обычно используется газообразный кислород. Фтор-18 (109,8 мин) на 97% является позитронным излучателем, ?_макс=б53 кэВ, а 3% претерпевают электронный захват. Нарабатывается на циклотроне по ядерным реакциям: ^l80(p, n)^l8F, ^l60(3He, p)^l8F, ^l60(a, np)^l8Ne:^l8F, ²⁰Ne (c/, a)^l8F, ²°Ne (p, 2pn)^l8F, ²°Ne (3He, ap)^l8F.

Рис. 13. Зависимость сечения реакции ^l80(p, n)^l8F от энергии протонов.

Изотоп меди,^Си, используется как для получения томографических изображений, так и для проведения радиотерапии. Период полураспада ^б4Си 7=12.701 ч, 17.86% его ядер претерпевает позитронный распад, превращаясь в ⁶⁴Ni, 39,0% - бета-распадом переходит в ⁶⁴Zn, 43>°75% электронным захватом — в ⁶⁴Ni, а 0.475% претерпевает внутреннюю конверсию с испусканием у-излучения. Энергии: Ер- =0.5787 и Ер+=0.6531 МэВ, E_y=i.35 477 МэВ. Возможно использование /?⁴-излучающих радионуклидов типа ⁶Си и ⁸⁹Zr (78,4 дн, максимальная энергия позитронов 68о кэВ) не только для ПЭТ-визуализации, но и для радиоиммунотерапии.

В последнее время для ПЭТ стали применять изотоп ^94тТс (52 мин), р⁺=72%, ?р⁺=2,47 МэВ; электронный захват 28%, ?_Y=87i, i кэВ, /_у=94,2%. 94/пТс нарабатывается по реакциям ⁹²Mo (a, 2n)⁹⁴Ru—"^94тТс, ⁹²Мо (а, рп)^94,пТс ⁹⁴Мо (р, п)^94ШТс, ^9бМо (р, п)^94тТс, и ⁹³Nb (a, 3n)^94mTc. ^" 'Тс распадается в радиоактивный^Тс (7=153 мин), который претерпевает позитронный распад.

(и%) и электронный захват (89%). Доза, создаваемая этим изотопом при одинаковой активности в 7 раз больше, чем для w^mTc.

Йод-120 (i, 35 ^ч) на 39% позитронный излучатель. Энергия позитронов очень высока — 4,0 МэВ. Нарабатывается по реакциям: ¹²7j (p, 8n)‘²⁰Xe:¹²°yJ, ¹²²Te (p, 3n)¹²°yJ, ¹²°Te (p, n)^{, 2}°yJ.

Йод-121 (2,12 ч) (ЭЗ (94%), р⁺ (6%), ?_г=2И, 2 кэВ) — изотоп для ПЭТ и сциитиграфии. Производится облучением высокообогащенного по изотопу ¹²²Те теллура протонами (реакция ¹²²Te (p, n)^12,J).

Йод-124 (4>2 Дн) 23% позитронный распад (позитроны двух энергий), активный у-излучатель, имеется низкоэнергетическое р*-излучение. Используется как диагностический и терапевтический нуклид. Образует связи с моноклональными антителами. Обычно получают по реакции ¹²4Te (p, n)¹²4j, можно также использовать реакции: ¹²4Te (d, 2n)¹²4j, ¹²4Te (d, 3n)¹²4j, ^I2«Sb (a, n)¹²4j, ¹²3Sb (a, 2n)¹²⁴J.