Технеций 99. Ядерная медицина на примере технеция

Содержание статьи

ТЕХНЕЦИЙ – технеций (лат. Technetium, символ Tc) – элемент 7 (VIIb) группы периодической системы, атомный номер 43. Технеций является самым легким из тех элементов периодической системы, у которых отсутствуют стабильные изотопы и первым элементом, полученным искусственно. К настоящему времени синтезировано 33 изотопа технеция с массовыми числами 86–118, наиболее стабильные из них – 97 Tc (период полураспада 2,6·10 6 лет), 98 Tc (1,5·10 6) и 99 Tc (2,12·10 5 лет).

В соединениях технеций проявляет степени окисления от 0 до +7, наиболее устойчиво семивалентное состояние.

История открытия элемента.

Направленные поиски элемента № 43 начались с момента открытия Д.И.Менделеевым периодического закона в 1869. В периодической таблице некоторые клетки были пустыми, так как отвечающие им элементы (среди них был и 43-й – экамарганец) еще не были известны. После открытия периодического закона многие авторы заявляли о выделении из различных минералов аналога марганца с атомным весом около ста и предлагали ему названия: дэвий (Керн, 1877), люций (Баррайр, 1896) и ниппоний (Огава, 1908), но все эти сообщения в дальнейшем не подтвердились.

В 1920-х поисками экамарганца занялась группа немецких ученых под руководством профессора Вальтера Ноддака. Проследив закономерности изменения свойств элементов по группам и периодам, они пришли к выводу, что по своим химическим свойствам элемент № 43 должен быть гораздо ближе не к марганцу, а к своим соседям по периоду: молибдену и осмию, поэтому искать его было нужно в платиновых и молибденовых рудах. Экспериментальная работа группы Ноддака продолжалась в течение двух с половиной лет, и в июне 1925 Вальтер Ноддак сделал сообщение об открытии элементов № 43 и № 75, которые предлагалось назвать мазурием и рением. В 1927 открытие рения было окончательно подтверждено, и все силы этой группы переключились на выделение мазурия. Ида Ноддак-Таке, сотрудница и жена Вальтера Ноддака, даже заявила, что «в скором времени мазурий, подобно рению, можно будет покупать в магазинах», но столь опрометчивому утверждению не суждено было сбыться. Немецкий химик В.Прандтль показал, что супруги приняли за мазурий примеси, не имеющие ничего общего с элементом № 43. После неудачи Ноддаков многие ученые начали сомневаться в существовании элемента № 43 в природе.

Еще в 1920-х сотрудник Ленинградского университета С.А.Щукарев заметил определенную закономерность в распределении радиоактивных изотопов, которую окончательно сформулировал в 1934 немецкий физик Г.Маттаух. Согласно правилу Маттауха – Щукарева в природе не могут существовать два стабильных изотопа с одинаковыми массовыми числами и ядерными зарядами, отличающимися на единицу. По крайней мере один из них должен быть радиоактивным. Элемент № 43 расположен между молибденом (атомная масса 95,9) и рутением (атомная масса 101,1), но все массовые числа от 96 до 102 заняты стабильными изотопами: Mo-96, Mo-97, Mo-98, Ru-99, Mo-100, Ru-101 и Ru-102. Следовательно, элемент № 43 не может иметь нерадиоактивных изотопов. Впрочем, это не означает, что его нельзя найти на Земле: ведь уран и торий тоже радиоактивны, но сохранились до нашего времени из-за большого периода полураспада. И все же их запасы за время существования земли (около 4,5 млрд. лет) уменьшились в 100 раз. Несложные расчеты показывают, что радиоактивный изотоп может в ощутимых количествах остаться на нашей планете лишь если его период полураспада превышает 150 млн. лет. После провала поисков группы Ноддака надежда обнаружить такой изотоп практически угасла. Сейчас известно, что наиболее стабильный изотоп технеция имеет период полураспада 2,6 миллиона лет, поэтому для изучения свойств элемента № 43 необходимо было создать его заново. За эту задачу взялся в 1936 молодой итальянский физик Эмилио Джино Сегре . Принципиальная возможность искусственного получения атомов была показана еще в 1919 великим английским физиком Эрнестом Резерфордом .

После окончания Римского университета и прохождения четырехлетней воинской службы Сегре работал в лаборатории Энрико Ферми пока не получил предложение возглавить кафедру физики в университете Палермо. Конечно, отправляясь туда, он надеялся продолжить работы по ядерной физике, но лаборатория, в которой ему предстояло работать, была очень скромной и не располагала к научным подвигам. В 1936 он отправился в командировку в США, в город Беркли, где в радиационной лаборатории Калифорнийского университета уже в течение нескольких лет действовал первый в мире ускоритель заряженных частиц – циклотрон. Во время работы в Беркли ему пришла в голову мысль проанализировать молибденовую пластину, которая служила для отклонения пучка ядер дейтерия – тяжелого изотопа водорода. «У нас были веские основания думать, – писал Сегре, – что молибден после бомбардировки его дейтронами должен превратиться в элемент с номером 43...» Действительно, в ядре атома молибдена 42 протона, а в ядре дейтерия – 1. Если бы эти частицы могли объединиться, то получилось бы ядро 43-го элемента. Природный молибден состоит из шести изотопов, значит, в облученной пластинке могли присутствовать несколько изотопов нового элемента. Сегре надеялся, что хотя бы некоторые из них являются достаточно долгоживущими, чтобы сохраниться в пластинке после возвращения в Италию, где он намеревался заняться поиском элемента № 43. Задача осложнялась еще и тем, что молибден, использованный для изготовления мишени, не был специально очищен, и в пластинке могли протекать ядерные реакции с участием примесей.

Руководитель радиационной лаборатории Эрнест Лоуренс разрешил Сегре забрать пластинку с собой, и 30 января 1937 в Палермо, Эмилио Сегре и минералог Карло Перье приступили к работе. Вначале они установили, что привезенный образец молибдена испускал бета-частицы, значит, в нем действительно присутствовали радиоактивные изотопы, но был ли среди них элемент № 43, ведь источниками обнаруженного излучения могли быть изотопы циркония, ниобия, рутения, рения, фосфора и самого молибдена? Для ответа на этот вопрос часть облученного молибдена растворили в царской водке (смеси соляной и азотной кислот), и химическим путем удалили радиоактивный фосфор, ниобий и цирконий, а затем осадили сульфид молибдена. Оставшийся раствор все еще был радиоактивен, в нем оставался рений и, возможно, элемент № 43. Теперь оставалось самое сложное – разделить эти два близких по свойствам элемента. Сегре и Перье справились с этой задачей. Они установили, что при осаждении сероводородом сульфида рения из концентрированного солянокислого раствора, часть активности оставалась в растворе. После контрольных опытов по отделению изотопов рутения и марганца стало ясно, что бета-частицы могут излучаться только атомами нового элемента, который назвали технецием от греческого слова tecnh ós – «искусственный». Это название было окончательно утверждено на съезде химиков, состоявшемся в сентября 1949 в Амстердаме. Вся работа продолжалась более четырех месяцев и закончилась в июне 1937, в результате нее было получено всего лишь 10 –10 грамма технеция.

Хотя в руках Сегре и Перье оказались ничтожные количества элемента № 43, они все же смогли определить некоторые его химические свойства и подтвердили предсказанное на основе периодического закона сходство технеция и рения. Понятно, что им хотелось больше узнать о новом элементе, но чтобы его изучать, нужно было иметь весовые количества технеция, а облученный молибден содержал слишком мало технеция, поэтому требовалось найти более подходящую кандидатуру на роль поставщика этого элемента. Ее поиски увенчались успехом в 1939, когда О.Ган и Ф.Штрассман обнаружили, что в «осколках», образующихся при делении урана-235 в ядерном реакторе под действием нейтронов, содержится довольно значительные количества долгоживущего изотопа 99 Tc. В следующем году Эмилио Сегре и его сотрудница Ву Цзяньсюн смогли выделить его в чистом виде. На каждый килограмм таких «осколков» приходится до десяти граммов технеция-99. Поначалу технеций, получаемый из отходов ядерного реактора, стоил очень дорого, в тысячи раз дороже золота, но атомная энергетика развивалась очень бурно и к 1965 цена на «синтетический» металл упала до 90 долл. за грамм, его мировое производство исчислялось уже не миллиграммами, а сотнями граммов. Располагая такими количествами этого элемента, ученые смогли всесторонне изучить физические и химические свойства технеция и его соединений.

Нахождение технеция в природе. Несмотря на то, что период полураспада (T 1/2) наиболее долгоживущего изотопа технеция – 97 Tc составляет 2,6 млн. лет, что, казалось бы, полностью исключает возможность обнаружить этот элемент в земной коре, технеций может непрерывно образовываться на Земле в результате ядерных реакций. В 1956 Бойд и Ларсон предположили, что в земной коре присутствует технеций вторичного происхождения, образующийся при активации молибдена, ниобия и рутения жестким космическим излучением.

Есть и другой путь образования технеция. Ида Ноддак-Таке в одной из своих публикаций предсказала возможность спонтанного деления ядер урана, а в 1939 немецкие радиохимики Отто Ган и Фриц Штрассман подтвердили ее экспериментально. Одним из продуктов спонтанного деления являются атомы элемента № 43. В 1961 Курода, переработав около пяти килограммов урановой руды, смог убедительно доказать присутствие в ней технеция в количестве 10 –9 грамма на килограмм руды.

В 1951 американский астроном Шарлотта Мур предположила, что технеций может присутствовать в небесных телах. Спустя год английский астрофизик Р.Мерилл при изучении спектров космических объектов обнаружил технеций в некоторых звездах из созвездий Андромеды и Кита. Его открытие в дальнейшем было подтверждено независимыми исследованиями, причем количество технеция на некоторых звездах мало отличается от содержания соседних стабильных элементов: циркония, ниобия, молибдена и рутения. Для объяснения этого факта предположили, что технеций образуется в звездах и в настоящее время в результате ядерных реакций. Это наблюдение опровергло все многочисленные теории дозвездного образования элементов и доказало, что звезды являются своеобразными «заводами» по производству химических элементов.

Получение технеция.

Сейчас время технеций получают либо из отходов переработки ядерного топлива, либо из облученной в циклотроне молибденовой мишени.

