ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2022, том 85, № 3, с. 172-176

ЯДРА

ИЗМЕРЕНИЕ КУМУЛЯТИВНОГО ВЫХОДА РАДИОНУКЛИДА¹⁰³Ru

ПРИ ОБЛУЧЕНИИ МИШЕНИ ИЗ ThO₂ ЯДРАМИ⁴Не,³He,¹H И²H

К. А. Маковеева¹⁾, Т. Ю. Маламут¹⁾, В. И. Новиков¹⁾, В. Н. Унежев¹⁾

Поступила в редакцию 19.12.2021 г.; после доработки 19.12.2021 г.; принята к публикации 13.01.2022 г.

В настоящее время к перспективной технологии в области радионуклидной терапии можно отнести

создание на основе полипептидной платформы модульных нанотранспортеров (МНТ). В качестве

терапевтического агента “ближнего действия” в тандеме с МНТ можно использовать эмиттеры

Оже-электронов, одним из наиболее эффективных радионуклидов для данной цели является103mRh

(T1/2 = 56.1 мин) с родительским нуклидом¹⁰³Ru (T1/2 = 39.2 сут). В работе впервые получены

экспериментальные значения кумулятивных выходов радионуклида¹⁰³Ru при облучении “толстых”

мишеней из ThO₂ ядрами⁴He,³He,¹H и²H. На основании полученных результатов сделан вывод

о том, что наработанная на циклотроне активность¹⁰³Ru достаточна для создания¹⁰³Ru/103mRh

изотопного генератора.

DOI: 10.31857/S0044002722030138

1. ВВЕДЕНИЕ

ным многократно, в том числе в профилактических

целях.

В настоящее время к перспективной технологии

В качестве терапевтического агента “ближнего

в области радионуклидной терапии можно отне-

действия” в тандеме с МНТ удобно использовать

сти создание на основе полипептидной платформы

эмиттеры Оже-электронов

[2]. Оже-электроны

модульных нанотранспортеров (МНТ) [1], которые

имеют малый пробег и высокую удельную линей-

способны не только специфично связываться с

ную потерю энергии, они способны повреждать

характерными рецепторами на поверхности рако-

клетки в пределах нескольких десятков нанометров

вой клетки, но, кроме того, наделены механизмом

от их местоположения, но не оказывают цитоток-

проникновения непосредственно в раковую клетку

сического действия на больших расстояниях.

и наиболее уязвимую ее область — ядро клетки.

Нагружая МНТ радионуклидами “ближнего дей-

В работе [3] разработаны критерии, которым

ствия”, можно эффективно уничтожать как от-

должны отвечать эмиттеры Оже-электронов для

дельные раковые клетки, так и микрометастазы,

использования их в качестве терапевтических

не выявляемые современными диагностическими

агентов. Отмечается, что этим критериям удовле-

методами, и при этом практически не оказывать

творяют несколько радионуклидов:58mCo,103mRh,

негативного цитотоксического действия на здоро-

¹¹⁹Sb,¹⁶¹Ho и189mOs. Однако приоритет отдается

вые клетки и ткани. Поскольку наличие отдельных

103mRh в связи с тем, что он имеет наименьшее

раковых клеток и микрометастазов после хирурги-

отношение числа γ-квантов к электронам и может

ческого вмешательства или химиотерапии является

быть получен генераторным способом.

основной причиной рецидивов рака и основной

трудностью в борьбе с ним, перспектива их уничто-

Предшественником103mRh (T1/2 = 56.1 мин) в

жения — важнейшая задача терапии.

генераторе является радионуклид¹⁰³Ru (T1/2 =

Указанная технология может применяться как

= 39.274 cут). Радионуклид ¹⁰³Ru может быть по-

после хирургического вмешательства, так и после

лучен несколькими способами. В частности, на

химиотерапии в качестве финишной терапевти-

циклотроне У-150 НИЦ “Курчатовский институт”

ческой процедуры, направленной на исключение

¹⁰³Ru можно наработать облучением тория ядрами

рецидива появления рака. Практическое отсут-

⁴Не,³He,¹H и²H. Причем кумулятивный выход

ствие цитотоксического действия позволит приме-

¹⁰³Ru определяется собственным выходом оскол-

нять указанную процедуру онкологическим боль-

ка¹⁰³Ru и дополнительно собирается из распада

¹⁾НИЦ “Курчатовский институт”, Москва, Россия.

