Straipsnio turinys
TECHNETIUM- technecis (lot. Technetium, simbolis Tc) - periodinės sistemos grupės elementas 7 (VIIb), atominis skaičius 43. Technecis yra lengviausias iš tų periodinės sistemos elementų, kurie neturi stabilių izotopų ir pirmasis gautas elementas dirbtinai. Iki šiol buvo susintetinti 33 technecio izotopai, kurių masės skaičiai yra 86–118, stabiliausi iš jų yra 97 Tc (pusėjimo laikas 2,6 10 6 metai), 98 Tc (1,5 10 6) ir 99 Tc (2,12 10 5 metai). ).
Junginiuose technecio oksidacijos būsena yra nuo 0 iki +7, stabiliausia yra septynvalentė būsena.
Elemento atradimo istorija.
Elemento Nr.43 kryptingos paieškos prasidėjo nuo to momento, kai D.I.Mendelejevas atrado periodinį dėsnį 1869 metais. Periodinėje lentelėje kai kurios ląstelės buvo tuščios, nes jas atitinkantys elementai (tarp jų buvo 43-ioji – ekamarganas) dar nebuvo žinomi. Po periodinio dėsnio atradimo daugelis autorių paskelbė apie šimto atominės masės mangano analogo išskyrimą iš įvairių mineralų ir pasiūlė jam pavadinimus: devius (Kern, 1877), lucium (Barrayre, 1896) ir niponiumas. (Ogawa, 1908), tačiau visi šie pranešimai nebuvo toliau patvirtinti.
1920-aisiais grupė vokiečių mokslininkų, vadovaujamų profesoriaus Walterio Noddacko, ėmėsi ekamargano paieškos. Atsekę elementų savybių kitimo dėsningumus pagal grupes ir periodus, prieita prie išvados, kad pagal savo chemines savybes elementas Nr.43 turėtų būti daug artimesnis ne manganui, o jo kaimynams laikotarpiu: molibdeno ir osmio, todėl jo reikėjo ieškoti platinos ir molibdeno rūdose. Eksperimentinis „Noddack“ grupės darbas tęsėsi dvejus su puse metų, o 1925 m. birželį Walteris Noddakas parengė ataskaitą apie elementų Nr.43 ir Nr.75, kuriuos siūlyta vadinti masuriumu ir reniu, atradimą. 1927 m. renio atradimas buvo galutinai patvirtintas, ir visos šios grupės jėgos perėjo prie masuriumo izoliavimo. Walterio Noddacko darbuotoja ir žmona Ida Noddack-Take netgi pareiškė, kad „mazurija, kaip ir renis, greitai atsiras parduotuvėse“, tačiau tokiam neapgalvotam teiginiui nebuvo lemta išsipildyti. Vokiečių chemikas W. Prandtl parodė, kad pora klaidingai suprato masuriumo priemaišas, neturinčias nieko bendro su elementu Nr. 43. Po Noddacks nesėkmės daugelis mokslininkų pradėjo abejoti elemento Nr. 43 egzistavimu gamtoje.
Dar 1920-aisiais Leningrado universiteto darbuotojas S.A.Ščukarevas pastebėjo tam tikrą radioaktyviųjų izotopų pasiskirstymo dėsningumą, kurį galiausiai 1934 metais suformulavo vokiečių fizikas G.Matauchas. Pagal Mattauch-Shchukarevo taisyklę, gamtoje negali egzistuoti du stabilūs izotopai, kurių masės skaičius ir branduoliniai krūviai skiriasi vienas nuo kito. Bent vienas iš jų turi būti radioaktyvus. Elemento numeris 43 yra tarp molibdeno (atominė masė 95,9) ir rutenio (atominė masė 101,1), tačiau visi masės skaičiai nuo 96 iki 102 yra užimti stabilių izotopų: Mo-96, Mo-97, Mo-98, Ru-99, Mo-100, Ru-101 ir Ru-102. Todėl elementas #43 negali turėti neradioaktyvių izotopų. Tačiau tai nereiškia, kad jo negalima rasti Žemėje: juk uranas ir toris taip pat yra radioaktyvūs, tačiau dėl ilgo pusėjimo išliko iki mūsų laikų. Ir vis dėlto jų atsargos per Žemės egzistavimą (apie 4,5 mlrd. metų) sumažėjo 100 kartų. Paprasti skaičiavimai rodo, kad radioaktyvusis izotopas mūsų planetoje gali išlikti dideliais kiekiais tik tuo atveju, jei jo pusinės eliminacijos laikas viršija 150 milijonų metų. Žlugus Noddacko grupės paieškai, viltis rasti tokį izotopą praktiškai užgeso. Dabar žinoma, kad stabiliausio technecio izotopo pusinės eliminacijos laikas yra 2,6 milijono metų, todėl norint ištirti 43 elemento savybes, buvo būtina jį atkurti. Šios užduoties jaunasis italų fizikas Emilio Gino Segre ėmėsi 1936 m. Esminę galimybę dirbtinai gauti atomus dar 1919 m. parodė didysis anglų fizikas Ernestas Rutherfordas.
Baigęs Romos universitetą ir atlikęs ketverių metų karinę tarnybą, Segre dirbo Enrico Fermi laboratorijoje, kol gavo pasiūlymą vadovauti Palermo universiteto fizikos katedrai. Žinoma, eidamas ten, jis tikėjosi tęsti branduolinės fizikos darbus, tačiau laboratorija, kurioje turėjo dirbti, buvo labai kukli ir nebuvo palanki moksliniams žygdarbiams. 1936 metais jis išvyko į komandiruotę į JAV, į Berklio miestą, kur Kalifornijos universiteto radiacijos laboratorijoje keletą metų veikė pirmasis pasaulyje įkrautas dalelių greitintuvas – ciklotronas. Dirbdamas Berklyje jis sugalvojo išanalizuoti molibdeno plokštę, kuri buvo skirta nukreipti deuterio branduolių, sunkaus vandenilio izotopo, spindulį. „Turėjome rimtą priežastį manyti, – rašė Segre, – kad molibdenas, subombardavęs jį deuteronais, turėtų virsti elementu numeriu 43...“ Iš tiesų, molibdeno atomo branduolyje yra 42 protonai, o 1 – deuterio branduolys.Jei šios dalelės galėtų susijungti, tai būtų gautas 43-iojo elemento branduolys. Natūralus molibdenas susideda iš šešių izotopų, o tai reiškia, kad apšvitintoje plokštelėje gali būti keli naujojo elemento izotopai. Segre vylėsi, kad bent kai kurie iš jų yra pakankamai ilgaamžiai, kad būtų išsaugoti plokštelėje grįžus į Italiją, kur ketino ieškoti elemento Nr. 43. Užduotį dar labiau apsunkino tai, kad taikinys buvo naudojamas molibdenas. nebuvo specialiai išgrynintas, o plokštelėje galėjo vykti branduolinės reakcijos su priemaišomis.