При делении урана, вызванном медленными нейтронами, образуются два ядерных осколка – легкий и тяжелый. У образующихся изотопов есть избыток нейтронов и в результате бета-распада или испускания нейтронов они переходят в другие элементы, давая начало цепочкам радиоактивных превращений. В некоторых таких цепочках образуются изотопы технеция:

235 U + 1 n = 99 Mo + 136 Sn + 1 n

99 Mo = 99m Tc + b – (T 1/2 = 66 час)

99m Tc = 99 Tc (T 1/2 = 6 час)

99 Tc = 99 Ru (стабильный) + 227 – (T 1/2 = 2,12·10 5 лет)

В эту цепочку входит изотоп 99m Tc – ядерный изомер технеция-99. Ядра этих изотопов идентичны по своему нуклонному составу, но различаются по радиоактивным свойствам. Ядро 99m Tc имеет более высокую энергию, и, теряя ее в виде кванта g -излучения, переходит в ядро 99 Tc.

Технологические схемы концентрирования технеция и отделения его от сопутствующих элементов очень разнообразны. Они включают в себя комбинацию стадий дистилляции, осаждения, экстракции и ионообменной хроматографии. Отечественная схема переработки отработанных тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов предусматривает их механическое дробление, отделение металлической оболочки, растворение сердечника в азотной кислоте и экстракционное выделение урана и плутония. При этом технеций в форме пертехнетат-иона остается в растворе вместе с другими продуктами деления. При пропускании этого раствора через специально подобранную анионообменную смолу с последующей десорбцией азотной кислотой получают раствор пертехнециевой кислоты (HTcO 4), из которого после нейтрализации осаждают сульфид технеция (VII) сероводородом:

2HTcO 4 + 7H 2 S = Tc 2 S 7 + 8H 2 O

Для более глубокой очистки технеция от продуктов деления сульфид технеция обрабатывают смесью пероксида водорода и аммиака:

Tc 2 S 7 + 2NH 3 + 7H 2 O 2 = 2NH 4 TcO 4 + 6H 2 O + 7S

Затем пертехнетат аммония экстрагируют из раствора и последующей кристаллизацией получают химически чистый препарат технеция.

Металлический технеций обычно получают восстановлением пертехнетата аммония или диоксида технеция в токе водорода при 800–1000° C или электрохимическим восстановлением пертехнетатов:

2NH 4 TcO 4 + 7H 2 = 2Tc + 2NH 3 + 8H 2 O

Выделение технеция из облученного молибдена раньше было основным способом промышленного получения металла. Сейчас этот способ используется для получения технеция в лаборатории. Технеций-99m образуется при радиоактивном распаде молибдена-99. Большая разница периодов полураспада 99m Tc и 99 Mo позволяет использовать последний для периодического выделения технеция. Подобные пары радионуклидов известны под названием изотопных генераторов. Максимальное накопление 99m Tc в генераторе 99 Mo/ 99m Tc происходит через 23 часа после каждой операции отделения изотопа от материнского молибдена-99, однако уже через 6 часов содержание технеция составляет половину от максимального. Это позволяет проводить выделение технеция-99m несколько раз в день. Известны 3 основных типа генераторов 99m Tc по способу отделения дочернего изотопа: хроматографические, экстракционные и сублимационные. В хроматографических генераторах используется различие коэффициентов распределения технеция и молибдена на различных сорбентах. Обычно молибден фиксируют на оксидном носителе в форме молибдат- (MoO 4 2–) или фосформолибдат-иона (H 4 3–). Накопившийся дочерний изотоп элюируют физиологическим раствором (из генераторов, используемых в ядерной медицине) или разбавленными растворами кислот. Для изготовления экстракционных генераторов облученную мишень растворяют в водном растворе гидроксида или карбоната калия. После экстракции метилэтилкетоном или другим веществом экстрагент удаляют выпариванием, а остающийся пертехнетат растворяют в воде. Действие сублимационных генераторов основано на большом различии летучестей высших оксидов молибдена и технеция. При прохождении нагретого газа-носителя (кислород) через нагретый до 700–800° C слой триоксида молибдена испарившийся гептаоксид технеция удаляется в холодную часть прибора, где и конденсируется. Каждому типу генераторов присущи свои характерные достоинства и недостатки, поэтому выпускаются генераторы всех вышеперечисленных типов.

Простое вещество.

Основные физико-химические свойства технеция изучены на изотопе с массовым числом 99. Технеций – пластичный парамагнитный металл серебристо-серого цвета. Температура плавления около 2150° C, температура кипения » 4700° C, плотность 11,487 г/см 3 . Технеций имеет гексагональную кристаллическую решетку, в пленках толщиной менее 150Å – кубическую гранецентрированную. При температуре 8К технеций становится сверхпроводником II рода ().

Химическая активность металлического технеция близка к активности рения – его соседа по подгруппе и зависит от степени измельченности. Так, компактный технеций медленно тускнеет во влажном воздухе и не изменяется в сухом, а порошкообразный быстро окисляется до высшего оксида:

4Tc + 7O 2 = 2Tc 2 O 7

При небольшом нагревании технеций реагирует с серой и галогенами с образованием соединений соединений в степени окисления +4 и +6:

Tc + 3F 2 = TcF 6 (золотисто-желтый)

Tc + 3Cl 2 = TcCl 6 (темно-зеленый)

Tc + 2Cl 2 = TcCl 4 (красно-коричневый)

а при 700° C взаимодействует с углеродом, образуя карбид ТсС. Технеций растворяется в кислотах-окислителях (азотной и концентрированной серной), бромной воде и перекиси водорода:

Tc + 7HNO 3 = HTcO 4 + 7NO 2 + 3H 2 O

Tc + 7Br 2 + 4H 2 O = HTcO 4 + 7HBr

Соединения технеция.

Наибольший практический интерес представляют соединения семивалентного и четырехвалентного технеция.

Диоксид технеция TcO 2 – важное соединение в технологической схеме получения технеция особой чистоты. TcO 2 – порошок черного цвета с плотностью 6,9 г/см 3 , устойчивый на воздухе при комнатной температуре, сублимируется при 900–1100° С. При нагревании до 300° С диоксид технеция энергично реагирует с кислородом воздуха (с образованием Tc 2 O 7), с фтором, хлором и бромом (с образованием оксогалогенидов). В нейтральных и щелочных водных растворах легко окисляется до технециевой кислоты или ее солей.

4ТcO 2 + 3O 2 + 2H 2 O = 4HTcO 4

Оксид технеция (VII) Tc 2O 7 – желто-оранжевое кристаллическое вещество, легко растворимое в воде с образованием бесцветного раствора технециевой кислоты:

Tc 2 O 7 + H 2 O = 2HTcO 4

Температура плавления 119,5° С, температура кипения 310,5° С. Tc 2 O 7 является сильным окислителем и легко восстанавливается даже парами органических веществ. Служит исходным веществом для получения соединений технеция.

Пертехнетат аммония NH 4TcO 4 – бесцветное вещество, растворимое в воде, промежуточный продукт при получении металлического технеция.

Сульфид технеция (VII) – труднорастворимое вещество темно-коричневого цвета, промежуточное соединение при очистке технеция, при нагревании разлагается с образованием дисульфида TcS 2 . Получают сульфид технеция (VII) осаждением сероводородом из кислых растворов соединений семивалентного технеция:

2NH 4 TcO 4 + 8H 2 S = Tc 2 S 7 + (NH 4) 2 S + 8H 2 O

Применение технеция и его соединений. Отсутствие стабильных изотопов у технеция с одной стороны препятствует его широкому использованию, а с другой – открывает перед ним новые горизонты.

Огромный ущерб человечеству наносит коррозия, «съедая» до 10% всего выплавляемого железа. Хотя известны рецепты изготовления нержавеющей стали, ее использование не всегда целесообразно по экономическим и техническим причинам. Защитить сталь от ржавления помогают некоторые химические вещества – ингибиторы, которые делают поверхность металла инертной по отношению к корродирующим агентам. В 1955 Картледжем была установлена чрезвычайно высокая пассивирующая способность солей технециевой кислоты. Дальнейшие исследования показали, что пертехнетаты – самые эффективные ингибиторы коррозии железа и углеродистой стали. Их действие проявляется уже при концентрации 10 –4 –10 –5 моль/л и сохраняется до 250° С. Использование соединений технеция для защиты сталей ограничивается закрытыми технологическими системами во избежание попадания радионуклидов в окружающую среду. Вместе с тем, из-за высокой стойкости к g -радиолизу соли технециевой кислоты прекрасно подходят для предотвращения коррозии в ядерных реакторах с водяным охлаждением.

Многочисленные области применения технеция обязаны своим существованием его радиоактивности. Так, изотоп 99 Tc используется для изготовления стандартных источников b -излучения для дефектоскопии, ионизации газов и изготовления стандартных эталонов. Благодаря большому периоду полураспада (212 тысяч лет) они могут очень долго работать без существенного снижения активности. Сейчас изотоп 99m Tc занимает лидирующее положение в ядерной медицине. Технеций-99m – короткоживущий изотоп (период полураспада 6 часов). При изомерном переходе в 99 Tc он испускает только g -кванты, что обеспечивает достаточную проникающую способность и значительно меньшую дозу облучения пациента по сравнению с другими изотопами. Пертехнетат-ион не обладает ярко выраженной селективностью по отношению к определенным клеткам, что позволяет применять его для диагностики поражения большинства органов. Технеций очень быстро (в течение одного дня) выводится из организма, поэтому применение 99m Tc позволяет проводить повторное обследование одного и того же объекта через короткие промежутки времени, не допуская его переоблучения.

Юрий Крутяков

Это заключительная часть из серии статей о Научно-исследовательском институте атомных реакторов, который находится в городе Димитровграде, Ульяновской области. Мы уже познакомились с технологией производства самого дорогого металла на планете - , узнали, как делают топливные сборки для атомных реакторов, увидели уникальный реактор СМ-3, способный генерировать очень плотный поток нейтронов. Но всё же это не основная продукция, которую выпускает НИИ. Есть одно вещество, без которого все онкодиагностические клиники мира не смогу прожить ни дня. Цена этого радиоизотопа достигает 46 млн. долларов за грамм. Что это за вещество и почему малейшие сбои в его поставках вызывают большой переполох в мировой ядерной медицине - читайте далее...

Технеций и молибден

Это вещество - Молибден-99, с помощью которого сегодня проводится около 70% диагностических процедур в области онкологии, 50% - в кардиологии и около 90% - в радионуклидной диагностике. В силу сложности и дороговизны его получения, он широко доступен лишь в немногих развитых странах. Но как же Молибден-99 помогает в диагностике?

