РАДИОХИМИЯ, 2020, том 62, № 3, с. 240-246

УДК 539.163

ПОЛУЧЕНИЕ ¹¹¹In И РАДИОИЗОТОПОВ Te И

Sn ИЗ СУРЬМЯНОЙ МИШЕНИ, ОБЛУЧЕННОЙ

ПРОТОНАМИ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ

Г. М. Маринов^а, В. Радченко^d, Ж. Х. Хушвактов^а, Э. П. Магомедбеков^b, Д. В. Философов^а

^а Объединенный институт ядерных исследований, 141980, Дубна Московской обл., ул. Жолио-Кюри, д. 6

^b Институт материалов современной энергетики и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева,

125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20

^c Институт ядерных исследований и ядерной энергетики Болгарской АН,

1784, София, Цариградско шосе, 72, Болгария

^d Канадская национальная лаборатория физики элементарных частиц и ядерной физики TRIUMF,

BC V6T 2A3, Ванкувер, 4004 Уэсбрук Молл, Канада

*e-mail: kurakina@jinr.ru

Получена 25.06.2019, после доработки 05.08.2019, принята к публикации 12.08.2019

Описан способ получения ¹¹¹In из сурьмяной мишени, облученной протонами с энергией 600 МэВ. Пред-

ложена трехстадийная схема очистки индия с помощью ионообменной хроматографии. Радиохимический

выход составил 85% со степенью очистки от материала мишени не менее 10⁹. Полученный препарат

¹¹¹In был использован в исследованиях методом возмущенных угловых корреляций. Также разработана

методика выделения и разделения 117mSn/119mTe, что представляет особый интерес для дальнейших ис-

следований для генераторного способа получения ¹¹⁹Sb.

Ключевые слова: индий-111, теллур-119m, сурьма-119, сурьмяная мишень, облучение протонами, ио-

нообменная хроматография, возмущенная угловая корреляция

DOI: 10.31857/S0033831120030089

ВВЕДЕНИЕ

(ОФЭКТ) для диагностики ряда нейроэндокрин-

ных опухолей [2]. Также ¹¹¹In используется в мече-

Основная цель настоящей работы - разработка

нии клеточных компонентов крови, моноклональ-

альтернативного метода получения радионуклида

ных антител и сканировании раковых клеток [3-5];

¹¹¹In (T_1/2 = 2.8 сут) облучением сурьмяной мише-

в количественном контроле распределения клеток

ни протонами. К настоящему времени ¹¹¹In явля-

in vivo, например с использованием диэтилентриа-

ется востребованным радионуклидом, поскольку

минпентауксусной кислоты (In-ДТПА) [6]; в каче-

имеет широкое применение в различных областях

стве метки в методе возмущенных угловых корре-

ядерной медицины и других научных исследова-

ляций (ВУК) и электромиграции [7, 8].

ниях. Это прежде всего связано с высокой интен-

сивностью и относительно низкими энергиями

Изотоп ¹¹¹In обычно получают путем облуче-

γ-линий (171 и 245 кэВ), относительно низкой

ния мишеней частицами в области энергий 15-

энергетической долей излучения в виде электро-

40 МэВ, а в частности: серебряной мишени α-ча-

нов конверсии и Оже-электронов и удобным пери-

стицами - ¹⁰⁹Ag(⁴He,2n)¹¹¹In [1], кадмиевой мише-

одом полураспада [1]. Немаловажным является и

ни (природного или обогащенного) дейтронами -

то, что дочерний радионуклид ¹¹¹In (электронный

¹¹⁰Cd(d,n)¹¹¹In и 111Cd(d,2n)111In, или кадмиевой

захват, ЭЗ) - стабильный ¹¹¹Cd.

мишени (природного и обогащенного) протонами

Основное применение ¹¹¹In находит в однофо-

111,113,114Cd(p,xn)¹¹¹In (x = 1-4) [9, 10]. Самый высо-

тонной эмиссионной компьютерной томографии

кий выход ¹¹¹In при облучении ¹¹³Cd протонами с

240

ПОЛУЧЕНИЕ

¹¹¹In И РАДИОИЗОТОПОВ Te И Sn

241

Рис. 1. (а) мишень Sb, (б) схема облучения.

