способ экстракционного получения технеция-99м и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ экстракционного получения технеция-99М, включающий загрузку, растворение вещества с материнским радионуклидом ⁹⁹Мо и экстракций технеция-99М в экстракционной колонне, отличающийся тем, что экстракцию осуществляют многократно путем поочередного перевода содержимого экстракционной колонны в дополнительную колонну и обратно, для чего создают поочередно разряжение в обеих колоннах, при этом отбор экстрагента с технецием по окончании экстракции осуществляют из дополнительной колонны через заборную трубку, создавая разряжение в системе фильтрующая колонка - испаритель - сборник экстрагента.

2. Устройство для осуществления способа экстракционного получения технеция-99М, включающее узел загрузки, экстракционную колонну, испаритель, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит колонку с сорбентом с пористой перегородкой в нижней части, емкость для пертехнетата натрия, узел отбора пертехнетата с флаконом-сборником и вспомогательные емкости с жидкостными и воздушно-вакуумными коммуникациями, экстракционная колонна содержит рассеивающее кольцо в средней части и пористую перегородку в нижней, под которой в корпус колонны вмонтирован патрубок, а также патрубок в верхней части колонны для подсоединения к воздушно-вакуумной системе, в средней части экстракционная колонна имеет сужение с нанесенной на нем меткой для контроля уровня водной фазы, при этом экстракционная колонна своим нижним патрубком соединена через одноходовый вентиль с нижним патрубком дополнительно введенной колонны, также подключенной к воздушно-вакуумной системе и имеющей ту же конструкцию, что и экстракционная колонна, но в ее верхнюю часть вмонтирована заборная трубка, один конец которой расположен в центре ее зауженной части, а другой заведен в колонку с сорбентом и имеет на конце конический разбрызгиватель.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что верхняя часть дополнительной колонны наглухо заварена.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области прикладной радиохимии, в частности к производству радиофармацевтических препаратов для медицины.

Технеций-99М образуется по ядерной реакции



например, при облучении солей молибдена нейтронами ядерного реактора, он является дочерным продуктом распада материнского изотопа ⁹⁹Mo, имеющего период полураспада 66,7 час.

Технеций широко применяют в медицине для диагностики различных заболеваний, при исследовании сердечно-сосудистой системы, щитовидной железы, злокачественных образований и т.д.

Приведенная реакция (1) характеризует генераторную систему, в которой происходит накапливание во времени изотопа ^99MTc. Для его выделения и отделения от материнского радионуклида ⁹⁹Mo могут быть использованы различные методы: сорбционный, хроматографический и экстракционный. На основе первых двух методов разработаны переносные малогабаритные генераторы, предназначенные для одновременного обслуживания 1 - 2 медицинских учреждений.

В отличие от них экстракционные генераторы представляют собой стационарные установки, способные удовлетворять потребность в короткоживущих изотопах больших регионов страны.

Основной задачей при использовании экстракционных технологий является повышение выхода технеция из установки при обязательном условии дистанционного управления процессом, т. к. общий уровень активности исходного сырья, как правило, превышает 10 - 20 Ки.

Повышение выхода может быть достигнуто (даже при использовании одного и того же экстрагента) за счет увеличения эффективности экстракции, а также за счет более полного отделения экстракта, содержащего ⁹⁹Tc, от исходной водной фазы. Эффективность экстракции может быть повышена, например, путем интенсивного перемешивания водной и органических фаз перед последующим их расслоением. Примером такого способа экстракционного получения технеция-99М и экстракционного генератора технеция-99М могут служить способ и генератор, принципиальная схема которого приведена в книге Соколов В.А. Генераторы короткоживующих радиоактивных изотопов. М.: Атомиздат, 1975, с. 12,13, 29. Установка состоит из экстрактора с мешалкой, куда подаются исходный щелочной раствор с материнским изотопом ⁹⁹Mo и экстрагент, например метилэтилкетон, для выделения дочернего изотопа ^99MTc. После перемешивания смеси и отслоения органической фазы, содержащей изотоп ^99MТс, ее через трубку, один конец которой находится на границе водной и органической фаз, перекачивают в испаритель. Отсюда экстрагент отгоняют, а сухой остаток, содержащий технеций-99М, растворяют в изотоническом растворе NaCl (0,9%). Полученный раствор отбирают для последующего использования.