нескольких осколков, имеющих одинаковые мас-

^*E-mail: alexandersmirnov601@gmail.com

сы и короткие периоды полураспада по цепоч-

172

ИЗМЕРЕНИЕ КУМУЛЯТИВНОГО ВЫХОДА РАДИОНУКЛИДА

173

ке:¹⁰³Nb (T1/2 = 1.5 с) →¹⁰³Mo (T1/2 = 60 с) →

каждой мишени измеряли несколько раз в тече-

→¹⁰³Tc (T1/2 = 50 с) →¹⁰³Ru. Для практического

ние периода полураспада¹⁰³Ru. При определении

активности¹⁰³Ru вводили расчетные поправки на

применения¹⁰³Ru с целью создания¹⁰³Ru/103mRh

распад радионуклида за время измерения и само-

изотопного генератора необходимо знание куму-

поглощение γ-квантов в мишенях. В качестве по-

лятивного выхода¹⁰³Ru в соответствующих реак-

правки на самопоглощение γ-квантов для мишеней

циях. В литературе данные об экспериментальных

толщиной 3.1, 3.5 и 6 мм принимали относитель-

выходах¹⁰³Ru при облучении тория ядрами⁴Не,

ное ослабление узкого пучка γ-квантов с энергией

³He,¹H и²H отсутствуют. Учитывая это, а также

E_γ = 497.085 кэВ в направлении детектора слоем

с целью восполнить указанный пробел в настоя-

ThO₂, равным половине толщины мишени.

щей работе были измерены кумулятивные выходы

В работах [6, 7] приведены кумулятивные се-

¹⁰³Ru при облучении “толстых” мишеней из ThO₂

чения образования¹⁰³Ru при облучении ториевой

ядрами⁴Не,³He,¹H и²H.

мишени протонами. Эти данные позволили сделать

уточненную оценку поправки на самопоглощение

γ-квантов для мишени толщиной 9 мм. Поправ-

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА

ка для мишени толщиной 9 мм рассчитывалась

Выходы радионуклида¹⁰³Ru определяли с по-

усреднением поправок по слоям мишени с весом

мощью активационной методики. Мишени в форме

наработанных в каждом слое ядер¹⁰³Ru. Оцен-

дисков диаметром 8, толщиной от 3 до 9 мм из по-

ку количества ядер в слоях мишени проводили

рошка ThO₂ упаковывали в мишенные устройства,

в 10-групповом (10-слойном) приближении. При

имеющие на входе пучка окна из алюминиевой

этом энергетическое распределение заряженных

фольги толщиной 40 мкм. Мишенные устройства

частиц по слоям мишени рассчитывали по про-

устанавливали в камеру циклотрона У-150 НИЦ

грамме SRIM, а массовые коэффициенты ослабле-

ния брали из библиотеки данных [8].

“Курчатовский институт” и облучали ядрами³He,

⁴He,¹H и²H током ∼0.15 мкА до достижения

Выход радионуклида¹⁰³Ru определяли по фор-

суммарного заряда ∼0.1 мкА ч. Мишени имели

муле

насыпную плотность 2.15-2.6 г/см³, определяе-

Z₁ (1 - exp (-λT₁))

V =A

(1)

мую взвешиванием. Энергия ядер⁴He,³He,¹H

Z₂ (1 - exp (-λT₂))

и²H на входе в ThO₂ составляла 55, 65, 32 и

Здесь V — выход радионуклида¹⁰³Ru (Бк/(мкА ч)),

28 МэВ соответственно. Пробеги ядер⁴He,³He,

A —активность радионуклида¹⁰³Ru в мишени,

¹H и²H, рассчитанные по программе SRIM [4],

укладывались в толщину мишеней, которая для

приведенная к концу облучения (Бк); Z₁ — пока-

зание интегратора тока, соответствующее заряду

ядер⁴He,³He,¹H и²H равнялась 3.5, 3.1, 9 и

1 мкА ч (относительные единицы); λ — постоянная

6 мм. Во время облучения с помощью специального

интегрирующего прибора регистрировали суммар-

распада¹⁰³Ru (с-1), T₁ — время облучения, равное

ный заряд ядер, падающих на облучаемые мишени.

1 ч (с), Z2 — показание интегратора тока за время

облучения (относительные единицы), T₂ — время

Энергия ускоренных ядер задавалась параметрами

циклотрона.

облучения мишени (с).