энергией 32 МэВ - порядка 40 МБк/(мкА·ч) c при-

важно проанализировать сечения реакций для не-

месью ^114mIn менее 1% [11].

которых радионуклидов, в частности для целевого

¹¹¹In, а также для Te и Sn. Расчеты выполнены с

С другой стороны, получение изотопов на вы-

соких энергиях может быть весьма эффективным

использованием кода FLUKA [18].

из-за использования мишеней большой массы, в

Изготовление и облучение мишени. Мишень

некоторых случаях можно утилизировать остаточ-

изготовлена из сурьмы чистотой 99.99%. При

ный пучок протонов от других исследований [12,

комнатной температуре сурьма является очень

13]. Это делает интересным исследование получе-

хрупким поликристаллическим материалом, со-

ния ¹¹¹In на протонах высоких энергий.

стоящим из множества достаточно крупных моно-

Следует также отметить, что в настоящее время

кристаллов (5-10 мм), что значительно затрудняет

в мире появился значимый набор ускорителей про-

ее механическую обработку. Поэтому мишенные

тонов на 70-80 МэВ [12, 14, 15]. На ускорителях с

пластинки отливали из расплава и затем подвер-

такой энергией и выше весьма перспективно полу-

гали быстрому охлаждению для получения мелко-

чение 119mTe для генераторного способа получения

кристаллической структуры. Далее их шлифовали

¹¹⁹Sb. Сурьма-119 весьма перспективна для ради-

для получения хорошего теплового контакта с ох-

онуклидной терапии с помощью Оже-эмиттеров

лаждаемым держателем (рис. 1). Масса мишени

[16].

составляла порядка 1 г, размеры 10×10×1 мм.

В Объединенном институте ядерных исследо-

Мишень облучали на внутреннем пучке фа-

ваний для получения различных радиоизотопов

зотрона ЛЯП ОИЯИ протонами с энергией

используется ускоритель протонов - фазотрон

600 МэВ и интенсивностью около 1 мкА в тече-

Лаборатории ядерных проблем. Важной особен-

ние 3 ч. Толщина по пробегу протонов составляла

ностью этого ускорителя является возможность

10 г/см². С целью распада наработанных коротко-

облучения мишеней внутри вакуумной камеры (на

живущих радионуклидов последующее разделе-

внутреннем пучке) протонами заданной энергии в

ние проводили по истечении 2 суток после облучения.

диапазоне 60-660 МэВ. В этом случае плотность

Химические реактивы: бидистилированная

облучения мишени на порядки больше, чем на вы-

вода, азотная кислота (ос.ч. 18-4, ГОСТ 11125-

веденном пучке [17]. Однако высокая плотность

84), соляная кислота (ос.ч. 20-4, ГОСТ 14261-

облучения приводит к сильному разогреву мише-

77), фтористоводородная кислота (ос.ч. 27-5, ТУ

ни. Поэтому материал мишени должен иметь бо-

6-09-3401-88), ионообменные смолы: Dowex 1×8

лее высокую температуру плавления. Таким обра-

(100-200 меш), Dowex 50×8 (200-400 меш) фир-

зом, из ряда металлов в области масс 110-130 - Cd

мы Sigma-Aldrich, Aminex A-6 (Bio-Rad), UTEVA

(T_пл = 321°С), In (T_пл = 151°С), Sn (T_пл = 232°С), Sb

(TrisKem International).

(T_пл = 631°С), Te (T_пл = 450°С) - наиболее подходя-

Схема разделения элементов. Для выделения

щим для наработки является сурьма.

111

In из мишени сурьмы проводили 3 стадии разде-

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ления на ионообменных смолах (рис. 2).

Выбор энергии облучения. Для выбора энер-

Стадия 1. Мишень растворяли при нагреве в

гии протонов для облучения сурьмяной мишени

10 мл царской водки с последующим разбавлени-

РАДИОХИМИЯ том 62 № 3 2020

242

КУРАКИНА и др.

Рис. 2. Схема выделения радионуклидов из облученной протонами мишени сурьмы.