Radiacinės laboratorijos vadovas Ernestas Lawrence'as leido Segrei pasiimti lėkštę su savimi, o 1937 metų sausio 30 dieną Palerme Emilio Segre ir mineralogas Carlo Perrier kibo į darbą. Iš pradžių jie nustatė, kad atvežtas molibdeno mėginys išmetė beta daleles, vadinasi, radioaktyviųjų izotopų jame tikrai buvo, tačiau tarp jų buvo elementas Nr.43, nes aptiktos spinduliuotės šaltiniai galėjo būti cirkonio, niobio, rutenio izotopai. , renis, fosforas ir pats molibdenas ? Norint atsakyti į šį klausimą, dalis apšvitinto molibdeno buvo ištirpinta vandenyje (vandenilio chlorido ir azoto rūgščių mišinyje), chemiškai pašalintas radioaktyvusis fosforas, niobis ir cirkonis, o po to nusodintas molibdeno sulfidas. Likęs tirpalas vis dar buvo radioaktyvus, jame buvo renio ir galbūt elemento 43. Dabar sunkiausia buvo atskirti šiuos du panašius elementus. Segrè ir Perrier atliko darbą. Jie nustatė, kad nusodinant renio sulfidą vandenilio sulfidu iš koncentruotos druskos rūgšties tirpalo, dalis aktyvumo liko tirpale. Atlikus kontrolinius rutenio ir mangano izotopų atskyrimo eksperimentus, paaiškėjo, kad beta daleles gali išskirti tik naujo elemento atomai, kuriuos jie pavadino techneciu iš graikiško žodžio tecnh ós – „dirbtinis“. Šis pavadinimas galutinai patvirtintas chemikų kongrese, įvykusiame 1949 m. rugsėjį Amsterdame. Visas darbas truko daugiau nei keturis mėnesius ir baigėsi 1937 metų birželį, dėl to buvo gauta tik 10-10 gramų technecio.
Nors Segre ir Perrier turėjo nedidelius kiekius 43 elemento, jie vis tiek sugebėjo nustatyti kai kurias jo chemines savybes ir patvirtino technecio ir renio panašumą, numatytą remiantis periodiniu įstatymu. Suprantama, jie norėjo daugiau sužinoti apie naująjį elementą, tačiau norint jį ištirti, reikėjo turėti technecio svorį, o apšvitintame molibdene buvo per mažai technecio, todėl reikėjo rasti tinkamesnį kandidatą šio elemento tiekėjas. Jos paieškas vainikavo sėkmė 1939 m., kai O. Hahnas ir F. Strassmannas išsiaiškino, kad „fragmentuose“, susidariusiuose urano-235 dalijimosi metu branduoliniame reaktoriuje veikiant neutronams, yra gana dideli kiekiai ilgaamžio izotopo. 99 Tc. Kitais metais Emilio Segre ir jo bendradarbis Wu Jianxiong sugebėjo jį išskirti gryniausia forma. Kiekvienam kilogramui tokių „fragmentų“ tenka iki dešimties gramų technecio-99. Iš pradžių technecis, gautas iš branduolinių reaktorių atliekų, buvo labai brangus, tūkstančius kartų brangesnis už auksą, tačiau branduolinė energetika vystėsi labai sparčiai ir iki 1965 metų „sintetinio“ metalo kaina nukrito iki 90 USD už gramą, jo pasaulinė gamyba buvo skaičiuojama nebe miligramais, o šimtais gramų. Su tokiais šio elemento kiekiais mokslininkai galėjo visapusiškai ištirti technecio ir jo junginių fizines ir chemines savybes.
Technecio radimas gamtoje. Nepaisant to, kad ilgiausiai gyvuojančio technecio izotopo – 97 Tc – pusinės eliminacijos laikas (T 1/2) yra 2,6 milijono metų, o tai, atrodytų, visiškai atmeta galimybę aptikti šį elementą žemės plutoje, technecis. gali nuolat susidaryti Žemėje dėl branduolinių reakcijų. 1956 m. Boydas ir Larsonas pasiūlė, kad žemės plutoje yra antrinės kilmės technecio, susidarančio, kai molibdenas, niobis ir rutenis yra aktyvuojami kietos kosminės spinduliuotės.
Yra dar vienas technecio formavimo būdas. Ida Noddack-Take vienoje iš savo publikacijų numatė savaiminio urano branduolių dalijimosi galimybę, o 1939 metais vokiečių radiochemikai Otto Hahn ir Fritz Strassmann tai eksperimentiškai patvirtino. Vienas iš savaiminio dalijimosi produktų yra elemento Nr. 43 atomai. 1961 m. Kuroda, apdirbusi apie penkis kilogramus urano rūdos, sugebėjo įtikinamai įrodyti, kad joje yra 10–9 gramų technecio. kilogramas rūdos.