На самом деле всё не так просто. Молибден-99 - не конечный продукт, который используется в ядерной медицине. Её рабочей лошадкой является другой радиоактивный металл - Технеций-99.

Запутались? Попробую объяснить.

Большинство искусственно получаемых изотопов (разновидностей одного и того же химического элемента) весьма нестабильны и быстро распадаются за счет радиоактивного излучения. Время, через которое от изначального количества вещества остаётся ровно половина (на самом деле измерения делают по величине активности в Кюри, но для простоты будем считать массу), называют периодом полураспада. К примеру, один грамм того самого дорогущего Калифорния-252 через 2,5 года превращается в половину грамма, а самый новый и последний полученный 118-й элемент таблицы Менделеева Унуноктий-294 уменьшается вдвое вообще за 1 мс. Период полураспада нашего мегаполезного изотопа Технеция-99 - всего 6 часов. В этом и его плюс, и его минус.

Реакторный корпус в НИИАР

Излучение этого изотопа является довольно мягким, не затрагивающим соседние органы, при этом оно идеально подходит для регистрации специальной аппаратурой. Технеций способен накапливаться в поражённых опухолью органах или омертвевших участках сердечной мышцы, поэтому с помощью этого метода можно, например, выявить очаг инфаркта миокарда уже через 24 часа после его начала - проблемные места в организме просто подсветятся на снимке или экране. Через несколько часов после введения Технеций-99 превращается в более устойчивый изотоп и полностью выводится из организма без каких-либо последствий для здоровья. Однако, эти 6 часов одновременно являются и головной болью медиков, так как за такое короткое время его просто невозможно доставить в клинику с места производства.

НИИАР в Димитровграде

Единственный выход из этой ситуации - производить Технеций-99 на месте, прямо в диагностической клинике. Но как это сделать? Неужели нужно оборудовать каждую клинику ядерным реактором? К счастью, этого не потребовалось. Всё дело в том, что Технеций-99 можно сравнительно легко и без реактора получить из другого изотопа - Молибдена-99, период полураспада которого составляет уже 66 часов! А это уже более-менее адекватное время, за которое изотоп можно доставить в клинику из любой точки земного шара. Специалистам в клинике остаётся лишь превратить Молибден-99 в Технеций-99 с помощью специального генератора технеция

В генераторе происходит естественный распад Молибдена-99, одним из продуктов которого и является Технеций-99, который выделяют уже химическим путем - солевой раствор вымывает технеций, но оставляет на месте молибден. Подобная процедура может производиться несколько раз в день в течение недели, после чего требуется замена генератора на свежий. Эта необходимость связана с уменьшением активности Молибдена-99 вследствие его распада, а также с начинающимся загрязнением технеция молибденом. «Старый» генератор становится непригодным для медицинских нужд. Из-за короткого периода полураспада Молибдена-99 невозможно создавать запасы генераторов технеция. Требуются их регулярные поставки на еженедельной основе или в ещё более короткие сроки.

Таким образом, молибден-99 является своего рода родительским изотопом, который удобно транспортировать до конечного потребителя. Теперь мы подходим к самому главному - процессу получения Молибдена-99.

Как делают молибден-99

Молибден-99 можно получить только двумя способами и только в ядерном реакторе. Первый способ - это взять стабильный изотоп Молибден-98 и с помощью ядерной реакции захвата нейтрона превратить его в Молибден-99. Это наиболее «чистый» метод, который, однако, не позволяет получать коммерческие объёмы изотопа. Нужно отметить, что этот способ является перспективным и в настоящее время совершенствуется. Уже сегодня Япония собирается использовать этот метод для производства молибдена для собственных нужд.

Второй способ заключается в делении ядер высокообогащённого Урана-235 плотным потоком нейтронов. При «обстреле» урановой мишени нейтронами, она распадается на множество более лёгких элементов, одним из которых и является Молибден-99. Если вы уже читали первую часть этой серии статей, то наверняка должны помнить про уникальный в своем роде , который и генерирует тот самый плотный поток нейтронов - снарядов, разбивающих «малину» урана на несколько маленьких «ягодок».

Мишени могут быть различной формы - пластины, стержни и т.д. Они могу быть сделаны как из металлического урана, так и из его оксида или сплава с другим металлом (например, алюминием). Мишени в оболочках из алюминия или нержавеющей стали помещаются в активный канал реактора и выдерживаются там на протяжении определённого времени.

Реактор СМ-3 в НИИАР

После извлечения мишени из реактора, она охлаждается водой в течение половины суток и переносится в специальную «горячую» лабораторию, где из смеси продуктов деления урана химическим путём выделяют искомый Молибден-99, которого там окажется всего 6%. С этого момента запускается обратный отсчёт времени жизни нашего молибдена, за которой готов заплатить заказчик. Эту процедуру необходимо провести как можно быстрее, так как после облучения мишени каждый час теряется до 1% молибдена вследствие его распада.

В «горячей» камере, с помощью электромеханических манипуляторов, материал мишени с помощью щёлочи или кислоты превращается в жидкий раствор, из которого различными химическими реагентами и происходит выделение молибдена. В НИИАР используют щелочной метод, который более безопасен, чем кислотный, так как оставляет после себя меньше опасных жидких отходов.

Конечный продукт выглядит как бесцветная жидкость - раствор соли молибдата натрия.

фото ngs.ru

Флакончик с жидкостью помещают в специальный свинцовый контейнер и спецрейсом с ближайшего аэропорта Ульяновска отправляют потре**телю.

Весь процесс проходит под контролем компьютерной системы. исключающей ошибку оператора и человеческий фактор, что очень важно при производстве Молибдена-99. Необходимо так же соблюдать и все требования техники безопасности.

К сожалению, описанный выше метод является крайне «грязным» с точки зрения получения большого количества радиоактивных отходов, которые в дальнейшем практически не используются и нуждаются в захоронении. Ситуация усугубляется еще и тем, что отходы эти жидкие - их сложнее всего хранить и утилизировать. К слову сказать, в отходы попадает 97% исходной загрузки урана в мишень! Чисто теоретически, высокообогащённый уран из отходов может быть извлечён для дальнейшего использования, но практически этого никто не делает.

Проблемы

До недавних пор в мире было лишь 3 основных производителей Молибдена-99, и на них приходилось 95% всех поставок. Димитровградский НИИАР покрывал лишь до 5% потребности в этом изотопе. Самыми мощными игроками этой отрасли были Канада (40%), Нидерланды+Бельгия (45%) и ЮАР (10%). Однако у самого крупного поставщика Канады возникли проблемы с основным реактором-наработчиком, и ниша внезапно освободилась. «Росатоме» увидел в этом шанс занять ее в течение короткого срока.

Дефицит Молибдена-99 на мировом рынке сейчас превышает 30% при средних потребностях до 12 000 кюри в неделю (эту продукцию измеряют не в граммах, а в единицах активности материалов). А цены на это вещество доходят до $1500 за кюри.

Однако, при таких объёмах производства молибдена-99 встаёт вопрос о пропорциональном увеличении количества радиоактивных отходов, которые нужно где-то хранить. К сожалению, единственным способом захоронить жидкие отходы в НИИАР до сих пор остаётся закачка их под давлением на глубину 1300 метров. Это очень опасно, учитывая нахождение площадки хранилища на пересечении тектонических разломов (по исследованиям «ЦНИИгеолнеруда»). На сегодня это самый больной вопрос, для которого пока нет решения: под землей рядом с Димитровградом уже образовалось небольшое море радиоактивных отходов, которые теоретически могут попасть в Волгу.

Строительство нового многоцелевого реактора на быстрых нейтронах в НИИАР

По хорошему, жидкие отходы необходимо переводить в твёрдые путем цементирования и хранить их уже в специальных контейнерах. В 2015 году в НИИАР был построен новый пункт хранения твёрдых отходов на 8000 кубометров, с технологическими участками сортировки, переработки и кондиционирования.

фото niiar.ru

На протяжении более двух десятков лет МАГАТЭ выказывают крайнее недовольство технологией использования высокообогащённого урана в производстве молибдена-99. Но технология, используемая в НИИАР рассчитана именно на этот способ. Со временем димитровградский НИИ планирует переходить на работу с низкообогащённым ураном. Но это вопрос будущего, а пока самым сложным вопросом при производстве Молибдена остаётся утилизация радиоактивных отходов.

А их много и все они чрезвычайно опасны для окружающей среды и населения. Взять, к примеру изотопы стронция и йода, которые запросто могут попасть в атмосферу и разнестись на сотни километров вокруг. Для региона, где у населения наблюдается природный дефицит йода, это особенно опасно. Организм забирает из среды необходимый йод, включая и радиоактивный, что и приводит к печальным последствиям для здоровья. Но, как утверждают в НИИАР, их технологический процесс обладает очень высокой защищённостью от выбросов йода в атмосферу.

Сапожник без сапог

Каждый год в всем мире выполняют более 30 млн. лечебных процедур с применением радионуклидов. Однако в самой России, претендующей на роль основного поставщика Молибдена-99, потребность в этом изотопе минимальна. Более 70% всех произведённых в России радиоактивных изотопов уходит на экспорт. У онкологических больных в России шанс получить современное и своевременное лечение, не превышает 10% по причине банальной нехватки специализированных диагностических центров. В стране работают всего семь таких центров. Но нужно, чтобы их было не менее 140. Получается, что новейшие технологии с использованием изотопов в России зачастую просто негде применять.

Для сравнения, В США действует свыше 2000 центров ядерной медицины. В других развитых странах один такой центр приходится на каждые 500 тыс. человек населения. Ничего удивительного, что, по данным ВОЗ, пятилетняя выживаемость онкологических больных в США составляет 62%, во Франции - 58%, в России эта цифра не достигает и 43%.

Из этого и складывается не очень радостная картина: кому-то вершки, а нам - корешки.

Технеций и молибден

Запутались? Попробую объяснить.

Реакторный корпус в НИИАР

НИИАР в Димитровграде

В генераторе происходит естественный распад Молибдена-99, одним из продуктов которого и является Технеций-99, который выделяют уже химическим путем - солевой раствор вымывает технеций, но оставляет на месте молибден. Подобная процедура может производиться несколько раз в день в течение недели, после чего требуется замена генератора на свежий. Эта необходимость связана с уменьшением активности Молибдена-99 вследствие его распада, а также с начинающимся загрязнением технеция молибденом. "Старый" генератор становится непригодным для медицинских нужд. Из-за короткого периода полураспада Молибдена-99 невозможно создавать запасы генераторов технеция. Требуются их регулярные поставки на еженедельной основе или в ещё более короткие сроки.