Основным недостатком описанного выше генератора является невозможность отбора экстракта без осуществления его потерь, поскольку в данном случае поверхность раздела фаз велика, а при смещении конца заборной трубки непосредственно к границе раздела может произойти захват водной фазы с материнским радионуклидом ⁹⁹Mo, что не допустимо. Генератор не предназначен для работы в дистанционном режиме.

Поставленная техническая задача решается тем, что загрузку, растворение вещества с материнским радионуклидом ⁹⁹Mo и экстракцию технеция-99 проводят в экстракционной колонне.

В отличие от известного способа экстракцию осуществляют многократно путем поочередного перевода содержимого экстракционной колонны в дополнительную колонну и обратно, для чего создают поочередно разряжение в обеих колоннах, при этом отбор экстрагента с технецием по окончании экстракции осуществляют из дополнительной колонны через заборную трубку, создавая разряжение в системе фильтрующая колонка-испаритель-сборник экстрагента.

В отличие от известного устройства, включающего узел загрузки, экстракционную колонну с рассеивающим кольцом в средней части и пористой перегородкой в нижней, под которой в корпус колонны вмонтирован патрубок, а также патрубок в верхней части колонны для присоединения к воздушно-вакуумной системе, колонку с сорбентом с пористой перегородкой в нижней части, испаритель, емкость для пертехнетата натрия, узел отбора пертехнетата с флаконом-сборником и вспомогательные емкости с жидкостными и воздушно-вакуумными коммуникациями, в предлагаемом устройстве экстракционная колонна имеет в средней части сужение с нанесенной на ней меткой для контроля уровня водной фазы, при этом колонна с нижним патрубком соединена через одноходовый вентиль с нижним патрубком дополнительно введенной колонны, также подключенной к воздушно-вакуумной системе и имеющей ту же конструкцию, что и экстракционная колонна, но в ее верхнюю часть вмонтирована заборная трубка, один конец которой расположен в центре ее зауженной части, а другой заведен в колонку с сорбентом и имеет на конце конический разбрызгиватель. При этом верхняя часть дополнительной колонны наглухо заварена.

В результате предлагаемые способ и устройство позволяет осуществлять многократную экстракцию технеция одним и тем же малым объемом экстрагента за счет поочередного перекачивания содержимого экстракционной колонны после первичной экстракции в дополнительную колонну и обратно. При этом слой экстрагента, находясь над водной фазой после окончания первичной экстракции, будет повторно проходить через слой водной фазы при ее переводе через нижний патрубок экстракционной колонны в дополнительную колонну. Процесс экстракции вновь повторяется при переводе содержимого дополнительной колонны через ее нижний патрубок в экстракционную колонну и т.д.

Безаварийность работы генератора при разгерметизации вакуумной схемы обеспечивается тем, что при перекачивании смеси из экстракционной в дополнительную колонну, где расположена заборная трубка, испаритель соединяют с атмосферным воздухом, который через фильтрующую колонну проходит в заборную трубку, тем самым вытесняя и препятствуя попаданию водной фазы на фильтр.

Сущность изобретения поясняется примерами конкретного исполнения. На чертеже приведена принципиальная схема генератора технеция-99М.

Экстракционный генератор включает экстракционную колонну 1 с крышкой 18 в верхней части для загрузки облученного оксида молибдена. Колонна имеет в центре сужение с нанесенной на нем меткой 5, пористую перегородку 20 в нижней части и два патрубка: 19 - для подключения к воздушно-вакуумной системе и 4 - для подключения к дополнительной колонне 6, которая имеет ту же конструкцию, что и экстракционная колонна, с тем отличием, что ее верхняя часть наглухо заварена, а в центр ее зауженной части введена заборная трубка 11, заведенная другим концом в фильтрующую колонку 10, наполненную на две трети объема сорбентом Al₂O₃. Нижним патрубком 7 дополнительная колонна соединена с накопителем 2, а также через вентили B₃ и B₄ и емкостью 16 для сбора отходов внутри защитной камеры, которая в свою очередь подсоединена к наружной емкости 17 для окончательного удаления отходов из технологического цикла. Фильтрующая колонка имеет в нижней части пористую перегородку и патрубок для отвода экстрагента с технецием в испаритель 9. Испаритель имеет наружный кожух для подачи из термостата горячей воды и патрубки в верхней части: 21 - для подключения к накопителю 8 с физиологическим раствором NaCl, 22 - для отбора технеция-99М в емкость 14, соединенную с флаконом (ми)-сборником 15. Патрубок 23 испарителя связан с входным концом холодильника 13, в кожух которого закачивается холодная вода. Нижний конец холодильника подсоединен к емкости 12 для сбора отогнанного экстрагента МЭК. Емкости 12, 14, 15, 16, 17 также подсоединены через соответствующие верхние патрубки к воздушно-вакуумной системе, запускаемой с внешнего пульта управления 3. Пульт управления содержит 10 электромагнитных клапана, три из которых (K₃, K₅ и K₇) связаны через воздушный фильтр 24 с атмосферным воздухом, а остальные подключены к вакуумному насосу 25 (например, водоструйному). Разрежение воздуха в системе регулируется игольчатым вентилем и контролируется манометром. Вентиль и манометр расположены на верхней крышке пульта управления вместе с клавишным переключателем, нажатием кнопок которого запускаются те или иные электромагнитные клапаны.