1951 metais amerikiečių astronomė Charlotte Moore pasiūlė, kad dangaus kūnuose gali būti technecio. Po metų anglų astrofizikas R. Merilas, tyrinėdamas kosminių objektų spektrus, kai kuriose Andromedos ir Cetus žvaigždynų žvaigždėse aptiko technecį. Vėliau jo atradimą patvirtino nepriklausomi tyrimai, o kai kurių žvaigždžių technecio kiekis mažai skiriasi nuo gretimų stabilių elementų: cirkonio, niobio, molibdeno ir rutenio. Norint paaiškinti šį faktą, buvo daroma prielaida, kad technecis šiuo metu susidaro ir žvaigždėse dėl branduolinių reakcijų. Šis stebėjimas paneigė visas daugybę teorijų apie elementų susidarymą prieš žvaigždę ir įrodė, kad žvaigždės yra savotiškos cheminių elementų gamybos „gamyklos“.
Technecio gavimas.
Dabar technecis gaunamas iš branduolinio kuro perdirbimo atliekų arba iš molibdeno taikinio, apšvitinto ciklotronu.
Urano dalijimosi metu, kurį sukelia lėti neutronai, susidaro du branduoliniai fragmentai – lengvasis ir sunkusis. Gauti izotopai turi neutronų perteklių ir dėl beta skilimo ar neutronų emisijos pereina į kitus elementus, sukeldami radioaktyviųjų virsmų grandines. Kai kuriose iš šių grandinių susidaro technecio izotopai:
235U + 1n = 99Mo + 136Sn + 1n
99 Mo \u003d 99m Tc + b - (T 1/2 \u003d 66 valandos)
99 m Tc = 99 Tc (T 1/2 = 6 valandos)
99 Tc \u003d 99 Ru (stabilus) + 227 - (T 1/2 \u003d 2,12 10 5 metai)
Ši grandinė apima 99m Tc izotopą, technecio-99 branduolinį izomerą. Šių izotopų branduoliai yra identiški savo nukleonų sudėtimi, tačiau skiriasi radioaktyviosiomis savybėmis. 99m Tc branduolys turi didesnę energiją ir, praradęs ją g-ray kvanto pavidalu, pereina į 99 Tc branduolį.
Technecio koncentravimo ir atskyrimo nuo lydinčių elementų technologinės schemos yra labai įvairios. Jie apima distiliavimo, nusodinimo, ekstrahavimo ir jonų mainų chromatografijos etapų derinį. Buitinėje branduolinių reaktorių panaudoto kuro elementų (kuro strypų) apdorojimo schemoje numatytas jų mechaninis smulkinimas, metalinio apvalkalo atskyrimas, šerdies ištirpinimas azoto rūgštyje ir ekstrakcinis urano ir plutonio atskyrimas. Tuo pačiu metu technecis pertechnetato jonų pavidalu lieka tirpale kartu su kitais dalijimosi produktais. Šį tirpalą perleidžiant per specialiai parinktą anijonų mainų dervą, po to desorbuojant azoto rūgštimi, gaunamas pertechnetinės rūgšties (HTcO 4) tirpalas, iš kurio neutralizavus vandenilio sulfidu nusodinamas technecio (VII) sulfidas:
2HTcO 4 + 7H 2 S = Tc 2 S 7 + 8H 2 O
Siekiant gilesnio technecio išvalymo iš dalijimosi produktų, technecio sulfidas apdorojamas vandenilio peroksido ir amoniako mišiniu:
Tc 2 S 7 + 2NH 3 + 7H 2 O 2 \u003d 2NH 4 TcO 4 + 6H 2 O + 7S
Tada iš tirpalo ekstrahuojamas amonio pertechnetatas, o vėliau kristalizuojant gaunamas chemiškai grynas technecio preparatas.
Technecio metalas paprastai gaunamas redukuojant amonio pertechnetatą arba technecio dioksidą vandenilio sraute 800–1000°C temperatūroje arba elektrocheminiu būdu redukuojant pertechnetatus:
2NH4TcO4 + 7H2 = 2Tc + 2NH3 + 8H2O
Technecio išskyrimas iš apšvitinto molibdeno anksčiau buvo pagrindinis metalo pramoninės gamybos būdas. Dabar šis metodas naudojamas technecijui gauti laboratorijoje. Technetis-99m susidaro radioaktyviai skilus molibdenui-99. Didelis skirtumas tarp 99m Tc ir 99 Mo pusėjimo trukmės leidžia pastarąjį naudoti periodiškai technecio izoliacijai. Tokios radionuklidų poros žinomos kaip izotopų generatoriai. Maksimalus 99m Tc susikaupimas 99 Mo/ 99m Tc generatoriuje įvyksta praėjus 23 valandoms po kiekvienos izotopų atskyrimo nuo pirminio molibdeno-99 operacijos, tačiau jau po 6 valandų technecio kiekis yra pusė maksimalaus. Tai leidžia kelis kartus per dieną išgauti technecio-99m. Pagal dukterinio izotopo atskyrimo metodą yra 3 pagrindiniai 99m Tc generatorių tipai: chromatografiniai, ekstrahavimo ir sublimacijos. Chromatografiniai generatoriai naudoja technecio ir molibdeno pasiskirstymo koeficientų skirtumus skirtinguose sorbentuose. Paprastai molibdenas fiksuojamas ant oksido pagrindo molibdato (MoO 4 2–) arba fosfomolibdato jono (H 4 3–) pavidalu. Susikaupęs dukterinis izotopas eliuuojamas fiziologiniu tirpalu (iš branduolinėje medicinoje naudojamų generatorių) arba praskiestų rūgščių tirpalais. Ekstrahavimo generatorių gamybai apšvitintas taikinys ištirpinamas vandeniniame kalio hidroksido arba karbonato tirpale. Ekstrahavus metiletilketonu ar kita medžiaga, ekstrahuojantis tirpalas pašalinamas išgarinant, o likęs pertechnetatas ištirpinamas vandenyje. Sublimacijos generatorių veikimas pagrįstas dideliu didesnių molibdeno ir technecio oksidų lakumo skirtumu. Kai įkaitintos nešančiosios dujos (deguonis) praeina per iki 700–800°C įkaitintą molibdeno trioksido sluoksnį, išgaravęs technecio heptoksidas pašalinamas į šaltąją įrenginio dalį, kur kondensuojasi. Kiekvienas generatorių tipas turi savų būdingų privalumų ir trūkumų, todėl gaminami visų minėtų tipų generatoriai.