Как делают молибден-99

Молибден-99 можно получить только двумя способами и только в ядерном реакторе. Первый способ - это взять стабильный изотоп Молибден-98 и с помощью ядерной реакции захвата нейтрона превратить его в Молибден-99. Это наиболее "чистый" метод, который, однако, не позволяет получать коммерческие объёмы изотопа. Нужно отметить, что этот способ является перспективным и в настоящее время совершенствуется. Уже сегодня Япония собирается использовать этот метод для производства молибдена для собственных нужд.

Второй способ заключается в делении ядер высокообогащённого Урана-235 плотным потоком нейтронов. При "обстреле" урановой мишени нейтронами, она распадается на множество более лёгких элементов, одним из которых и является Молибден-99. Если вы уже читали первую часть этой серии статей, то наверняка должны помнить про уникальный в своем роде , который и генерирует тот самый плотный поток нейтронов - снарядов, разбивающих "малину" урана на несколько маленьких "ягодок".

Реактор СМ-3 в НИИАР

После извлечения мишени из реактора, она охлаждается водой в течение половины суток и переносится в специальную "горячую" лабораторию, где из смеси продуктов деления урана химическим путём выделяют искомый Молибден-99, которого там окажется всего 6%. С этого момента запускается обратный отсчёт времени жизни нашего молибдена, за которой готов заплатить заказчик. Эту процедуру необходимо провести как можно быстрее, так как после облучения мишени каждый час теряется до 1% молибдена вследствие его распада.

В "горячей" камере, с помощью электромеханических манипуляторов, материал мишени с помощью щёлочи или кислоты превращается в жидкий раствор, из которого различными химическими реагентами и происходит выделение молибдена. В НИИАР используют щелочной метод, который более безопасен, чем кислотный, так как оставляет после себя меньше опасных жидких отходов.

Конечный продукт выглядит как бесцветная жидкость - раствор соли молибдата натрия.

фото ngs.ru

Флакончик с жидкостью помещают в специальный свинцовый контейнер и спецрейсом с ближайшего аэропорта Ульяновска отправляют потребителю.

К сожалению, описанный выше метод является крайне "грязным" с точки зрения получения большого количества радиоактивных отходов, которые в дальнейшем практически не используются и нуждаются в захоронении. Ситуация усугубляется еще и тем, что отходы эти жидкие - их сложнее всего хранить и утилизировать. К слову сказать, в отходы попадает 97% исходной загрузки урана в мишень! Чисто теоретически, высокообогащённый уран из отходов может быть извлечён для дальнейшего использования, но практически этого никто не делает.

Проблемы

До недавних пор в мире было лишь 3 основных производителей Молибдена-99, и на них приходилось 95% всех поставок. Димитровградский НИИАР покрывал лишь до 5% потребности в этом изотопе. Самыми мощными игроками этой отрасли были Канада (40%), Нидерланды+Бельгия (45%) и ЮАР (10%). Однако у самого крупного поставщика Канады возникли проблемы с основным реактором-наработчиком, и ниша внезапно освободилась. "Росатоме" увидел в этом шанс занять ее в течение короткого срока.

Однако, при таких объёмах производства молибдена-99 встаёт вопрос о пропорциональном увеличении количества радиоактивных отходов, которые нужно где-то хранить. К сожалению, единственным способом захоронить жидкие отходы в НИИАР до сих пор остаётся закачка их под давлением на глубину 1300 метров. Это очень опасно, учитывая нахождение площадки хранилища на пересечении тектонических разломов (по исследованиям "ЦНИИгеолнеруда"). На сегодня это самый больной вопрос, для которого пока нет решения: под землей рядом с Димитровградом уже образовалось небольшое море радиоактивных отходов, которые теоретически могут попасть в Волгу.

Строительство нового многоцелевого реактора на быстрых нейтронах в НИИАР

фото niiar.ru

Сапожник без сапог

Из этого и складывается не очень радостная картина: кому-то вершки, а нам - корешки.

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Сибирский государственный медицинский университет»
Министерство здравоохранения и социального развития
Фармацевтический факультет
Кафедра фармацевтической химии

Ондар Айнара Демьяновна
Технеций 99 – содержащие радиофармпрепараты. Особенности анализа и применения
Курсовая работа

Студент IV курса
_______ А. Д. Ондар
Преподаватель
_______ М. С. Ларькина

Томск -2012
Содержание:
Введение………………………………………………………… ……………3-4

Заключение…………………………………………………… …………….54-55
Список литературы………………………………… ………………………56-57

Введение.
Достижения в области физики атомного ядра оказывают очень большое влияние на развитие почти всех отраслей человеческого знания. Овладение атомной энергией дало в руки ученых самых разнообразных специальностей новые средства и способы научного исследования. Неизмеримо выросли возможности научного познания. Научная медицина с самого своего зарождения черпает в физике и химии новые идеи и средства для предупреждения болезней и борьбы с ними. Эта отрасль науки обогатилась новыми, весьма ценными методами изучения жизненных процессов, диагностики и лечения болезней.
Медицинская физика – это наука о системе, которая состоит из физических приборов и излучений, лечебно-диагностических аппаратов и технологий.
Цель медицинской физики – изучение этих систем профилактики и диагностики заболеваний, а также лечение больных с помощью методов и средств физики, математики и техники. Природа заболеваний и механизм выздоровления во многих случаях имеют биофизическое объяснение.
Проблема своевременного и точного диагноза остается одной из основных проблем клинической медицины XXI века. В комплексе клинико-инструментальных средств диагностики различных органов и тканей одно из ведущих мест принадлежит радионуклеотидным (радиоизотопным) методам исследования. (1)
Благодаря разнообразию радионуклеотидов и большому количеству «транспортных средств», доставляющих изотоп к органу-мишени, сегодня можно изучать любые системы организма.
Диагностика с использованием радиофармпрепаратов позволяет обнаружить нарушения деятельности органов намного раньше анатомических изменений, выявляемых другими диагностическими тестами (рентген, компьютерная и ЯМР-томография, УЗИ). Такая ранняя диагностика позволяет осуществить раннее лечение, когда оно наиболее эффективно и возможен благоприятный прогноз, что особенно важно при онкологических, кардиологических и неврологических заболеваниях.

Радиоактивные препараты (англ. radiopharmaceuticals; радиофармацевтические препараты (соединения, средства)) - радиоактивные изотопы или их соединения с различными неорганическими или органическими веществами, предназначенные для медико-биологических исследований, радиоизотопной диагностики и лечения различных заболеваний, главным образом для лучевой терапии злокачественных опухолей.
Радиоактивные препараты подразделяются на: :

В закрытых радиофармпрепаратах радиоактивный материал заключен в оболочку (защитное покрытие или капсулу), предотвращающую контакт с ним пациента и персонала и радиоактивное загрязнение окружающей среды. В клинической практике закрытые радиофармпрепараты применяют для контактной (аппликационной, внутриполостной и внутритканевой) лучевой терапии, а специальные источники низкоэнергетического фотонного излучения также для просвечивания и исследования минерального состава костной ткани.

В открытых радиофармпрепаратах возможен прямой контакт радиоактивного вещества с окружающей средой, в т. ч. с тканями организма), и ее радиоактивное загрязнение выше допустимого уровня, установленного для закрытых источников. К препаратам этого типа относятся, в частности, меченые соединения, используемые в исследованиях методом радиоизотопных индикаторов, применяемых in vivo, лечебно-диагностические радиофармацевтические препараты, рассасывающиеся в организме препараты (нити, пленки, губки) для контактной лучевой терапии, а также применяемые in vitro радиофармацевтические препараты для радиоиммунного анализа. Для лучевой терапии применяют свыше 200 закрытых радиофармпрепаратов.
Для диагностических целей применяются радиоизотопы, которые при введении в организм участвуют в исследуемых видах обмена веществ или изучаемой деятельности органов и систем, и при этом могут быть зарегистрированы методами радиометрии. Такие радиоактивные препараты, как правило, имеют короткий эффективный период полураспада, что обусловливает незначительную лучевую нагрузку на организм обследуемого.
Критерием выбора радиоактивных препаратов, предназначенных для лучевой терапии злокачественных новообразований, является возможность создания необходимой лечебной дозы ионизирующего излучения в области новообразования при минимальном воздействии на окружающие здоровые ткани. Такой эффект достигается путём применения радиофармпрепаратов в различных агрегатных состояниях и формах доставки в организм (растворы, суспензии, гранулы, иглы, проволока, аппликационные повязки и др.) и использованием наиболее подходящих по виду и энергии излучения изотопов.
На ее нужды расходуется более 50 % годового производства радионуклидов во всем мире. Как известно, в состав живого организма помимо 5 основных элементов (кислорода, водорода, углерода, азота и кальция), входят еще 67 элементов периодической системы Менделеева. Поэтому в настоящие время трудно представить клинику у нас или за рубежом, в которой при установлении диагноза заболевания не использовались бы различные радиоактивные препараты и меченные ими соединения. Радионуклиды применяются в ядерной медицине в основном в виде радиофармацевтических препаратов для ранней диагностики заболеваний различных органов человека и для целей терапии. Отличительной особенностью диагностического радиофармпрепарата при этом является отсутствие фармакологического эффекта. Облучение в медицине направлено на исцеление больного. Однако нередко дозы оказываются неоправданно высокими. Пациент должен получать минимальную дозу при обследовании. В связи с этим одной из важнейших задач, стоящих перед разработчиками радиофармпрепаратов, является снижение доз облучения пациентов во время проведения различных исследований с использованием радионуклидов, то есть выбор таких радионуклидов и меченных ими соединений, применение которых позволяет получать необходимую диагностическую информацию при минимально возможных дозах облучения пациентов.
Систематически радионуклиды для медицинских целей стали применять с начала 40-х годов. Именно тогда была установлена строгая закономерность распределения радиоактивного йода при различных патологических состояниях щитовидной железы. В дальнейшем, использование соединений, меченных радиоактивными нуклидами, позволило определить локализацию и размеры первичных опухолей, выявить распространение опухолевых процессов, контролировать эффективность лекарственного лечения. Благодаря большому разнообразию радионуклидов и меченных ими препаратов в настоящее время можно изучать практически любую физиологическую и морфологическую системы организма человека: сердечно-сосудистую и кроветворную, мочевыделительную и водно-солевого обмена, дыхательную и пищеварительную, костную и лимфатическую и т.п.