Пример 1. Облученный нейтронами реактора оксид молибдена (MoO₃) в количестве 15 г с помощью специального устройства загружают через крышку в экстракционную колонну 1. После этого из накопителя 2, расположенного за пределами защитной камеры (на схеме она обозначена двойной пунктирной линией), в экстракционную колонну подают дозированное количество 40 мл через B₄, а в колонне создают разрежение воздуха через электромагнитный клапан K₁ общей воздушно-вакуумной схемы пульта управления 3. Раствор щелочи поступает в экстракционную колонну через ее нижний патрубок; происходит растворение MoO₃ с последующим барботажем воздуха из накопителя 2. По окончании растворения тем же путем в колонну 1 подают высаливатель 60 мл 4М раствора K₂CO₃ и доводят уровень водной фазы в колонне до метки 5 этим же раствором. В накопитель 2 вводят 50 мл метилэтилкетона и пропускают его через сформированную водную фазу (ВФ) так же, как и предыдущие растворы. МЭК, пройдя через водную фазу, собирается в верхней части колонны над ВФ. Затем создают разрежение в дополнительной колонне 6 через клапан K₂, а в экстракционную колонну через клапан K₃, соединенный с атмосферой, запускают воздух. Под действием перепада давлений содержимое экстракционной колонны переходит в дополнительную колонну через ее нижний патрубок 7. При этом в эту колонну сначала поступает ВФ, а затем через нее вновь проходит тот же самый экстрагент. Процесс проводят при открытом вентиле на накопителе 8, благодаря чему в дополнительную колонну поступает воздух, проходящий через испаритель 9, фильтрующую колонку с сорбентом Al₂O₃ 10 и заборную трубку 11. Это препятствует попаданию ВФ и экстрагента в фильтрующую колонку и далее при достижении уровнем раствора кончика заборной трубки.

По окончании вторичной экстракции содержимое дополнительной колонны переводят в экстракционную колонну, а после вновь в дополнительную описанным выше способом. Таким образом осуществляют четырехкратную экстракцию одним и тем же объемом экстрагента. При окончательном переводе растворов в дополнительную колонну смеси дают отстояться в течение 5 минут до полного расслоения фаз. Если уровень ВФ оказывается выше кончика заборной трубки, то часть ВФ переводят в экстракционную колонну через патрубки 7 и 4, закрывают вентиль B₄ в тот момент, когда кончик заборной трубки будет находиться выше границы раздела на 1 - 2 мм. Если наоборот, уровень ВФ будет существенно ниже кончика заборной трубки вследствие поглощения экстрагента водной фазой, в дополнительную колонну через накопитель 2 вводят некоторое количество воды до достижения требуемого уровня между кончиком трубки и границей раздела фаз 1 - 2 мм.

После установления уровня в системе: сборник МЭК 12 - холодильнтк 13 - испаритель 9 - колонка с сорбентом 10 создают разрежение через клапан K₄, при этом открывают клапан K₅ для запуска атмосферного воздуха в дополнительную колонну. За счет этого экстрагент через заборную трубку проходит через фильтрующую колонку и поступает в испаритель, в наружный кожух которого через термостат запускают горячую воду (t = 92 - 94^oC). Одновременно кожух холодильника заполняют холодной водой. Экстрагент отгоняют в сборник МЭК, а на внутренних стенках испарителя остается технеций-99. Процесс отгонки ведут досуха во избежание попадания метилэтилкетона в препарат. По окончании дистилляции в накопитель при закрытом вентиле В₂ вводят 40 мл изотонического 0,9%-ного раствора натрия хлорида, открывают вентиль и тем самым переводят указанный раствор в испаритель для смыва сухого остатка технеция-99М. При этом отключают горячую воду. Смыв проводят в течении 1 - 2 мин, а затем, создав разрежение через клапан К₆ в емкости 14, переводят в нее полученный раствор пертехнетата натрия. Процесс осуществляют при открытом вентиле В₂ накопителя 8. Из емкости 14 с помощью микропипетки отбирают 5 мкл полученного раствора пертехнетата и измеряют его объемную активность на гамма-спектрометре с полупроводниковым Ge(Li) детектором. В рассмотренном примере она равна 30 мКи/мл, а суммарная активность препарата A^I_Tc= 1200 мКи. Из емкости 14 препарат фасуют во флаконы-сборники 15 по 10 мл в каждый, для чего в них поочередно создают разрежение через клапан К₈.