После облучения и примерно 7 сут выдержки

определяли активность радионуклида¹⁰³Ru по пи-

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

ку полного поглощения γ-квантов по линии E_γ =

Экспериментальные значения кумулятивных

= 497.085 кэВ (K_γ = 91%) [5]. Измерения про-

выходов радионуклида¹⁰³Ru при облучении “тол-

водили с помощью гамма-спектрометра фирмы

стых” мишеней из ThO₂ ядрами⁴He,³He,¹H и

ORTEC GEM 35P4 (США) с детектором из сверх-

²H представлены в табл. 1. Погрешности изме-

чистого германия объемом ∼100 см³. Мишени

ренных выходов находятся в интервале 14-17%

во время измерений устанавливали в зависимости

при доверительной вероятности 68%. Учтенными

от загрузки спектрометра на расстоянии 6-42 см

составляющими погрешностей являлись: погреш-

от торцевой поверхности детектора. При изме-

ность определения эффективности детектора 7%,

рениях активности мертвое время спектрометра

площадей пиков полного поглощения γ-квантов

не превышало 10%. Энергетическую зависимость

в аппаратурных спектрах 5-10% и квантового

эффективности регистрации γ-квантов детектором

определяли экспериментально с помощью образ-

выхода 12%. На рис. 1-4 в качестве иллюстрации

цовых спектрометрических гамма-источников из

представлены аппаратурные гамма-спектры ми-

комплекта ОСГИ. Время измерения аппаратур-

шеней из ThO₂, облученных ядрами⁴He,³He,¹H

ных гамма-спектров составляло 1 ч. Активность

и²H.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№3

2022

176

СМИРНОВ и др.

Таблица 1. Экспериментальные значения кумулятивных выходов¹⁰³Ru при облучении “толстых” мишеней из ThO₂

ядрами⁴He,³He,¹H и²H

Энергия ускоренных

Кумулятивный выход,

Толщина мишени,

Тип реакции

ядер, МэВ

мм

10⁴ Бк/(мкА ч)

²³²Th(¹H, x)¹⁰³Ru

13.8 ± 2.3

²³²Th(²H, x)¹⁰³Ru

12.5 ± 1.7

²³²Th(³He, x)¹⁰³Ru

3.1

6.7 ± 1.0

²³²Th(⁴He, x)¹⁰³Ru

3.5

3.9 ± 0.6

кумулятивный выход¹⁰³Ru может быть получен

3. P. Bernhardt, E. Forssell-Aronsson, L. Jacobsson, and

на пучке протонов. Согласно полученным данным

G. Skarnemark, Acta Oncologica 40, 602 (2001).

за 10 ч облучения на пучке протонов при токе

4. J. F. Ziegler, M. D. Ziegler, and J. P. Biersack, Nucl.

20 мкА на циклотроне можно наработать актив-

Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B 268,

1818

ность¹⁰³Ru ∼27.5 МБк. По мнению авторов насто-

(2010).

ящей статьи, эта активность достаточна для созда-

5. D. De Frenne, Nucl. Data Sheets 110, 2081 (2009).

ния¹⁰³Ru/103mRh изотопного генератора, который

может найти практическое применение в тандеме с

6. H. Kudo, H. Muramatsu, H. Nakahara, K. Miyano, and

технологией МНТ.

I. Kohno, Phys. Rev. C 25, 3011 (1982).

Работа выполнена при поддержке НИЦ “Кур-

7. T. Mastren, V. Radchenko, P. D. Hopkins, J. W. Engle,

чатовский институт”, приказ № 2751 от 28.10.2021 г.

J. W. Weidner, R. Copping, M. Brugh, F. M. Nortier,

E. R. Bimbaum, K. D. John, and M. E.-H. Fassbender,

PLoS ONE 12, 12 (2017).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

8. J. H. Hubbell and S. M. Seltzer, NIST Standard

1. A. S. Sobolev, Front. Pharmacol. 9, 952 (2018).

Reference Database

126

(National Institute of

2. D. Filosofov, E. Kurakina, and V. Radchenko, Nucl.

Med. Biol. 94-95, 1 (2021).

Standards and Technology, Gaithersburg, 1996).

MEASUREMENT OF CUMULATIVE YIELD OF THE¹⁰³Ru RADIONUCLIDE

FOR⁴He-,³He-, PROTON- AND DEUTERON-INDUCED REACTIONS

ON ThO₂ TARGETS

A. A. Smirnov¹⁾, M. N. German¹⁾, V. A. Zagryadskiy¹⁾, K. A. Makoveeva¹⁾, T. Y. Malamut¹⁾,

V. I. Novikov¹⁾, V. N. Unezhev¹⁾

¹⁾NRC “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia

Modular nanotransporters (MNTs)are promisingtechnology for nuclear medicineof the presenttime which

is based on an engineered polypeptide platform. Emitters of Auger electrons can be used in pair with MNTs

as short-range cytotoxic agents, and among the most effective ones¹⁰³Ru with parent nuclide of¹⁰³Ru

(T1/2 = 56.1 min and T1/2 = 39.2 d respectively) is to be noted. This work provides new experimental

data of cumulative yield of¹⁰³Ru radionuclide for⁴He-,³He-, proton- and deuteron-induced reactions on

“thick” ThO₂ targets. Data shows that acquired activity of¹⁰³Ru is sufficient for creation of¹⁰³Ru/103mRh

generator.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 85

№3

2022