Технеций (лат. Technetium, символ Тс) – элемент 7 (VII b) группы периодической системы, атомный номер 43. Технеций является самым легким из тех элементов периодической системы, у которых отсутствуют стабильные изотопы и первым элементом, полученным искусственно. К настоящему времени синтезировано 33 изотопа технеция с массовыми числами 86-118, наиболее стабильные из них – 97 Тс (период полураспада 2,6*10 6 лет), 98 Тс (1,5*10 6) и 99 Тс (2,12*10 5).
В соединениях технеций проявляет степени окисления от 0 до +7, наиболее устойчиво семивалентное состояние.

Направленные поиски элемента № 43 начались с момента открытия Д.И. Менделеевым периодического закона в 1896 году. В периодической таблице некоторые клетки были пустыми, так как отвечающие им элементы (среди них был и 43-й – экамарганец) еще не были известны. После открытия периодического закона многие авторы заявляли о выделении из различных минералов аналога марганца с атомным весом около ста и предлагали ему названия: дэвий (Керн, 1877), люций (Баррайр, 1896), и ниппоний (Огава, 1908), но все эти сообщения в дальнейшем не подтвердились.
В 1920-х поисками экамарганца занялась группа немецких ученых под руководством профессора Вальтера Ноддака, но поиски обернулись не удачей.
После провала поисков группы Ноддака надежда обнаружить такой изотоп практически угасла. Сейчас известно, что наиболее стабильный изотоп технеция имеет период полураспада 2,6 миллиона лет, поэтому для изучения свойств элемента № 43 необходимо было создать его заново. За эту задачу взялся в 1936 молодой итальянский физик Эмилио Джино Сегре. Принципиальная возможность искусственного получения атомов была показана еще в 1919 году великим английским физиком Эрнестом Резерфордом.
После окончания Римского университета возглавлял кафедру физики в университете Палермо. Лаборатория, в которой он работал, была очень скромной и не располагала к научным подвигам. В 1936 он отправился в командировку в США, город Беркли, где ему пришла в голову мысль проанализировать молибденовую пластину, которая служила для отклонения пучка ядер дейтерия – тяжелого изотопа водорода. «У нас были веские основания думать, - писал Серге, - что молибден после бомбардировки его дейтронами должен превратиться в элемент с номером № 43…» Действительно, в ядре атома молибдена 42 протона, а в ядре дейтерия – 1. Если бы эти частицы могли объединиться, то получилось бы ядро 43-го элемента. Природный молибден состоит из шести изотопов, значит, в облученной пластинке могли присутствовать несколько изотопов нового элемента.
30 января 1937 в Палермо, Эмилио Серге и минералог Карло Перье приступили к работе. Вначале они установили, что привезенный образец молибдена испускал? – частицы, значит, в нем действительно присутствовали радиоактивные изотопы, но был ли среди них элемент № 43, ведь источниками обнаруженного излучения могли быть изотопы циркония, ниобия, рутения, рения, фосфора и самого молибдена? Для ответа на этот вопрос часть облученного молибдена растворили в царской водке (смеси соляной и азотной кислот), и химическим путем удалили радиоактивный фосфор, ниобий и цирконий, а затем осадили сульфид молибдена. Оставшийся раствор был все еще радиоактивен, в нем оставался рений и возможно, элемент № 43. Теперь оставалось самое сложное – разделить эти два близких по свойствам элемента. Серге и Перье справились с этой задачей. Они установили, что при осаждении сероводородом сульфида рения из концентрированного солянокислого раствора, часть активности оставалась в растворе. После контрольных опытов по отделению изотопов рутения и марганца стало ясно, что? – частицы могут излучаться только атомами нового элемента, который назвали технецием от греческого слова??????? – «искусственный». Это название было окончательно утверждено на съезде химиков, состоявшемся в сентябре 1949 в Амстердаме. Вся работа продолжалось более четырех месяцев и закончилась в 1937, в результате нее было получено всего лишь 10 -10 грамма технеция.
Хотя в руках Серге и Перье оказались ничтожные количества элемента № 43, они все де смогли определить некоторые его химические свойства и подтвердили предсказанное на основе периодического закона сходства технеция и рения. Понятно, что им хотелось больше узнать о новом элементе, но чтобы его изучать, нужно было иметь весовые количества технеция, а облученный молибден содержал слишком мало технеция, поэтому требовалось найти более подходящую кандидатуру на роль поставщика этого элемента. Ее поиски увенчались успехом в 1939, когда О. Ган и Ф. Штрассман обнаружил, что в «осколках», образующихся при делении урана – 235 в ядерном реакторе под действием нейтронов, содержится довольно значительные количества долгоживущегося изотопа 99 Тс. В следующем году Эмилио Серге и его сотрудница Ву Цзяньсюн смогли выделить его в чистом виде. На каждый килограмм таких «осколков» приходится до десятки граммов технеция-99.

В современной медицине короткоживущий 99m Тс и его радиофармацевтические препараты используют для диагностики заболеваний практически всех важнейших органов человека. Его применяют в 80-85% диагностических процедур с мечеными атомами. Только в США количество процедур с препаратами 99m Тс достигает 12 млн. в год. Годовой объём мирового рынка 99m Тс оценивается в $3,7 млрд.
Высокая востребованность 99m Тс обусловлена относительно коротким периодом полураспада 6,02 ч и низкой энергией гамма-излучения 0,1405 МэВ, обеспечивающих малую экспозиционную дозу (0,5–5% от допустимого уровня) и вместе с тем достаточную проникающую способность для проведения радиометрических измерений. Кроме того, химические свойства 99m Тс позволяют получать различные простые и сложные комплексные соединения, используемые в медицине.
Технеций-99m образуется в результате b-распада молибдена-99 по схеме:

При этом 87,5 % ядер 99 Мо превращается в 99m Тс, а 12,5 % – в 99 Тс с последующим их переходом в стабильный рутений.
Для генераторной пары 99 Мо/ 99m Тс выполняются следующие соотношения:
, (1)
, (2)
где N 1 , N 2 и А 1 , А 2 – количества ядер и активности 99 Мо и 99m Тс, соответственно; l 1 и l 2 – постоянные распада 99 Мо и 99m Тс; t – время распада; (А 1) 0 – исходная активность 99 Мо. Продолжительность максимального накопления 99m Тс в такой системе t maх = 22,89 ч, что и определяет периодичность его отделения от материнского изотопа.
Для отделения 99m Тс от 99 Мо используются специальные устройства, называемые генераторами технеция. Исходя из применяемого метода разделения, генераторы подразделяются на три основных типа: сорбционные (хроматографические), сублимационные и экстракционные.

По объему выпуска и применения в мировой медицине эти генераторы занимают лидирующие позиции, что обусловлено их компактностью и возможностью безопасной транспортировки на большие расстояния от мест производства. Кроме того, они отличаются стабильным выходом 99m Тс на уровне 80–90 % в сочетании с простотой эксплуатации.
Хроматографический генератор разработал Tucker D. в 1958 г. Он состоит из хроматографической колонки, заполненной сорбентом или ионообменной смолой, с подсоединенными к ней коммуникациями для подачи элюента и отбора элюата, и помещенной в защитный контейнер (рис. 1).

Рис. 1. Схема хроматографического генератора технеция-99m:
1 – колонка; 2 – радиационная защита; 3 – корпус генератора; 4 – линия элюента; 5 – линия элюата; 6 – пробка защитная; 7 – фильтр; 8 – фланец генератора; 9 – флакон с элюентом; 10 – защитный медицинский контейнер с вакуумированным флаконом

Колонку «заряжают» раствором, содержащим молибден-99. Последующее выделение (элюирование) из нее 99m Тс в виде раствора натрия пертехнетата, 99m Тс осуществляют прокачиванием через колонку физиологического раствора.
Эксплуатационные характеристики хроматографического генератора зависят от следующих основных факторов:

Принцип работы сублимационного генератора основан на различии температур возгонки (летучести) соединений 99m Тс и 99 Мо. В общем случае установка представляет собой нагреваемую трубу, в которую помещают облученную молибденовую мишень. Через трубу пропускают газ – носитель (влажный воздух, кислород и т.д.). На выходе трубы устанавливают охлаждаемый конденсор для улавливания паров технеция.
Один из первых промышленных сублимационных генераторов для получения 99m Tс был разработан в Lucas Heights, Австралия. Разделение проводилось в установке с горизонтальной печью в токе кислорода при температуре 850 °C. Мишенью служил молибденовый ангидрид. Данная установка позволяла получать до 75 Ки 99m Тс в объеме физиологического раствора 20 мл из низкоактивного 99 Мо (1 Ки/г) массой 200г. Выход технеция при этом составлял не более 20–40 %. Более поздние исследования показали, что выход 99m Тс возрастает с увеличением времени сублимации и уменьшается с увеличением массы мишени. Используя это наблюдение, Colombetti L. J. разработал небольшой генератор, работающий на 99 Мо – продукте распада, для клинических лабораторий. Эта установка имела эффективность разделения 70–80 %.
Радиохимическая форма выделенного 99m Тс в условиях высокой температуры и в присутствии кислорода соответствует пертехнетату Тс(VII). Простота сублимационной установки и отсутствие необходимости использования при этом процессе каких-либо других реагентов, особенно органических, снижает вероятность образования восстановленных или комплексных форм 99m Тс, присущих хроматографической технологии. Основным недостатком сублимационного метода является более низкая эффективность выделения 99m Тс по сравнению со всеми другими методами, применяемыми в настоящее время.

Экстракционные генеpатоpы 99m Тс в разные периоды времени использовались (либо предпринимались попытки их использования) в Великобритании, США, Франции, Чехословакии, Индии, Иране, Австралии и других странах. Они, как правило, представляют собой стационарные установки, способные обеспечивать потребность в препаратах 99m Тс достаточно больших городов.
Традиционная технологическая схема экстракционного получения 99m Тс включает следующие основные операции:

В качестве экстрагента для извлечения 99m Тс обычно применяется метилэтилкетон (МЭК), имеющий температуру дистилляции 76–78 о С и сравнительно легко поддающийся очистке с целью его повторного использования.
Принцип действия экстракционного генератора можно проиллюстрировать схемой, представленной на рис. 2. Установка состоит из экстрактора (1) с мешалкой, куда подается исходный щелочной раствор 99 Мо и экстрагент. Принцип действия экстракционного генератора можно проиллюстрировать схемой, представленной на рис. 2.

