La produzione di Tecnezio con acceleratori

Report
produzione di uno isotopo stabile
produzione di uno isotopo non stabile
Nella produzione di uno isotopo
instabile la intensita’ del fascio e ‘ il
parametro esterno piu’ rilevante
sezione di urto
dimensioni del bersaglio
dipendono dal canale fisico
la generazione del Tc99m e’ determinata dallo
equilibrio secolare con il Mo99
il Tc99m viene prodotto dal decadimento del
M 99 ;
Mo
la attivita’ del Tc99m e descritta dalla
equazione del decadimento secolare
La intensita del fascio
determina la attivita’ del radiofarmaco
determina anche la concentrazione del radioisotopo nel materiale
irradiato e la concentrazione finale
"Medical Isotope Production Without Highly Enriched Uranium"
Committee on Medical Isotope
p Production without Highly
g y Enriched Uranium;
Nuclear and Radiation Studies Board, Division on Earth and Life Studies;
National Research Council of the National Academies.
The National Academies Press, Washington, D.C., 2009.
ISBN: 0-309-13040-9, 240 pages. http://www.nap.edu/catalog/12569.html /
"Making Medical Isotopes",
Report of the Task Force on Alternatives for Medical-Isotope Production,
TRIUMF, University of British Columbia,
Advanced
d
d Applied
li d Physics
h i Solutions,
l i
Inc., 2008 available
il bl at:
http://admin.triumf.ca/facility/5yp/comm/Report-vPREPUB.pdf
Per i motivi di : non proliferazione e di sicurezza
35 >20%,
passaggio da Uranio HEU di origine militare (U235
>20% poss.
poss 80%)
a
Uranio LEU (grado combustibile reattore, <20% ma poss. naturale al 3%)
restano reattori ad Uranio LEU e bersagli LEU
ad esempio reattore omogeneo con ricircolo del combustibile in soluzione proposto
da Babkock e Wilcox
i problemi di radiochimica di processo dei bersagli e quelli legati alla possibile
contaminazione di Pu239 sembrano superati
i reattori ad alto flusso sono costosi
l loro
la
l
costruzione
t i
richiede
i hi d periodi
i di di approx 10 annii
SOLUZIONE CERN ADONIS
mantenere il processo fisico :
fissione di U235 LEU 20% mediante neutroni termici
sostituire il reattore mediante un insieme subcritico azionato da un acceleratore
di protoni
usare la radiochimica gia collaudata per i bersagli LEU
viene utilizzata la moderazione adiabatica in mezzo ad elevata massa atomica (ARC).
i neutroni cedono una piccola frazione del loro momento in ogni collisione :
rallentamento continuo consente di “vedere” le risonanze nelle sezioni d’urto
SOLUZIONE A BREVE TERMINE
mantenere fissione di U LEU come fenomeno fisico ma produrre la fissione con
particelle di energia da 10-100 MeV prodotti mediante acceleratori
Soluzione TRIUMP : fotoni a 50 MeV
la fotofissione e’ nota ; misure molto accurate sono state compiute anche in Italia
(EXP.LADON ,LNF)
i rapporto fra le sezioni di urto neutroni termici / fotoni sono di approx 103 :
macchine
hi di elevata
l t iintensita’
t
it ’ per avere un elevato
l t numero di iinterazioni
t
i i per unita’
it ’ di
tempo
proposto LINAC da 50 MeV , 100 mA (5 MW) per approx 2013
e successivamente rete di LINAC come centri regionali di una rete “ ridondante e
resiliente “
considerazioni termiche del target di tungsteno
considerazioni sul flusso di fotoneutroni dal target
Figure 3
3.2:
2: Experimentally measured cross-sections for photofission of U-238 for photon energies up to 30 MeV.
The solid-line is a fit to data and the plus signs are data from
another
th laboratory.
l b
t
produrre fissione mediante fasci di protoni da 10 a 70 MeV :
esistono misure molto precise di sezione d’urto di questo processo
La sezione d’urto del
U238 e’ approx.2 barn a
70 MeV
occorre tenere presente che allo aumentare
della
de
a eenergia
e g a de
del p
protone
o o e incidente
c de e ca
cambia
b a la
a
distribuzione delle masse : abbiamo piu
fissioni aumentando la energia , ma
produciamo in minor percentuale Mo99
Possiamo invece produrre Mo99 o direttamente Tc99m mediante una reazione
nucleare
non si tratta di misurare una sezione di urto ,
ma di mettere a punto una metodolologia per la produzione di un isotopo per
impiego clinico
considerazioni
id
i i di purezza , concentrazione
t i
specifica
ifi
e successivamente considerazioni logistiche ed economiche
sono stati proposti metodi basati sullo impiego di
Fotoni
F
t i
Neutroni
Protoni
prodotti direttamente o indirettamente mediante acceleratori
le energie tipiche sono da 10 a 100 MeV
possiamo produrre direttamente il Mo99 mediante una reazione di cattura in
un flusso di neutroni termici
il Mo98 rappresenta approx.il 25% del Mo naturale
sezioni di urto , metodologia
di irraggiamento sono
d
descritti
i i nell rapporto CERN
la sezione di urto si presta
alla attivazione nello spettro
d i neutroni
dei
t
id
dell moderatore
d t
adiabatico
principale svantaggio di
questo canale di produzione
e’ la bassa concentrazione del
Mo99 nella matrice di Mo98
non separabile
radiochimicamente nella
preparazione
p
p
del g
generatore
3.1.1 Neutron capture 98Mo(n,γ)99Mo
The neutron-capture reaction on a 98Mo target is given by 98Mo(n,γ)99Mo. The target
material would be separated isotope Mo98, a 24% naturally occurring isotope of
molybdenum. The target material would likely be irradiated in a nuclear reactor with an
approximate flux of 3 x 1014 n/s/cm2.