ем 6 моль/л HCl до 50 мл. Полученный раствор

HF элюируются 119mTe, 117mSn и следы Sb. Объем

наносили на анионообменную колонку, заполнен-

фракций составлял 5 мл.

ную смолой Dowex 1×8 (Cl^--форма, 100-200 меш,

Стадия 2. На второй стадии проводили допол-

высота 100 мм, диаметр 15 мм).

нительную очистку фракций, содержащих индий,

Цель первой стадии - избавиться от макроколи-

от микроколичества сурьмы. Фракции из преды-

честв сурьмы. Элюирование радионуклидов про-

дущей стадии, содержащие целевой радионуклид

водили сначала 8 моль/л HCl, а далее растворами

¹¹¹In, а также примеси в виде микроколичеств

HF с увеличением концентрации от 5 до 26 моль/л

120mSb, 101mRh, 106mAg, ⁸⁹Zr и ⁸⁷Y выпаривали досу-

(рис. 2, 3). В растворах 8 моль/л HCl и 5 моль/л

ха и разбавляли 0.5 моль/л HNO₃. Данный раствор

HF элюируется ¹¹¹In, 101mRh, 106mAg, ⁸⁹Zr, ⁸⁷Y, сле-

наносили на катионитную колонку Dowex 1×8

ды Sb. В более концентрированных растворах

(Н⁺-форма, 200-400 меш, высота 100 мм, диаметр

РАДИОХИМИЯ том 62 № 3 2020

ПОЛУЧЕНИЕ

¹¹¹In И РАДИОИЗОТОПОВ Te И Sn

243

Рис. 4. Сечение реакции ¹¹¹In при облучении сурьмяной

мишени протонами. Расчеты выполнены с использова-

нием кода FLUKA [18].

Измерение активности радионуклидов. Для

измерения активности анализируемых радиону-

клидов использовали Ortec γ-спектрометр c по-

лупроводниковым детектором из сверхчистого

Рис. 3. Схема разделения 119mTe/117mSn.

германия с программным обеспечением Samar.

Мертвое время в течение измерений не превыша-

3 мм). Элюирование проводили в 1, 2 и 3 моль/л

ло 7%.

HNO₃ (рис. 2). In вымывается с колонки раствором

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

2 моль/л HNO₃. Объем фракций составлял 0.5 мл.

Наработка радионуклидов. C помощью кода

Стадия 3. Последней стадией очистки индия

FLUKA [18] получали значения сечения и ско-

было кондиционирование на колонке Aminex A-6

рости реакции для изотопов, образующихся при

(Н⁺-форма, высотa 45 мм, диаметр 2.5 мм). Фрак-

ции ¹¹¹In из предыдущей стадии (2 моль/л HNO₃)

облучении сурьмы протонами. Сечение и ско-

выпаривали досуха и растворяли в 0.1 моль/л HCl,

рость реакции приведены в единицах мбарн и

(г·протон)^-1 соответственно. С возрастанием энер-

после чего раствор наносили на колонку. Первая

гии протонов сильно возрастает и скорость реак-

фракция нанесения составляла 300 мкл. Колонку

элюировали сначала раствором 0.3 моль/л HCl,

ции наработки нецелевых изотопов. Результаты

при этом объем фракций составлял 3 капли (≈ 100

расчетов приведены на рис. 4 и 5.

мкл), далее вымывали ¹¹¹In раствором 0.6 (фрак-

Наиболее высокое сечение реакции (≈ 11 мбарн)

ции составляют 1 каплю ≈ 20-30 мкл) и 4 моль/л

наработки ¹¹¹In находится в диапазоне энергий

HCl (2 фракции объемом 700 мкл каждая).

300-600 МэВ (рис. 4). Более точный выбор энер-

Разделение Te/Sn проводили на стандартной

гии протонов также связан со следующими фак-

колонке UTEVA объемом 2 мл (диаметр 10 мм).