Рис.2. Схема экстракционного генератора технеция-99m с механическим перемешиванием фаз.
Принцип действия экстракционного генератора можно проиллюстрировать схемой, представленной на рис. 2. Установка состоит из экстрактора (1) с мешалкой, куда подается исходный щелочной раствор 99 Мо и экстрагент. После перемешивания смеси и отслоения органической фазы, производят ее отбор в испаритель (2) с помощью заборной трубки, конец которой расположен над границей раздела фаз. Экстрагент отгоняют в испаритель (3).
В общем случае выход 99m Тс из экстракционного генератора зависит от эффективности процесса экстракции и величины потерь экстракта с 99m Тс при его отборе. Эффективность экстракции зависит от коэффициента распределения 99m Тс в системе водная – органическая фаза, интенсивности перемешивания и времени контакта фаз. Задача снижения потерь решается в основном за счет сужения диаметра экстрактора в области отбора и использования датчиков контроля уровня экстрагента. Низкий уровень потерь обеспечивают также центрифужные экстракторы (НПО «Радиевый институт»).

Области использования препаратов технеция-99м в различных диагностических исследованиях приведены в табл. 1.
Следует отметить, что препарат технеция-99м, получаемый непосредственно из генераторов любой конструкции, представляет собой 0,9 % раствор натрия хлорида, содержащий 99m Тс в виде натрия пертехнетата Na 99m ТсО 4 , где более 99 % атомов технеция имеют высшую степень окисления (VII). Диагностическое использование препарата в такой химической форме ограничивается сцинтиграфией щитовидной и слюнной желез. Поэтому на практике для получения широкого круга 99m Тс–радиофармацевтических препаратов исходный раствор натрия пертехнетата смешивают со специальными наборами реагентов, в результате чего образуются различные комплексные соединения 99m Тс, селективные по отношению к тем или иным исследуемым органам. Поскольку сам по себе 99m Тс (VII) не склонен к комплексообразованию, его предварительно переводят в более низкую степень окисления (+IV или +V), что способствует получению различных агрегированных структур со связями металл–металл, оксосоединений и пр..
Для восстановления пертехнетата используются различные восстановители, из которых наиболее часто употребляется двухвалентное олово (SnCl 2). В ряде случаев процесс восстановления технеция проходит ступенчато с образованием промежуточных соединений 5-валентного технеция, который затем может восстанавливаться до трех- или одновалентного состояния. Процесс получения 99m Тс-радиофармпрепаратов в присутствии ионов Sn 2+ можно приближенно охарактеризовать схемой:

Здесь L – вещество для мечения технецием.
Таблица 1.
РФП технеция-99м, используемые в диагностических исследованиях


Меченые частицы
99m Tc-макроагрегаты альбумина, 10–50 мкм (Макротех)	перфузия легких
99m Tc-DTPA, аэрозоль 1–4 мкм	вентиляция легких
99m Tc-серный коллоид, 0,1–1,0 мкм	печень, селезенка, костный мозг
99m Tc-SC, отфильтрованный, 0,1–0,3 мкм	лимфатический коллекторы, рак молочной железы (РМЖ), меланома
99m Tc-HAS (наноколлоид) 0,02 мкм	«сторожевые» лимфоузлы, РМЖ, меланома
Радиоактивные газы
99m Tc-технегаз, 0,004–0,25 мкм	Вентиляция легких
Меченые хелаты
99m Tc-MDP, HDP	метастазы опухолей в кости, остео- саркома, нейробластома
99m Tc-DTPA	опухоли головного мозга, почечный кровоток и сцинтиграфия почек
99m Tc-MAG3	сцинтиграфия почек
99m Tc-DMSA	сцинтиграфия почек, медуллярная карцинома щитовидной железы
99m Tc-Ceretec (HMPAO)	перфузия головного мозга
99m Tc-Sestamibi и tetrafosmin (Технетрил)	перфузия миокарда, РМЖ, опухоли головного мозга
Клетки крови, меченые радионуклидами
99m Tc-эритроциты	фракция выброса, распознавание гемангиомы и желудочно-кишечного кровотечения
Радиофармпрепараты для связывания с рецепторами
99m Tc-P829, Neotec	злокачественные опухоли легких, нейроэндокринные опухоли
99m Tc-P280, Acutect	визуализация тромбов, диагностика тромбоза глубоких вен
99m Tc-Disofenin и Choletec	гепатобилисцинтиграфия
Меченые моноклональные антитела
99m Tc-CEA-Scan, IMMU = 4Fab ’	злокачественные опухоли толстого кишечника
99m Tc-Verluma, NR-LU-10-Fab ’	злокачественная опухоль легких

Наборы реагентов, которые используются в клиниках для приготовления радиофармацевтических препаратов технеция, обычно содержат дозированные количества восстановителя, а также комплексообразующих (или коллоидообразующих) агентов. В ряде случаев в состав реагентов входят буферные или стабилизирующие добавки. Обычно срок годности таких стандартных наборов составляет 6–12 месяцев при соблюдении соответствующих условий их хранения.
В России основным производителем наборов реагентов для генераторов технеция-99м является ФГУП Завод «Медрадиопрепарат» Федерального управления «Медбиоэкстрем». За рубежом подобную продукцию производят фирмы «Amercham», «Маlincrodt» и др. На сегодняшний день в России производятся следующие наборы реагентов для приготовления 99m Тс – радиофарпрепаратов:

Все приведенные выше препараты и многие другие созданы с учетом богатой координационной химии технеция-99м. Не являясь биологическими аналогами соединений, присутствующих в организме, их биораспределение и уровень накопления в той или иной области зависит исключительно от липофильности, размера и заряда синтезированных соединений. В последние десятилетия направление исследований смещается в сторону разработки радиофармацевтических препаратов прямого действия – меченых технецием (а также и другими РН) рецепторных лигандов. Такие меченые биомолекулы выступают средством доставки РН в пораженную область, содержащую значительную концентрацию «целевого» рецептора. Высокая специфичность рецепторного связывания приводит к селективному накоплению меченного лиганда в пораженной ткани и обеспечивает более качественные изображения по сравнению с обычным сцинтиграфическим.
На сегодняшний день рассматривается три основных пути получения радиофармацевтических препаратов направленного действия. Так называемый комплексный подход предполагает создание «искусственного» хелата технеция-99м с включением в его состав рецепторного лиганда с минимальным изменением размера и сохранением специфичности лиганда. Как правило, при таком подходе заметно снижается эффективность рецепторного связывания меченого соединения с немечеными рецепторами. В качестве второй возможности предлагается бифункциональный подход, предусматривающий присоединение хелата РН к рецепторному лиганду, обладающему высокой специфичностью. Предлагается также смешанный подход, состоящий в получении макроцикличного металлопептида с повышенной рецепторной связью, содержащего N 4 , N 3 S или донорскую группу N 2 S 2 .

При необходимости для некоторых радиофармпрепаратов предписаны биологические испытания. Распределение активности, наблюдаемое в указанных органах, тканях и других частях тела у соответствующих видов животных (обычно крысы или мыши), должно реально отражать ожидаемое распределение у человека и, таким образом, подтвердить функциональную пригодность препарата.
В общем случае испытание проводят следующим образом.
Каждому из трех животных внутривенно вводят испытуемый препарат. Если важно, то в ФСП указывают: вид животных, их пол, породу и вес и/или возраст. Исследуемая инъекция радиофармпрепаратов соответствует клинической (по химическому составу). При необходимости продукт растворяют в соответствии с инструкцией производителя. В некоторых случаях перед введением необходимо сразу разбавить препарат.
Для введения обычно используют внутривенный способ в хвостовую вену. В отдельных случаях могут быть использованы другие вены, такие как бедренная, яремная или вена полового члена, или другие способы введения. Животных, у которых наблюдается выведение препаратов из сосудов в ткани (во время инъекции или обнаруживается после измерения активности тканей) выбраковывают из эксперимента. Сразу же после введения каждое животное помещают в отдельную клетку, которая позволяет проводить сбор экскрементов (не допускается загрязнения поверхности тела животного).
В определенное время после инъекции животных забивают определенным способом и вскрывают. Измеряют активность выбранных органов и тканей соответствующим прибором, который описан в частной ФСП. Затем рассчитывают биологическое распределение, выражая в процентах накопление активности в каждом из выбранных органов и тканях. Для этого активность органа может быть отнесена к введенной активности, рассчитанной путем измерения эталона или содержимого шприца до и после инъекции. Для некоторых радиофармпрепаратов может быть более подходящим способ определения активности взвешенного образца выбранной ткани (активность/масса).
Препарат соответствует требованиям испытаний, если распределение активности, по крайней мере, у двух из трех животных соответствует установленным критериям.

Каждый радионуклид и ядерный изомер характеризуются своим периодом полураспада и специфическими, присущими только ему спектрами (энергий) ионизирующих излучений. К ним относятся спектры альфа-, бета-, гамма-излучения, конверсионных и Оже-электронов, тормозного излучения, характеристического рентгеновского излучения.
Форму и количественные характеристики каждого спектра, а также значение Т 1/2 используют для проверки подлинности радионуклида.
Индивидуальными характеристиками радионуклидов могут служить также аппаратурные спектры, снимаемые в строго воспроизводимых условиях; их используют для определения подлинности радионуклидов в радиофармпрепаратах во всех подходящих случаях.
Подлинность радионуклида в препарате считают подтвержденной, если аппаратурный спектр ионизирующего излучения, снятый с источником, приготовленным из данного радиофармпрепарата, идентичен спектру, полученному с образцовым источником или источником, приготовленным из образцового раствора с тем же радионуклидом, и снятому в тех же условиях. Естественно, предполагается, что спектр должен быть скорректирован на вклад от радионуклидных примесей, если они имеются в РФП.
Идентификацию радионуклидов проводят:

Спектрометрия

Жидкостные сцинтилляционные счетчики используют для получения спектра a- и b-излучателей (смотри измерение активности).
Гамма-спектрометр используют для идентификации радионуклидов по энергии и интенсивности гамма- квантов или рентгеновских лучей.
Германиевый полупроводниковый детектор предпочтительно использовать для гамма - и рентгеновской спектрометрии.
Сцинтилляционный детектор – NaI-Tl - также используют, но он имеет более низкое энергетическое разрешение.
Гамма-детектор калибруют, используя стандартные источники, так как эффективность детектирования зависит от энергии гамма-квантов и рентгеновских лучей, а также от формы источника и расстояния между детектором и источником.
Это свойство используют при идентификации радионуклидов, присутствующих в источнике, и в определении их количества, что обеспечивает оценку наличия радионуклидной примеси путем детектирования других пиков, отличающихся от ожидаемых.