Paprasta medžiaga.
Pagrindinės technecio fizikinės ir cheminės savybės buvo ištirtos ant izotopo, kurio masės skaičius yra 99. Technecis yra plastiškas paramagnetinis sidabro pilkumo metalas. Lydymosi temperatūra apie 2150 °C, virimo temperatūra „4700 °C, tankis 11,487 g / cm3. Technecis turi šešiakampę kristalinę gardelę, o plėvelėse, kurių storis mažesnė nei 150Å, ji turi į veidą nukreiptą kubinę gardelę. Esant 8 K temperatūrai, technecis tampa II tipo superlaidininku ().
Metalinio technecio cheminis aktyvumas yra artimas renio, jo kaimyno pogrupyje, aktyvumui ir priklauso nuo smulkumo laipsnio. Taigi kompaktiškas technecis lėtai išnyksta drėgname ore ir nekinta sausame ore, o miltelių pavidalo technecis greitai oksiduojasi iki didesnio oksido:
4Tc + 7O 2 = 2Tc 2 O 7
Nežymiai kaitinant, technecis reaguoja su siera ir halogenais, sudarydamas junginius, kurių oksidacijos būsena +4 ir +6:
Tc + 3F 2 = TcF 6 (aukso geltona)
Tc + 3Cl 2 = TcCl 6 (tamsiai žalia)
Tc + 2Cl 2 = TcCl 4 (raudonai ruda)
ir 700°C temperatūroje sąveikauja su anglimi, sudarydamas TcC karbidą. Technecis tirpsta oksiduojančiose rūgštyse (azoto ir koncentruotoje sieros rūgštyje), bromo vandenyje ir vandenilio perokside:
Tc + 7HNO 3 \u003d HTcO 4 + 7NO 2 + 3H 2 O
Tc + 7Br2 + 4H2O = HTcO4 + 7HBr
Technecio junginiai.
Septyniavalenčio ir keturiavalenčio technecio junginiai kelia didžiausią praktinį susidomėjimą.
Technecio dioksidas TcO 2 yra svarbus junginys didelio grynumo technecio gavimo technologinėje schemoje. TcO 2 - juodi milteliai, kurių tankis 6,9 g / cm 3, stabilūs ore kambario temperatūroje, sublimuojasi 900–1100 ° C temperatūroje. Kaitinamas iki 300 ° C, technecio dioksidas intensyviai reaguoja su atmosferos deguonimi (susidaro Tc 2 O 7), su fluoru, chloru ir bromu (susidarant oksohalogenidams). Neutraliuose ir šarminiuose vandeniniuose tirpaluose jis lengvai oksiduojasi į technetinę rūgštį arba jos druskas.
4ТcO 2 + 3O 2 + 2H 2 O = 4HTcO 4
Technecio(VII) oksidas Tc 2O 7 - geltonai oranžinė kristalinė medžiaga, lengvai tirpi vandenyje, susidarant bespalviam technetinės rūgšties tirpalui:
Tc 2 O 7 + H 2 O \u003d 2HTcO 4
Lydymosi temperatūra 119,5 ° C, virimo temperatūra 310,5 ° C. Tc 2 O 7 yra stiprus oksidatorius ir lengvai redukuojamas net organiniais garais. Naudojamas kaip pradinė medžiaga technecio junginiams gauti.
Amonio pertechnetatas NH 4TCO 4 - bespalvė medžiaga, tirpi vandenyje, tarpinis produktas gaminant technecio metalą.
Technecio (VII) sulfidas- mažai tirpi tamsiai ruda medžiaga, tarpinis junginys gryninant technetį, kaitinant suyra ir susidaro TcS 2 disulfidas. Technecio (VII) sulfidas gaunamas nusodinant vandenilio sulfidu iš rūgštinių hepvalentinių technecio junginių tirpalų:
2NH 4 TcO 4 + 8H 2 S \u003d Tc 2 S 7 + (NH 4) 2 S + 8H 2 O
Technecio ir jo junginių naudojimas. Stabilių izotopų nebuvimas techneciume, viena vertus, neleidžia plačiai jį naudoti, kita vertus, atveria jam naujus horizontus.
Korozija daro didžiulę žalą žmonijai, „suvalgydama“ iki 10% visos išlydytos geležies. Nors nerūdijančio plieno gamybos receptai yra žinomi, jį naudoti ne visada įmanoma dėl ekonominių ir techninių priežasčių. Kai kurios cheminės medžiagos padeda apsaugoti plieną nuo rūdijimo – inhibitoriai, dėl kurių metalo paviršius tampa inertiškas korozinėms medžiagoms. 1955 m. Cartledge'as nustatė itin aukštą technetinės rūgšties druskų pasyvumą. Tolesni tyrimai parodė, kad pertechnetatai yra veiksmingiausi geležies ir anglinio plieno korozijos inhibitoriai. Jų veikimas pasireiškia jau esant 10–4–10–5 mol/l koncentracijai ir išlieka iki 250° C. Technecio junginių naudojimas plienų apsaugai apsiriboja uždaromis technologinėmis sistemomis, neleidžiančiomis radionuklidams patekti į aplinką. . Tačiau dėl didelio atsparumo γ-radiolizei technetinės rūgšties druskos puikiai apsaugo nuo korozijos vandeniu aušinamuose branduoliniuose reaktoriuose.
Daugelis technecio panaudojimo būdų yra dėl jo radioaktyvumo. Taigi, 99 Tc izotopas naudojamas standartiniams b spinduliuotės šaltiniams, skirtiems defektų aptikimui, dujų jonizavimui ir standartinių etalonų gamybai, gaminti. Dėl ilgo pusinės eliminacijos periodo (212 tūkst. metų) jie gali dirbti labai ilgai, labai nesumažėjus aktyvumui. Dabar 99m Tc izotopas užima pirmaujančią vietą branduolinėje medicinoje. Technetis-99m yra trumpalaikis izotopas (pusėjimo laikas 6 val.). Izomerinio perėjimo į 99 Tc metu išskiria tik g-kvantus, kurie užtikrina pakankamą prasiskverbimo galią ir žymiai mažesnę paciento dozę, lyginant su kitais izotopais. Pertechnetato jonas neturi ryškaus selektyvumo tam tikroms ląstelėms, todėl jį galima naudoti diagnozuojant daugumos organų pažeidimus. Technecis labai greitai (per vieną dieną) pasišalina iš organizmo, todėl 99m Tc naudojimas leidžia trumpais intervalais pakartotinai apžiūrėti tą patį objektą, išvengiant jo per didelio eksponavimo.