торами. Во-первых, согласно рис. 5, чем меньше

Фракции, содержащие необходимые радионукли-

энергия облучения, тем меньше наработка неце-

ды (растворы HF 15-26 моль/л из стадии 1), вы-

левых изотопов. Во-вторых, чем меньше энергия

паривали (рис. 2), растворяли в 8 моль/л HCl и на-

облучения, тем больше тепловыделение в мише-

носили на колонку. Теллур вымывается с колонки

ни, поэтому учитывая относительную легкоплав-

раствором 1 моль/л HCl, далее олово вымывается

кость сурьмы, лучше облучать мишень при более

раствором 0.05 моль/л HCl. Объем фракций со-

высоких энергиях. В-третьих, при энергиях ниже

ставлял 0.5 мл.

100 МэВ сечение реакции наработки изотопов

РАДИОХИМИЯ том 62 № 3 2020

244

КУРАКИНА и др.

Рис. 6. Хроматограмма 1 стадии разделения на аниони-

те Dowex 1×8 (Cl^--форма, 100-200 меш, высота 100 мм,

Рис. 5. Наработка радионуклидов из сурьмяной мише-

диаметр 15 мм). Заштрихованной областью обозначены

ни по реакции скалывания (spallation) на протонах с

фракции, отобранные для следующего разделения.

различной энергией - 50, 70, 100, 300 и 660 МэВ. Рас-

Вынесенным рисунком показана хроматограмма Sb в

четы выполнены с использованием кода FLUKA [18].

растворах HF.

теллура возрастает до сотен мбарн [19], что на не-

того, была разработана схема разделения теллу-

сколько порядков превосходит сечение (1 мбарн)

ра от олова (рис. 3), которая может быть успеш-

наработки ¹¹¹In при данной энергии (рис. 4).

но применена при получении радиоизотопов этих

элементов.

С учетом вышеперечисленного для облучения

сурьмяной мишени выбрана энергия протонов

Стадия 1. При нанесении раствора на колон-

600 МэВ.

ку следует учитывать, что при концентрации ниже

4 моль/л HCl сурьма выпадает в осадок. Обяза-

На конец облучения мишени сурьмы протона-

тельным этапом является элюирование большим

ми энергией 600 МэВ были наработаны радиону-

объемом 8 моль/л HCl. Если элюировать колонку

клиды, представленные в таблице.

напрямую 5 моль/л HF без предварительного элю-

Выделение радионуклидов. Для выделения

ирования большим объемом 8 моль/л HCl, значи-

целевого радионуклида ¹¹¹In использовали трех-

тельное количество Sb будет проскакивать вместе

ступенчатую схему разделения (рис. 2). Такая схе-

с индием. На первой стадии (рис. 6) основная часть

ма позволяет надежно очистить целевой радиону-

Sb задерживается на колонке. Фактор очистки ин-

клид от материала мишени со степенью очистки

дия от сурьмы на данной стадии составил около

не хуже, чем 10⁹ (10³ на каждой стадии). Более

10³, что требует дополнительной очистки. Так же,

вместе с индием, раствором 5 моль/л HF элюиру-

Наработка радионуклидов при облучении мишени су-

ются ⁸⁹Zr и ⁸⁷Y, которые отделяются на третьей

рьмы протонами 600 МэВ с интенсивностью 1 мкA в

стадии. В растворе 15 моль/л HF и в концентри-

течение 3 ч

рованной HF вымываются 119mTe и 117mSn с приме-

Активность на конец

Радионуклид

сью сурьмы, данные фракции далее используются

облучения, МБк/(мкА·ч)

для разделения Te от Sn.

⁸⁷Y

3.2

⁸⁸Zr

1.0

Стадия 2. Sb вымывается во фракциях нанесе-

⁸⁹Zr

4.7

ния и домывается в 1 моль/л HNO₃ вместе с ⁸⁹Zr и

101mRh

22.0

101mRh (рис. 7). Трехвалентные ¹¹¹In и ⁸⁷Y вымыва-

106mAg

7.4

ются вместе в 2 моль/л HNO₃.

¹¹¹In

53.0

Стадия 3. При элюировании 0.3 моль/л HCl

^114mIn

1.0

вымываются 101mRh, 106mAg и часть ⁸⁹Zr (рис. 8),

117mSn

3.2

при этом 90% циркония задерживается на колонке.