Для идентификации чистых бета-излучателей рекомендуется определять граничные энергии бета-спектров или зависящие от них параметры. Например, идентификацию проводят с помощью кривых поглощения бета-излучения в алюминии по величине слоя половинного ослабления следующим образом: используя установку с торцовым счетчиком в строго определенных экспериментальных условиях, находят зависимость скорости счета от толщины слоя d алюминиевого поглотителя, помещаемого между источником и окном счетчика, в непосредственной близости к счетчику. Толщину слоя поглотителя принято выражать массой, приходящейся на единицу поверхности поглощающего слоя, в мг/см 2 .
Для определения подлинного значения d 1/2 для данного радионуклида аналогичные измерения проводят с источником тех же размеров, формы и толщины и примерно той же активности, приготовленным из образцового раствора с этим радионуклидом.

Период полураспада

Для определения периода полураспада измеряют величину активности (или любой пропорциональной ей величины, например, скорости счета, площади участка спектра и т.д.) в зависимости от времени. Детектор выбирают в зависимости от вида излучения, испускаемого анализируемым нуклидом. Измерения проводят при строго фиксированном расположении источника относительно детектора излучения, при условии регулярного контроля стабильности показаний применяемой аппаратуры с помощью источника с долгоживущим радионуклидом. Длительность и число измерений определяют для каждого конкретного случая.

Активность радионуклида в препарате (также как и удельную, молярную и объемную активность) указывают на определенную дату, а для препаратов, содержащих радионуклид с периодом полураспада менее 10 суток, также и на определенный час. Для препаратов, содержащих радионуклид с периодом полураспада менее 1 суток, активность указывают с учетом минут.
Абсолютное измерение активности определенного образца может быть выполнено, если известна схема распада радионуклида, но на практике требуется вносить много корректировок для получения точных результатов. Поэтому обычно проводят измерения с помощью первичного стандартного источника.
Результаты определения активности показывают различия, которые, главным образом, связаны с редким видом ядерного превращения. Для того, чтобы компенсировать различия в количестве переходов в единицу времени, должно быть зарегистрировано достаточное количество импульсов. Так например, необходимо, по крайней мере 10000 импульсов для получения относительного стандартного отклонения не более 1 % (доверительный интервал: 1 сигма).
Все результаты измерения радиоактивности приводят с указанием даты и, если необходимо, времени измерения. Это указание должно быть сделано с учетом часового пояса (GMT, CET) (Среднее время по меридиану Гринвича, Центральное Европейское время). Радиоактивность на другое время рассчитывают по экспоненциальному уравнению или определяют по таблицам.

Индивидуальные ФСП регламентируют требуемую радионуклидную чистоту (например, спектр гамма-квантов незначительно отличается от спектра стандартизованного препарата) и могут устанавливать пределы для специфических примесей радионуклидов (например, кобальт-60 в кобальте-57). Производитель должен исследовать продукт детально на присутствие долгоживущих примесей через определенный период полураспада. Особенно это касается анализа препаратов, содержащих короткоживущий радионуклид. Если необходимо идентифицировать и/или дифференцировать два или более позитрон-излучающих радионуклида, таких как, например, примеси фтора-18 в препаратах азота-13, дополнительно к гамма-спектрометрии проводят определение периодов полураспада.
Из-за различия периодов полураспада радионуклидов, присутствующих в радиофармацевтическом препарате, радионуклидная чистота меняется во времени.
Радионуклидный анализ включает в себя следующие этапы: обнаружение радионуклидных примесей и определение активности. Измерение активности идентифицированных примесей проводят аналогично тому, как описано в разделе «Измерение активности», с помощью подходящих радиометрических установок с бета- и гамма-счетчиками, спектрометров, установок для измерения активности методом совпадений и другой аппаратуры. Конкретные методики анализа на отдельные радионуклидные примеси приводят в соответствующих частных ФС или ФСП для тех случаев, когда анализ может быть выполнен в течение срока годности препарата.
Активность обнаруженной примеси приводят в процентах по отношению к активности основного радионуклида в препарате на определенную дату.
Радионуклидные примеси, активность которых составляет не более 0,01% от активности основного радионуклида в течение всего срока годности, в частных ФСП не приводят, кроме особых случаев, но указание о пределе суммарной примеси в фармакопейной статье обязательно.

Определение радиохимической чистоты требует разделения различных химических соединений, содержащих радионуклид, и расчета процента активности, связанной с основной химической формой. Радиохимические примеси могут образовываться в результате:

Требование к радиохимической чистоте должно выполняться в течение всего периода хранения. Для определения радиохимической чистоты, в принципе, могут быть использованы любые методы аналитического разделения.
Наиболее часто используются тонкослойная и бумажная хроматография. В бумажной и тонкослойной хроматографии пробу, объем которой указан в ФСП, наносят на стартовую линию, как описывается в общих методах хроматографии. Для анализа препарат предпочитают не разбавлять, но очень важно предотвратить нанесение такого количества активности, которое обусловит потери при измерении за счет совпадений. Поэтому для анализа используют такое количество препарата, чтобы можно было получить статистически достоверные результаты измерения для тех примесей, активность которых составит не менее 0,5 % от нанесенного количества. В то же время активность анализируемой пробы должна быть такой, чтобы поправка на просчеты, обусловленная мертвым временем регистрирующей установки, не превышала 1-2 %.
После разделения хроматограмму высушивают, и положение зон радиоактивности определяют авторадиографией или путем измерения активности по длине хроматограммы, с помощью соответствующих коллимированных счетчиков, или путем разрезания полоски и измерения активности каждого участка полоски. Положение пятен и участков можно химически идентифицировать путем сравнения с соответствующими растворами такого же химического вещества (нерадиоактивного), используя соответствующий метод детектирования.

Для установления подлинности и количественного определения компонентов, входящих в состав радиофармацевтического препарата, можно использовать любые пригодные методы физико-химического анализа. Однако, принимая во внимание, требования радиационной безопасности, а также небольшое количество фасовок радиофармпрепаратов в серии, следует учитывать необходимость минимизации проб испытуемого препарата, как по объему, так и по массе. Кроме того, предпочтительно должны быть выбраны методы экспресс-анализа с использованием дистанционно управляемого оборудования. Для выполнения анализов препарата при отсутствии отечественных реагентов и материалов допускается использование импортных реактивов и материалов соответствующей квалификации

РФП для парентерального введения должны быть приготовлены с соблюдением мер предосторожности, чтобы исключить микробное загрязнение и обеспечить стерильность. Однако, из-за короткого периода полураспада радионуклидов, входящих в состав большинства радиофармпрепаратов, результат анализа на стерильность получают, как правило, после использования конкретной партии. В таких случаях в частных ФС и ФСП приводят указание о том, что результат контроля стерильности может быть получен после использования препарата.
Как правило, для радиофармпрепаратов контроль соблюдения условий стерилизации должен гарантировать стерильность препарата, а испытание на стерильность предусматривает проверку каждой десятой партии препаратов, стерилизуемых автоклавированием (при условии валидации процесса стерилизации), и каждой партии препаратов, приготовляемых в асептических условиях или стерилизуемых в сухожаровом шкафу.

Срок годности радиофармацевтического препарата определяется совокупностью следующих факторов:

Срок годности каждого препарата приводят в соответствующей частной ФСП и устанавливают на основании данных анализа препарата, выдержанного в предписанных условиях определенное время, подтверждающих предложенный срок годности. Периодичность контроля РФП в зависимости от их срока годности представлена в табл. 2.

Таблица 2

Периодичность контроля РФП при установлении их срока годности

Для препаратов со сроками годности, указанными в п.п. 3 и 4, приводят еще один раз данные анализа за их пределами. Временной интервал со времени окончания срока годности до даты данного анализа составляет 10-50 % срока годности по усмотрению разработчика.

Радиофармацевтические препараты хранят в соответствии с действующими «Основными санитарными правилами обеспечения радиационной безопасности» (ОСПОРБ-99), а также специальными требованиями, если таковые предусмотрены ФС (ФСП) на конкретные препараты. Условия хранения должны обеспечивать снижение мощности дозы излучения до допустимого уровня.
При необходимости в частной ФСП указывают конкретные условия хранения препарата, обусловленные его специфическими свойствами и обеспечивающие сохранность его качества (температурный режим и т.д.).

Меры предосторожности

Все процедуры с радиофармацевтическими препаратами выполняются в строгом соответствии с действующими санитарными правилами обеспечения радиационной безопасности.

3.2.1. Технеций (99 Тс) коллоидная сульфид рения инъекция.
Rhenii sulfidi colloidalis et technetii (99mTc) solutio iniectabilis.
Определение. Технеций (99 Тс) коллоидная сульфид рения инъекция, является стерильной, апирогенной коллоидной дисперсией рения сульфида мицелл меченных с технеций-99м. Он стабилизирован с желатином. Инъекция содержит не менее чем 90,0% и не более чем 110,0% радиоактивности объявленного Технеций-99м на дату и время указанного на этикетке. Не менее 92,0% радиоактивности соответствует в коллоидном виде технеций-99м. PH инъекции может корректироваться путем добавления подходящего буфера, как буферный раствор цитрата. Инъекции содержит переменное количество коллоидного сульфид рения, но не более 0,22 мг рения в процентах, по результатам метода подготовки. Она готовится из инъекции натрия пертехнетата (99 Тс) (с делением или без деления) с использованием подходящих стерильных, апирогенных ингредиентов и исчисления соотношения радионуклидных примесей в дату и час приготовления.
Описание. Светло-коричневая жидкость. Технеций-99м имеет период полураспада 6,02 ч и испускает g - излучения.
Идентификация.
А. Определение g - спектра с помощью подходящего прибора. Спектр существенно не должно отличаться от спектра стандартного Технеций-99м при прямом сравнении с помощью прибора со стандартом или с данными нормативного документа. Стандартизованный раствор технеция-99м и молибдена -99 доступны лабораториям по решению компетентных органов. Наиболее известный g - фотон Технеций-99м обладает энергией 0,140 МЭВ.
B. Изучить хроматограмму в тесте радиохимической чистоты. Распределение радиоактивности сносит свой вклад в определение инъекции.
С. К 1 мл добавляют 5 мл соляной кислоты R, 5 мл 50 г/л раствора тиомочевины R и 1 мл 200 г/л раствора хлористого олова R в соляной кислоте R. Появляется желтое окрашивание.
ТЕСТЫ. РН. PH инъекции должен быть в интервале от 4.0 до 7.0.
Рений. Тестовый раствор. Использовать 1 мл инъекции для изучения. Исследуемый раствор. Сделать раствор, содержащий 100 мкг калия перрената R(эквивалент 60 частей на миллион Re) и 240 мкг натрия тиосульфата R на миллилитр, довести да метки водой R и измерить спектр. Тестовый раствор. К 1 мл раствору инъекции добавить 5 мл соляной кислоты R, 5 мл 50 г/л раствора тиомочевины R и 1 мл 200 г/л раствора хлорида олова R в соляной
и т.д.................