Jurijus Krutjakovas
Tai paskutinė straipsnių ciklo apie Atominių reaktorių tyrimų institutą, esantį Dimitrovgrado mieste, Uljanovsko srityje, dalis. Jau susipažinome su brangiausio planetos metalo gamybos technologija – sužinojome, kaip gaminamos kuro rinklės branduoliniams reaktoriams, pamatėme unikalų SM-3 reaktorių, galintį generuoti labai tankų neutronų srautą. Tačiau tai nėra pagrindinis produktas, kurį gamina tyrimų institutas. Yra viena medžiaga, be kurios visos pasaulio onkologijos klinikos negali gyventi nė dienos. Šio radioizotopo kaina siekia 46 milijonus dolerių už gramą. Kas tai per medžiaga ir kodėl menkiausi jos tiekimo sutrikimai sukelia didelį šurmulį branduolinės medicinos pasaulyje – skaitykite toliau...
Technetis ir molibdenas
Ši medžiaga yra molibdenas-99, kuris šiandien naudojamas apie 70% diagnostinių procedūrų onkologinėje srityje, 50% kardiologijoje ir apie 90% radionuklidų diagnostikoje. Dėl jo įsigijimo sudėtingumo ir didelių sąnaudų jis plačiai prieinamas tik keliose išsivysčiusiose šalyse. Bet kaip molibdenas-99 padeda diagnozuoti?
Tiesą sakant, viskas nėra taip paprasta. Molibdenas-99 nėra galutinis produktas, naudojamas branduolinėje medicinoje. Jo darbinis arkliukas yra kitas radioaktyvus metalas – technecis-99.
Supainioti? Pabandysiu paaiškinti.
Dauguma dirbtinai pagamintų izotopų (to paties cheminio elemento atmainos) yra labai nestabilūs ir greitai suyra dėl radioaktyvios spinduliuotės. Laikas, po kurio lieka lygiai pusė pradinio medžiagos kiekio (tiesą sakant, matavimai atliekami pagal Curie aktyvumo vertę, bet paprastumo dėlei mes atsižvelgsime į masę), vadinamas pusėjimo trukme. Pavyzdžiui, vienas gramas labai brangaus Kalifornijos-252 po 2,5 metų virsta puse gramo, o naujausias ir paskutinis gautas 118 periodinės lentelės elementas Ununocty-294 paprastai sumažėja perpus per 1 ms. Mūsų labai naudingo izotopo Technetium-99 pusinės eliminacijos laikas yra tik 6 valandos. Tai ir pliusas, ir minusas.
RIAR reaktoriaus pastatas Šio izotopo spinduliuotė yra gana minkšta, neveikia gretimų organų, tuo tarpu idealiai tinka registracijai naudojant specialią įrangą. Technecis geba kauptis naviko pažeistuose organuose ar negyvose širdies raumens vietose, todėl naudojant šį metodą, pavyzdžiui, miokardo infarkto židinį galima nustatyti per 24 valandas nuo jo pradžios – probleminės kūno vietos bus tiesiog būti paryškintas paveikslėlyje arba ekrane. Praėjus kelioms valandoms po vartojimo, Technetium-99 paverčiamas stabilesniu izotopu ir visiškai pašalinamas iš organizmo be jokio poveikio sveikatai. Tačiau šios 6 valandos yra galvos skausmas ir gydytojams, nes per tokį trumpą laiką jo tiesiog neįmanoma pristatyti į kliniką iš gamybos vietos.
RIAR Dimitrovgrade Vienintelė išeitis iš šios situacijos – gaminti Technetium-99 vietoje, tiesiai diagnostikos klinikoje. Bet kaip tai padaryti? Ar tikrai kiekvienoje klinikoje būtina įrengti branduolinį reaktorių? Laimei, to neprireikė. Reikalas tas, kad Technetium-99 galima palyginti lengvai ir be reaktoriaus gauti iš kito izotopo - molibdeno-99, kurio pusinės eliminacijos laikas jau yra 66 valandos! Ir tai jau daugiau ar mažiau tinkamas laikas, per kurį izotopą galima pristatyti į kliniką iš bet kurios pasaulio vietos. Klinikos specialistams belieka Molibdeną-99 paversti techneciu-99 naudojant specialų technecio generatorių.
Molibdenas-99 natūraliai suyra generatoriuje, kurio vienas iš produktų yra technecis-99, kuris jau yra išskirtas chemiškai - druskos tirpalas nuplauna technecį, bet palieka molibdeną vietoje. Panašią procedūrą galima atlikti kelis kartus per dieną savaitę, po to generatorių reikia pakeisti nauju. Šis poreikis yra susijęs su Molibdeno-99 aktyvumo sumažėjimu dėl jo irimo, taip pat su prasidedančiu technecio užteršimu molibdenu. „Senas“ generatorius tampa nebetinkamas medicinos reikmėms. Dėl trumpo molibdeno-99 pusinės eliminacijos periodo neįmanoma kaupti technecio generatorių. Reikalingas reguliarus jų pristatymas kas savaitę arba dar trumpesniu laiku.
Taigi, molibdenas-99 yra tam tikras pirminis izotopas, kuris patogiai gabenamas galutiniam vartotojui. Dabar mes prieiname prie svarbiausio dalyko - molibdeno-99 gavimo proceso.