119mTe

3.2

Индий из-за образования хлоридных комплексов

120mSb

12.8

элюируется с колонки раствором 0.6 моль/л HCl,

РАДИОХИМИЯ том 62 № 3 2020

ПОЛУЧЕНИЕ

¹¹¹In И РАДИОИЗОТОПОВ Te И Sn

245

Рис. 7. Хроматограмма 2 стадии разделения на кати-

оните Dowex 50×8 (Н⁺-форма, 200-400 меш, высота

100 мм, диаметр 3 мм). Заштрихованной областью

обозначены фракции, используемые в следующем раз-

Рис. 8. Хроматограмма 3 стадии разделения на смоле

делении.

Aminex A-6 (Н⁺-форма, высотa 45 мм, диаметр 2.5 мм).

что позволяет разделить трехвалентные In и Y. ⁸⁷Y

Кроме этого, интересно заметить, что теллур в

далее полностью элюируется с колонки раствором

данной системе вымывается вместе с четырехва-

4 моль/л HCl. Степень очистки от родия на данной

лентным цирконием (рис. 9). При целевой нара-

стадии составила порядка 10¹, а степень очистки

ботке 119mTe путем облучения сурьмы протонами

на всех трех стадиях - 10⁴. При необходимости

с энергией 40-80 МэВ радиоизотопы циркония не

увеличения степени очистки от родия может быть

будут нарабатываться в отличие от нашего случая,

повторена стадия 2 на катионитной колонке. При

тем более ценной является информация о возмож-

использовании фракций индия-111 в исследова-

ниях методом ВУК примесь 101mRh не оказывала

сколько-нибудь значимого влияния.

Разделение Te/Sn. В методике учитывали ко-

эффициенты распределения целевых элементов на

смоле UTEVA [20]. В 8 моль/л HCl оба элемента

имеют достаточно высокие значения коэффициен-

та распределения K_d(Sn) = 850, K_d(Te) = 320, что

отвечает хорошей сорбции на смоле. В 1 моль/л

HCl K_d(Sn) = 490 и K_d(Te) = 5.1; 119mTe (T_1/2=

4.7 сут) элюируется с колонки, тогда как 117mSn

(T_1/2 = 14 сут) надежно задерживается на смоле.

Данная стадия позволила надежно отделить Te

от Sn (рис. 9). Однако вместе с этими элемента-

ми также вымывается 120mSb в количестве менее

15 кБк (0.01% от материала мишени Sb). Целью

данного этапа было разделить только Te от Sn.

Если требуется очистка от Sb, то следует повто-

Рис. 9. Хроматограмма стадии разделения Te/Sn на

рить разделение на анионите (аналогично стадии 1).

смоле UTEVA (100-150 мкм, 2 мл).

РАДИОХИМИЯ том 62 № 3 2020

246

КУРАКИНА и др.

ных примесях для планирования получения 119mTe

5. Forrer F., Uusijärvi H., Waldherr C., Cremonesi M.,

и создания генератора 119mTe-¹¹⁹Sb

Bernhardt P., Mueller-Brand J., Maecke H.R. //

Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 2001. Vol. 31. P. 1257.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

6. Chamberlain M.C., Kormanik P.A. // Neurology. 1996.

Определенная нами скорость наработки ¹¹¹In

Vol. 46. P. 1674.