Пример 2. Выделение технеция-99М проводят через 22 часа (период накопления технеция-99М в водной фазе после предыдущей экстракции) из того же раствора ВФ и точно также, как в примере 1, с тем отличием, что экстракцию осуществляют дважды, а не 4 раза, как в примере 1. Из емкости 14 отбирают пробу пертехнетата 5 мкл и измеряют объемную активность препарата. Она составила 24,3 мКи/мл, а общая активность пертехнетата A²_Tc= 970 мКи.

Пример 3. Выделение технеция проводят через 44 часа после первой экстракции также, как в примере 1, с тем отличием, что экстракцию проводят 6 раз. Отбирают пробу пертехнетата и измеряют его объемную активность. Она равна 21,3 мКи/мл, соответственно общая активность препарата A³_Tc= 850 мКи.

По истечении 14 суток, когда уровень активности материнского изотопа снижается более чем в 32 раза, производят перезарядку генератора свежей партией молибдена-99. При этом сброс отработанной водной фазы осуществляют из дополнительной колонны при открытых вентилях В₃ и В₄ в сборник отходов 16, расположенный в защитной камере. Для этого в сборнике создают разрежение через клапан К₉, а в дополнительную колонку запускают воздух через клапан К₅. Для полной продувки системы открывают вентиль В₁ на накопителе 2. Из сборника 15 отбирают пробу раствора ВФ и измеряют объемную активность молибдена 99 на гамма-спектрометре с тем, чтобы в последующем рассчитать начальную (на момент первого выделения) активность молибдена в водной фазе и соответственно технеция-99 на момент его первого, второго - через 22 часа и третьего - 44 часа выделений. Эти данные необходимы для расчета выхода технеция-99М из генератора. Выход В_т определяют как отношение экспериментально полученных значений общих активностей технеция-99М Aⁱ_Tc при i-х выделениях к расчетным значениям этих величин на моменты времени выделения A_теор.. В данном случае объемная активность ⁹⁹Mo составила 18,3 мКи/мл, а общая A_Mo - 1830 мКи.

Для рассчета активностей технеция-99М, исходя из значения активности молибдена-99М на момент времени t, используют формулу



где ₁ и ₂- константы радиоактивного распада ⁹⁹Mo и ^99MTс.

Расчеты по формуле показывают, что на момент первого выделения в водной фазе содержалось 1240 мКи технеция-99М, на момент второго - 1082 мКи и третьего - 866 мКи. Соответственно выход продукта в примерах 1, 2 и 3 составил 97,90 и 98%. Отсюда следует, что двойная экстракция не обеспечивает полного выделения ^99MТс из раствора, а 6-кратная дает практически тот же результат, что и четырехкратная. Т. е. условия примера 1 являются оптимальными для предлагаемых способа и устройства. Во избежание переполнения сборника отходов 16 периодически (примерно 1 раз в полгода) производят вывод отходов в наружный сборник 17, для чего включают клапан К₁₀ (разрежение в сборнике 17) и открывают вентили В₁, В₃, В₄.

Предлагаемая генераторная установка управляется с помощью системы из 10 электромагнитных клапанов, расположенных в корпусе пульта управления, от которого в камеру заведено воздушно-вакуумные коммуникации. Пульт имеет 7 кнопок-команд и контрольный манометр. Для проведения работ достаточно разрежения воздуха, которое обеспечивает лабораторный водоструйный насос 18. Запуск атмосферного воздуха в систему осуществляется через воздушный фильтр 19.

Заявляемые способ и устройство обеспечивают безаварийность работы генератора при процессе отбора экстрагента в испаритель, повышают эффективность экстракции и способствуют уменьшению габаритов установки в 1,5 - 2 раза по сравнению с известными устройствами.