Kaip gaminamas molibdenas-99
Molibdeną-99 galima gauti tik dviem būdais ir tik branduoliniame reaktoriuje. Pirmasis būdas yra paimti stabilų izotopą Molibdenas-98 ir panaudoti branduolinio neutronų gaudymo reakciją, kad jis būtų paverstas molibdenu-99. Tai pats „švariausias“ metodas, tačiau jis neleidžia gauti komercinių izotopo tūrių. Pažymėtina, kad šis metodas yra perspektyvus ir šiuo metu yra tobulinamas. Jau šiandien Japonija šiuo metodu ketina gaminti molibdeną savo reikmėms.
Antrasis būdas yra suskaidyti labai prisodrinto urano-235 branduolius tankiu neutronų srautu. „Gaudant“ urano taikinį neutronais, jis skyla į daug lengvesnių elementų, vienas iš kurių yra molibdenas-99. Jei jau skaitėte pirmąją šios straipsnių serijos dalį, tuomet turite prisiminti apie unikalų tokį, kuris generuoja labai tankų neutronų srautą – lukštus, kurie suskaido urano „avietes“ į kelias mažas „uogas“.
Taikiniai gali būti įvairių formų – plokštelių, strypų ir kt. Jie gali būti pagaminti iš metalinio urano arba iš jo oksido arba lydinio su kitu metalu (pavyzdžiui, aliuminiu). Taikiniai korpusuose iš aliuminio arba nerūdijančio plieno dedami į aktyvųjį reaktoriaus kanalą ir laikomi ten tam tikrą laiką.
SM-3 reaktorius RIAR Ištraukus taikinį iš reaktoriaus, jis pusę paros atšaldomas vandeniu ir perkeliamas į specialią „karštą“ laboratoriją, kur norimas molibdenas-99 chemiškai išskiriamas iš urano skilimo produktų mišinio, kurio liks tik 6 %. Nuo šio momento pradedamas skaičiuoti mūsų molibdeno naudojimo laikas, už kurį klientas yra pasirengęs sumokėti. Šią procedūrą reikia atlikti kuo greičiau, nes apšvitinus taikinį dėl jo irimo kas valandą prarandama iki 1% molibdeno.
„Karštoje“ kameroje elektromechaninių manipuliatorių pagalba tikslinė medžiaga šarmo ar rūgšties pagalba paverčiama skystu tirpalu, iš kurio su įvairiais cheminiais reagentais išsiskiria molibdenas. RIAR taiko šarminį metodą, kuris yra saugesnis nei rūgštinis, nes palieka mažiau pavojingų skystų atliekų.
Galutinis produktas atrodo kaip bespalvis skystis – natrio molibdato druskos tirpalas.
nuotrauka ngs.ru Skysčio butelis dedamas į specialų švino indą ir specialiu skrydžiu siunčiamas vartotojui iš artimiausio Uljanovsko oro uosto.
Visas procesas valdomas kompiuterine sistema. neįskaitant operatoriaus klaidos ir žmogiškojo faktoriaus, kuris yra labai svarbus gaminant Molibdeną-99. Taip pat reikia laikytis visų saugos reikalavimų.
Deja, aukščiau aprašytas būdas yra itin „nešvarus“, kai gaunamas didelis kiekis radioaktyviųjų atliekų, kurios ateityje praktiškai nenaudojamos ir turi būti užkasti. Situaciją apsunkina tai, kad šios atliekos yra skystos – jas sunkiausia sandėliuoti ir išmesti. Beje, 97% pradinio urano pakrovimo į taikinį patenka į atliekas! Grynai teoriškai labai prisodrintą uraną iš atliekų galima išgauti tolesniam naudojimui, tačiau praktiškai niekas to nedaro.
Problemos
Iki šiol pasaulyje buvo tik 3 pagrindiniai molibdeno-99 gamintojai ir jie sudarė 95% visų tiekimų. Dimitrovgrad RIAR patenkino tik iki 5% šio izotopo poreikio. Galingiausi šios pramonės žaidėjai buvo Kanada (40 %), Nyderlandai + Belgija (45 %) ir Pietų Afrika (10 %). Tačiau didžiausias Kanados tiekėjas turėjo problemų su pagrindinio gamintojo reaktoriumi ir staiga atsivėrė niša. „Rosatom“ tai matė kaip galimybę užimti jį trumpam laikui.
Molibdeno-99 trūkumas pasaulinėje rinkoje šiuo metu siekia daugiau nei 30%, o vidutinis poreikis iki 12 000 curie per savaitę (šis produktas matuojamas ne gramais, o medžiagos aktyvumo vienetais). O šios medžiagos kainos siekia iki 1500 USD už kiuri.
Tačiau gaminant tokius molibdeno-99 kiekius, kyla klausimas, ar proporcingai didėja radioaktyviųjų atliekų, kurias reikia kažkur saugoti, kiekis. Deja, vienintelis būdas užkasti skystas atliekas RIAR vis dar yra pumpuoti jas esant slėgiui į 1300 metrų gylį. Tai labai pavojinga, atsižvelgiant į saugyklos vietą tektoninių lūžių sankirtoje (pagal TsNIIgeolnerrud tyrimus). Šiandien tai yra skaudžiausia problema, kurios sprendimo dar nėra: netoli Dimitrovgrado po žeme jau susiformavo nedidelė radioaktyviųjų atliekų jūra, kuri teoriškai gali patekti į Volgą.
Naujo daugiafunkcio greitųjų neutronų reaktoriaus statyba RIAR Verta paminėti, kad skystos atliekos turi būti paverčiamos kietomis atliekomis cementuojant ir laikomos specialiuose konteineriuose. 2015 metais RIAR buvo pastatyta nauja 8000 kubinių metrų kietųjų atliekų saugykla su rūšiavimo, perdirbimo ir kondicionavimo technologiniais skyriais.
nuotrauka niiar.ru Jau daugiau nei du dešimtmečius TATENA rodė didžiulį nepasitenkinimą itin sodrinto urano naudojimo molibdeno-99 gamyboje technologija. Tačiau RIAR naudojama technologija sukurta specialiai šiam metodui. Laikui bėgant Dimitrovgrado tyrimų institutas planuoja pereiti prie darbo su mažai prisodrintu uranu. Tačiau tai yra ateities klausimas, tačiau šiuo metu sunkiausia molibdeno gamybos problema išlieka radioaktyviųjų atliekų šalinimas.