As a starting point, the rate of production of Mo99 from a one-gram separated-isotope target
in a thermal flux of 3 x 1014 n/s/cm2 is calculated. This is given by:
Y=Nxσxφ
Wh
Where
N = number
b off target atoms iin one gram = 1/98
/ 8 x 6 x 1023 = 6.1
6 x 1021; σ = 0.13 b
barns
=0.13 x 10-24 cm2 and φ = 3 x 1014 n/s/cm2.
Combining these quantities gives a yield Y = 2.4 x 1011 atoms of Mo99 per second per gram of
t
target
t material.
t i l
If the target is left in the reactor for about five half-lives (i.e., 5 x 66 hours = 13.75 days), it
will reach secular equilibrium with a rate of decay equal to the rate of production, i.e., Y =
2 4 x 1011decays
2.4
deca s per second or Bq
Bq. This is equi
equivalent
alent to (2
(2.4
4 x 1011 Bq/g)/(3.7
Bq/g)/(3 7 x 1010 Bq/Ci)
or 6.6 Ci/g of separated target material. Significant epithermal capture that tends to
enhance the yield by at least a factor of 2, leading to about 12 Ci/g of separated target.1
This is equivalent to 12 x 0
0.22
22 = 2
2.6
6 six
six-day
day curies per gram of separated isotope at
saturation(about 2 weeks).
In a one-week irradiation this would produce (1 – e-λt) x 2.6 = 2.2 six-day curies.
possiamo produrre direttamente il Mo99 mediante fotoni da Mo100
( 10% approx del Mo naturale , fotoproduzione di neutroni ) prodotti
da un Linac ( approx 30 MeV )
la sezione di urto del p
processo sono riportate
p
nel p
progetto
g
TRIUMP
attivita’ dovuta a Mo99 e a Tc99m sono state prodotte e misurate a
LINAC in diversi esperimenti in URSS
per esempio bersaglio prossimo al punto di
conversione p
p-n di un insieme subcritico
lla assenza d
di canali
l in competizione ci assicura che
h ill
solo Mo99 viene prodotto
Possono essere usati fasci p da ciclotrone fra 10 e 100 MeV
per produrre Mo99
per produrre direttamente Tc99m
Esiste una vasta letteratura finalizzata alla produzione di radioisotopi
per uso clinico ; non sempre i dati sono riportati in modo omogeneo
In ITALIA LNS e MILANO hanno prodotto in passato lavori rilevanti
Dovrebbe essere possibile produzione diretta di Tc99m con separazione in situ
Questo canale non da alcun contributo alla produzione
Excitation functions for the 100Mo(p,2n)
Mo(p 2n)99mTc,
Tc 100Mo(p,pn)
Mo(p pn)99Mo and 98Mo(p,gamma)
Mo(p gamma)99mTc
nuclear reactions were determined using 97.4 and 99.5% isotopic enrichment of 100Mo and
98Mo, respectively. The irradiations were performed on three different cyclotrons with
overlapping data points from 6 to 65 MeV
MeV. The optimum energy range for the
100Mo(p,2n)99mTc reaction is 22 ->12 MeV with a peak at 17 MeV and maximum cross section
of 200 mb. Over this energy range the production yield of 99mTc amounts to 11.2 mCi (415
MBq)/microA h or 102.8 mCi (3804 MBq)/microA at saturation
saturation. There is no serious
radionuclidic impurity problem. Production of 99Mo is not viable due to the low cross section
(130 mb) over the proton energy range of 30 to 50 MeV.
The 98Mo(p,gamma)99mTc reaction was found to have a cross section of <0.2 mb over the
proton energy range studied
International Journal of Radiation Applications and Instrumentation.
Part A. Applied Radiation and Isotopes
Volume 42, Issue 7, 1991, Pages 643-657
Cyclotron production of NCA 99mTc and 99Mo.
An alternative non-reactor supply source of instant 99mTc and 99Mo>99mTc generators
Manuel C. Lagunas-Solar, Phil M. Kiefer,Omar F . Carvacho ,Claudio A. Lagunas
and
d Ya Po Cha
h
Radioisotope Program.Crocker Nuclear Laboratory University of California, Davis,
CA 95616, U. S.A .
The excitation functions for the production of the directly-made 99mTc via the
100Mo(p,
(p,
2n))99mTc (Q = -7.85
7 5 MeV)) reaction,,
and of its parent 99Mo via the
100Mo(p, pn) -->99Mo (Q = -8.30 MeV)
and
100Mo(p,2p)-->99mNb(15 s)-->99Mo (Q = -11.14 MeV) reactions, were measured in the 688 MeV energy range.
Single and cumulative yields for 99mTc and 99Mo, and for other Tc, Mo, Zr, Nb and Y
radiocontaminants were also determined.
p( 70 MeV ) on Mo
Ma perche dobbiamo produrre soltanto il Tc99m
Possiamo cercare altri radioisotopi
La energia del gamma non e’ un problema
Per esempio esiste tutta una radiofarmacologia a 511 KeV (beta+ ,PET )
p
le p
prime Compton
p
Camera ( anche a LNL )_
Stanno comparendo
Che possono misurare con sensibilita e risoluzione spaziale migliore
della vecchia SPECT
Su un campo di energia fino ad approx 600 KeV

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