Здоровье гика

Если вспоминать практическую пользу от открытия цепной реакции деления урана, то сразу после оружия и энергетики, пожалуй, окажется методы ядерной медицины. Ядерные явления используются как в диагностике, так и лучевой терапии. Я хотел бы на примере радиоактивного изотопа технеция 99m Tc показать, как ядерные реакторы помогают с диагностикой онкологии.

Томографические срезы интенсивности гамма-излучения меченого 99m Tc препарата.

Короткоживущий изомер технеция 99m Tc – зонд (трассер), перемещение которого по организму и накопление можно контролировать с помощью томографии гамма-квантов, вылетающих при изомерном переходе этого нуклида. Он обладает коротким периодом полураспада (Т = 6,04 часа, распадаясь в основное состояние 99 Tc, тоже радиоактивный изотоп, но с периодом полураспада уже 214 тысяч лет), у технеция нет стабильных изотопов, он незнаком наше биохимии, поэтому он не встраивается в метаболические пути в организме и быстро выводится. Еще одним важным полезным свойством является энергия γ-излучения (140 кэВ) - она достаточно велика, чтобы проникать сквозь ткани и достаточно мала, что бы не вызывать их переоблучения.

Схема, иллюстрирующая получение технеция путем промытия колонки с материнским изотопом, находящейся в свинцовой защите специальной средой, вымывающей технеций.

В итоге сегодня в мире 80% диагностических процедур с использованием радиофармпрепаратов приходится на 99m Tc - это порядка 30 млн. процедур в год, в деньгах же Технеций - примерно 1/4 всей ядерной медицины. Диагностика трейсером выглядит как исследование динамики перемещения в организме специально подобранных молекул препарата с технецием; википедия знает множество таких веществ для диагностики разнообразных видов рака. При этом обычно маркирующий препарат накапливается (или не накапливается) в больном (здоровом) органе, и это легко увидеть однофотонным сцинциляционным томографом.

Собственно, вот и он - однофотонный (в отличие от ПЭТ томографов, регистрирующих два фотона аннигиляции позитронов бета-плюс распада) сцинциляционный томограф.

Однако, как мне кажется, гораздо более поразительная, чем сама диагностика, вещь - это получение радиофармпрепарата. Задумайтесь: время полураспада технеция 6 часов - за 24 часа распадается 94% этого изотопа, а значит, препарат нельзя купить в аптеке, да его и перевозить-то сложно: даже перемещая его по городу можно потерять половину активности. Давайте раскрутим цепочку диагностической процедуры с конца до начала, а потом посмотрим на мировой рынок этого изотопа.

Как уже можно догадаться, препараты технеция для диагностики получают прямо в больнице с помощью довольно пугающих по своей серьезности радиохимических процедур. 99m Tc - единственный дочерний изотоп радиоактивного молибдена 99 Mo, период полураспада которого 2.75 дня. Молибден 99 доставляют в больницу в виде генераторов технеция - свинцовых контейнеров, в которых находится колонка с осажденным молибденом.

Генераторы технеция живьем…

И в разрезе.

В 20-килограммовом генераторе содержится обычно от 0,5 до 5 Кюри (Кюри - это такая единица активности, определенное количество распадов в секунду. Еще одна похожая единица - Беккерель (Бк), один Ки равен 3,7*10 10 Бк) активно распадающегося молибдена. Для получения радиохимпрепарата сквозь колонку промывается химическое вещество которое элюирует (захватывает) технеций. Обычно для этого на генератор надеваются две ампулы: одна с элюэнтом, а вторая с вакуумом, причем на вакуумную ампулу надевается свинцовый экран.

Наконец, набрав раствора 99m Tc на его базе готовят радиофармпрепарат. Не поленитесь посмотреть видео ниже: правила обращения с радиоактивной фармой, наводят на мысль, что не очень-то полезно вводить это внутрь:) Средний диагностический тест требует примерно 250 МБк (0,06 Ки) технеция и приводит к получению дозы в 50 мЗв (5 бэр) - примерно одна предельно допустимая годовая доза для персонала АЭС.

Следующий вопрос: откуда берутся генераторы технеция, наполненные 99 Mo? Здесь вступают в игру ядерные реакторы. 99Mo - это один из осколков 235U, в продуктах деления урана его примерно 6,3%. Любой работающий гигаваттник содержит в своем топливе сотни грамм этого изотопа, при том, что потребление для медицинских нужд - всего около 1 грамма в год. Однако только остановка и извлечение ТВС из мощного энергетического реактора занимает столько времени (несколько суток), что от молибдена не остается практически ничего.

Взяв колбочку с настоящим раствором молибдена-99 в руку, можно этой руки лишиться - радиоактивность такой колбы будет порядка 100 рентген в секунду на поверхности.

Поэтому 99 Mo получают, облучая на исследовательских реакторах небольшие (десятки грамм) мишени из высокообогащенного 235U (наличие 238 изотопа в мишени дает нежелательные радиотоксичные трансурановые элементы: плутоний, нептуний, америций). После извлечения из реактора мишени выдерживают 1-2 суток для распада еще более активных, чем молибден, осколков, затем растворяют в азотной кислоте или щелочи и химическим способом в горячей камере экстрагируют 99 Mo. Наконец, очищенный раствор с радиоактивным молибденом передают на производство генераторов технеция, где он заряжается в сорбционную колонку. Последний процесс также происходит в горячих камерах, но мало того - на GMP производстве (система стандартов фармпроизводства, обеспечивающая стерильность и качество препаратов).

Вообще говоря, КПД процесса извлечения 99 Mo из урановой мишени невысок: кроме того что используется мизерная часть дорогого урана 235, так еще и из наработанного молибдена всего несколько процентов попадет в генераторы технеция - остальное уйдет с остальными продуктами деления в радиоактивные отходы или распадется до переработки. Небольшой кпд, работа с оружейным ураном, большое количество радиоактивных отходов определяют дороговизну молибдена - порядка 50 миллионов долларов за грамм в генераторе. Спасает только то, что этот грамм позволяет провести десятки миллионов тестов.

В итоге цепочка производства диагностики с 99m Tc выглядит так: производство мишеней из ВОУ -> реактор -> горячие камеры (желательно рядом с реактором) -> GMP горячие камеры для зарядки генераторов технеция -> помещение в больнице для работы с радиоактивными препаратами. Текущий спрос составляет 12000 Кюри в неделю, и в мире есть десяток реакторов, которые занимаются облучением мишеней, но из них подавляющее количество молибдена поставляется канадским реактором NRU (4800 кюри в неделю), расположенным в Чалк Ривер, нидерландским HFR (2500 Ки) из Петтена, бельгийским BR-2 (который должна заменить MYRRHA) и французским OSIRIS; вместе они ответственны за 80% рынка этого нуклида. Рядом расположены также крупнейшие переработчики мишеней Nordion в Kанаде, Mallinckrodt в Голландии, IRU в Бельгии.

Канадский реактор NRU использует мощную перегрузочную машину, которую ожидаешь увидеть скорее на АЭС. Его мощность 135 мегаватт тепловых - один из самых мощных исследовательских реакторов в мире

Однако в эту сложившуюся еще в 80-х компанию в 2010 году ворвался отечественный поставщик 99 Mo - известный институт НИИАР, обладающий мощнейшим парком реакторов для облучения. Облучение ведется на известном нам реакторе СМ , переработка - на радиохимической линии РОМОЛ-99, и самый большой в мире (на одной площадке) парк исследовательских реакторов позволяет производить до 25% мировых потребностей, что использовалось в начале 2010-х канадцами Nordion во время закрытия реактора NRU на ремонт и модернизацию. Вообще, старение основных реакторов-производителей медицинских радиоизотопов повышает возможности Росатома и других новых производителей (например, нового исследовательского реактора OPAL в Австралии) по завоеванию рынка.

Неказистая РОМОЛ-99 (вид со стороны операторов) способна обеспечить 25% мировой потребности в молибдене-99

Она же внутри горячей камеры

Есть в России и производство полного цикла. НИФХИ имени Л.Я.Карпова (расположенный в Обнинске) облучает мишени в своем бассейновом реакторе ВВР-ц мощностью 15 мегаватт.
Облучение ведется в 4 каналах реактора, куда загружаются специальные сборки с внешним охлаждением.

Внешний вид ВВР-ц

Мишени облучаются в реакторе в течение приблизительно недели, после чего извлекаются, выдерживаются двое суток для распада самых активных осколков деления и перерабатываются в горячих камерах НИФХИ.

Чертеж одной мишени. Видно, что урана тут совсем немного

Горячяя камера для работы с раствором 99Mo

НИФХИ изготавливает генераторы технеция на своем GMP производстве. Его мощность - порядка 200 генераторов в неделю, с каждого из которых можно получить до 20 порций технеция для диагностики. Зарядка генераторов, как и все остальные этапы, - кропотливая работа в горячей камере.

Зарядка генераторов технеция производится в стерильных и радиационно-защищенных условиях.

Рынок облученных мишеней сегодня - порядка 50 миллионов долларов, раствора молибдена - 80 миллионов, генераторов технеция - 150, а медицинских процедур - 2 миллиарда долларов. Такой рынок уже вполне окупает создание специальных установок для получения 99Mo, причем в основном разработки направлены на создание активационных или осколочных ускорительных машин, т.е. ускорителей с нейтронным источником (как ESS), вызывающих реакцию вынужденного деления U238 или нейтронного захвата в мишени 98Mo. Пока эти разработки дают более дорогой молибден, чем в уже построенных реакторах, но более дешевый, чем если бы реактор пришлось бы построить специально только для наработки медицинских радиоизотопов. Кроме того, подобные ускорительные установки можно ставить прямо в госпиталях (в госпиталях уже стоит довольно много ускорителей для терапии и наработки короткоживущих диагностических изотопов - например, 18F) в отличие от реакторов. Добавить метки