O jų yra daug ir visi jie yra itin pavojingi aplinkai ir gyventojams. Paimkime, pavyzdžiui, stroncio ir jodo izotopus, kurie gali lengvai patekti į atmosferą ir pasklisti šimtus kilometrų. Regionui, kuriame gyventojai turi natūralų jodo trūkumą, tai ypač pavojinga. Organizmas reikalingą jodą pasiima iš aplinkos, įskaitant radioaktyvųjį, o tai sukelia liūdnas pasekmes sveikatai. Bet, anot RIAR, jų technologinis procesas turi labai aukštą apsaugą nuo jodo išmetimo į atmosferą.
Batsiuvys be batų
Kiekvienais metais visame pasaulyje atliekama daugiau nei 30 milijonų medicininių procedūrų naudojant radionuklidus. Tačiau pačioje Rusijoje, kuri pretenduoja būti pagrindine molibdeno-99 tiekėja, šio izotopo poreikis yra minimalus. Daugiau nei 70% visų Rusijoje pagamintų radioaktyviųjų izotopų yra eksportuojami. Vėžiu sergantiems Rusijoje galimybė gauti šiuolaikišką ir savalaikį gydymą neviršija 10% dėl banalaus specializuotų diagnostikos centrų trūkumo. Tokių centrų šalyje yra tik septyni. Bet reikia, kad jų būtų bent 140. Pasirodo, naujausios izotopus naudojančios technologijos Rusijoje dažnai tiesiog neturi kur pritaikyti.
Palyginimui, JAV yra daugiau nei 2000 branduolinės medicinos centrų. Kitose išsivysčiusiose šalyse 500 000 gyventojų tenka vienas toks centras. Nenuostabu, kad PSO duomenimis, JAV vėžiu sergančių pacientų penkerių metų išgyvenamumas siekia 62%, Prancūzijoje – 58%, Rusijoje šis skaičius nesiekia net 43%.
Iš to susidaro ne itin džiugus vaizdas: kažkas turi kelis centimetrus, o mes – šaknis.
Jei prisiminsime praktinę urano dalijimosi grandininės reakcijos atradimo naudą, tada iš karto po ginklų ir energijos galbūt atsiras branduolinės medicinos metodai. Branduoliniai reiškiniai naudojami tiek diagnostikoje, tiek radioterapijoje. Kaip pavyzdį naudodamas radioaktyvųjį technecio izotopą 99m Tc, norėčiau parodyti, kaip branduoliniai reaktoriai padeda diagnozuoti onkologiją.
99m Tc žymėto vaisto gama spinduliuotės intensyvumo tomografinė terpė.
Technecio 99m Tc trumpaamžis radionuklidas yra zondas (tracer), kurio judėjimas per kūną ir kaupimasis gali būti kontroliuojamas naudojant šio nuklido izomerinio virsmo metu skleidžiamų gama spindulių tomografiją. Jo pusinės eliminacijos laikas yra trumpas (T = 6,04 val., skilimas į pradinę būseną 99 Tc, taip pat radioaktyvus izotopas, bet jo pusinės eliminacijos laikas yra 214 000 metų. Technecis yra gana unikalus elementas, jis neturi stabilių izotopų, todėl gamtoje neegzistuoja. Savo ruožtu tai reiškia, kad jis yra nepažįstamas mūsų biochemijai, todėl netelpa į medžiagų apykaitos kelius organizme ir greitai pasišalina. Kita svarbi naudinga savybė yra energija γ spinduliuotė (140 keV) – ji yra pakankamai didelė, kad prasiskverbtų į audinius ir pakankamai maža, kad nesukeltų per didelio poveikio.
Sena schema, iliustruojanti technecio gamybą plaunant kolonėlę pagrindiniu izotopu, kuris yra švino ekrane, specialia terpe, kuri išplauna technecį.
Todėl šiandien pasaulyje 80% diagnostinių procedūrų, naudojant radiofarmacinius preparatus, atlieka 99 mln. Tc yra apie 30 milijonų procedūrų per metus, o technecis yra apie 1/4 visos branduolinės medicinos. Tracer diagnostika atrodo kaip specialiai parinktų vaistų molekulių su techneciu judėjimo organizme dinamikos tyrimas; Vikipedija žino daug tokių medžiagų, skirtų įvairių tipų vėžiui diagnozuoti. Tokiu atveju žymėjimo vaistas dažniausiai kaupiasi (arba nesikaupia) sergančiame (sveikame) organe ir tai nesunku pastebėti vieno fotono scintiliaciniu tomografu.
Tiesą sakant, čia yra vieno fotono (skirtingai nuo PET tomografų, registruojančių beta plius irimo pozitronų anihiliaciją) scintiliacinis tomografas.
Tačiau daug įspūdingiau nei pati diagnozė, man atrodo, yra radiofarmacinio vaisto gavimas. Pagalvokite apie tai: technecio pusinės eliminacijos laikas yra 6 valandos - 94% šio izotopo suyra per 24 valandas, vadinasi, vaisto negalima nusipirkti vaistinėje, o transportuoti jį sunku: net judindami po miestą galite netekti pusės veiklos. Išskleiskite diagnostinės procedūros grandinę nuo pabaigos iki pradžios, o tada pažvelkime į pasaulinę šio izotopo rinką.
Kaip jau galima numanyti, technecio preparatai diagnostikai gaunami tiesiog ligoninėje, taikant radiochemines procedūras, kurios savo sunkumu yra gana bauginančios. 99m Tc yra vienintelis dukterinis radioaktyvaus molibdeno izotopas 99 Mo, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 2,75 dienos. Molibdenas 99 į ligoninę pristatomas technecio generatorių pavidalu – švino talpyklomis, kuriose yra nusodinto molibdeno kolonėlė.
Technecio generatoriai gyvena...
Ir pjūvyje.