облучением сурьмяной мишени протонами

7. Hemmingsen L., Butz T. // Encyclopedia of In-

600 МэВ на внутреннем пучке Фазотрона ЛЯП

organic and Bioinorganic Chemistry. 2011. doi

ОИЯИ - 53 МБк/(мкА·ч) - является вполне конку-

10.1002/9781119951438.eibc0299

рентноспособной. Препарат содержит относитель-

8. Bozhikov G.A., Bontchev G.D., Ivanov P.I., Priemy-

но низкое количество ^114mIn (2% от целевого изо-

shev A.N., Maslov O.D., Milanov M.V., Dmitriev S.N. //

топа на конец облучения). Дальнейшее разделение

J. Radioanal. Nucl. Chem. 2003. Vol. 258, N 3. P. 645.

индия проводили по трехступенчатой схеме. Ради-

охимический выход ¹¹¹In составлял 85%, степень

9. Nortier F.M., Mills S.J., Steyn G.F. // Appl. Radiat. Isot.

очистки от материала мишени - не менее 10⁹. Вся

1990. Vol. 41, N 12. P. 1201.

процедура разделения занимала приблизительно

10. Zaitseva N.G., Knotek O., Kowalew A., Mikecz P.,

12 ч, но она может быть значительно сокращена

Rurarz E., Khalkin V.A., Ageev V.A., Klyuchnikov E.E.,

при рутинном производстве радионуклида. Самым

Kuzina L.A., Linev A.F. // Appl. Radiat. Isot. 1990.

длительным процессом является выпаривание

Vol. 41, N 2. P. 177.

фракций индия после первого разделения, однако

11. Lahiri S., Maiti M., Ghosh K. // J. Radioanal. Nucl.

данный процесс может быть интенсифицирован.

Chem. 2012. Vol. 297, N 3. P. 309.

Индий-111, полученный по разработанной мето-

12. Engle J.W., Birnbaum E.R., Fassbender M.E., John K.D.,

дике, уже неоднократно применялся для изучения

Nortier F.M. // Proceedings of Cyclotrons. 2013. P. 451.

комплексообразования методом ВУК, при этом от-

ISBN: 978-3-95450-128-1.

носительно низкое содержание ^114mIn не оказывает

13. Schumann D., Stowasser T., Dressler R., Ayranov M. //

влияние на исследования.

Radiochim. Acta. 2013. Vol. 101. P. 501.

Также в настоящей работе описана наработ-

14. Panteleev V.N., Barzakh A.E., Batist L.Kh., Fedorov D.V.,

ка и разделение радионуклидов 117mSn и 119mTe.

Ivanov V.S., Moroz F.V., Molkanov P.L., Orlov S.Yu.,

Представляется весьма перспективным получение

Volkov Yu.M. // Rev. Sci. Instrum. 2015. Vol. 86. P. 123.

119mTe для потенциального использования генера-

тора 119mTe → ¹¹⁹Sb облучением мишеней сурьмы

15. Haddad F., Ferrer L., Guertin A., Carlier T., Michel N.,

на ускорителях с энергией протонов 40-50 МэВ и

Barbet J., Chatal J. // Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging.

выше.

2008. Vol. 35. P. 1377.

16. Thisgaard H., Jensen M. // Appl. Radiat. Isot. 2009.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Vol. 69. P. 34.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

17. Философов Д.В., Рахимов А.В., Божиков Г.А.,

интересов.

Караиванов Д.В., Лебедев Н.А., Норсеев Ю.В.,

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Садыков И.И. // Радиохимия. 2013. T. 55, № 4. C. 339.

18. Ferrari A., Sala P.R., Fasso A., Ranft J. // CERN 2005-

1. Das S.K., Guin R., Saha S.K. // Appl. Radiat. Isot. 1996.

10. 2005. INFN/TC_05/11, SLAC-R-773.

Vol. 47, N 3. P. 293.

2. Солодкий В.А., Иванова В.В., Паньшин Г.А., Ставиц-

19. Lagunas-Solar M.C., Carvacho O.F., Yang Seung-Tai,

кий Р.В. // Радиология - практика, 2010. T. 4. C. 42.

Yang Yu. // Appl. Radiat. Isot. 1990. Vol. 41, N 6. P. 521.

3. Lewis S.S., Cox G.M., Stout J.E. // Open Forum Infect.

20. Marinov G.M., Marinova A.P., Medvedev D.V., Dada-

Dis. 2014. Vol. 2, ofu089. P. 1.

khanov J.A., Milanova M.M., Happel S., Radchenko V.I.,

4. Abdel-Nabi H., Doerr R.J. // Semin. Nucl. Med. 1993.

Filosofov D.V. // Radiochim. Acta. 2016. Vol. 104,

Vol. 23, N 2. P. 99.

N 10. P. 735.

РАДИОХИМИЯ том 62 № 3 2020