20 kg generatoriuje paprastai yra nuo 0,5 iki 5 Curie (20-120 GBq) aktyviai irstančio molibdeno. Norint gauti radiocheminį preparatą su per kolonėlę praleidžiama cheminė medžiaga, kuri išplauna (sulaiko) technecį. Paprastai tam ant generatoriaus dedamos dvi ampulės: viena su eliuentu, antroji su vakuumu, o ant vakuuminės ampulės uždedamas švino ekranas.
Galiausiai įveskite sprendimą 99m Tc naudojamas jo pagrindu paruošti radiofarmacinį preparatą. Nedvejodami žiūrėkite žemiau esantį vaizdo įrašą: radioaktyviųjų vaistų tvarkymo taisyklės rodo, kad tai nėra labai naudinga suleisti :) Vidutiniam diagnostiniam tyrimui reikia maždaug 250 MBq (0,06 Ci) technecio, o rezultatas yra 50 mSv ( 5 rem) yra maždaug viena didžiausia leistina metinė dozė AE personalui.
Kitas klausimas: iš kur atsiranda technecio generatoriai, užpildyti 99? Mo? Čia atsiranda branduoliniai reaktoriai. 99 Mo yra vienas iš 235 U fragmentų, skilimo produktuose jis sudaro apie 6,3%. Bet kurio veikiančio gigavato degaluose yra šimtai gramų šio izotopo, nepaisant to, kad visame pasaulyje medicinos reikmėms sunaudojama tik apie 1 gramą per metus. Tačiau tik kuro rinklių sustabdymas ir išėmimas iš galingo elektrinio reaktoriaus užtrunka tiek laiko (kelias dienas), kad iš molibdeno praktiškai nieko nelieka.
Paėmę į ranką kolbą su tikru molibdeno-99 tirpalu, šią ranką galite pamesti – tokios kolbos radioaktyvumas paviršiuje bus apie 100 rentgenų per sekundę.
Todėl 99 Mo gaunamas apšvitinant mažus (dešimties gramų) taikinius iš labai prisodrintų 235 U (238 izotopo buvimas taikinyje suteikia radiotoksiškų transurano elementų: plutonio, neptūno, americio). Išėmus iš reaktoriaus taikiniai laikomi 1-2 paras, kad suirtų dar aktyvesni už molibdeną fragmentai, vėliau ištirpinami azoto rūgštyje arba šarme ir chemiškai ekstrahuojami karštoje kameroje. 99 Mo. Galiausiai išgrynintas tirpalas su radioaktyviuoju molibdenu perkeliamas į technecio generatorių gamybą, kur įkraunamas į sorbcijos kolonėlę. Pastarasis procesas vyksta ir karštosiose kamerose, bet ne tik GMP gamyboje (vaistų gamybos standartų sistema, užtikrinanti vaistų sterilumą ir kokybę).
Paprastai tariant, išgavimo proceso efektyvumas yra 99 Mo iš urano taikinio yra mažas: be to, kad naudojama nedidelė brangaus urano 235 dalis, tik keli procentai susidarančio molibdeno pateks į technecio generatorius, o likusi dalis pateks su likusiais dalijimosi produktais. į radioaktyviąsias atliekas arba suyra prieš perdirbant. Žemas efektyvumas, darbas su ginklų klasės uranu, didelis kiekis radioaktyviųjų atliekų lemia didelę molibdeno kainą – apie 50 milijonų dolerių už gramą generatoriuje. Sutaupoma tik tai, kad šis gramas leidžia atlikti dešimtis milijonų testų.
Dėl to diagnostikos su 99m Tc gamybos grandinė atrodo taip: HEU taikinių gamyba -> reaktorius -> karštosios kameros (geriausia prie reaktoriaus) -> GMP karštosios kameros technecio generatoriams įkrauti -> kambarys ligoninėje dirbti su radioaktyviais vaistais. Dabartinis poreikis yra 12 000 Curie per savaitę, o visame pasaulyje yra keliolika reaktorių, kurie yra apšvitinami taikiniais, tačiau didžiąją dalį molibdeno tiekia Kanados NRU reaktorius (4800 Curie per savaitę), esantis Chalk River mieste. olandų HFR (2500 Ci) iš Petten, belgų BR-2 (kuris turėtų pakeisti ) ir prancūzų OSIRIS; kartu jie yra atsakingi už 80 % šio nuklido rinkos. Netoliese taip pat yra didžiausi taikinių procesoriai Nordion Kanadoje, Mallinckrodt Olandijoje, IRU Belgijoje.
Kanados NRU reaktoriuje naudojama galinga degalų papildymo mašina, kurią netrukus tikitės pamatyti atominėje elektrinėje. Jo 135 MW šiluminė galia yra vienas galingiausių mokslinių tyrimų reaktorių pasaulyje.
Tačiau 2010 m. vietinis tiekėjas 99 Mo yra gerai žinomas RIAR institutas, turintis galingą švitinimo reaktorių parką. Švitinimas atliekamas ROMOL-99 radiocheminėje linijoje, perdirbimas, o didžiausias pasaulyje (vienoje vietoje) mokslinių tyrimų reaktorių parkas leidžia pagaminti iki 25% pasaulio poreikių, kurie buvo naudojami 2010-ųjų pradžioje kanadiečiai Nordion uždarė NRU reaktorių remontui ir modernizavimui. Apskritai pagrindinių medicininių radioizotopus gaminančių reaktorių senėjimas padidina Rosatom ir kitų naujų gamintojų (pvz., naujojo OPAL tyrimų reaktoriaus Australijoje) galimybes užimti rinkos dalį.
Negražusis ROMOL-99 gali patenkinti 25% pasaulio molibdeno-99 paklausos.
Ji yra karštojoje kameroje
Rusijoje taip pat yra viso ciklo gamyba. NIFHI pavadintas L.Ya.Karpov vardu(įsikūręs Obninske)apšvitina taikinius savo baseinas 15 megavatų galios WWR-c reaktorius.
Švitinimas vykdomas 4 reaktoriaus kanaluose, kur pakraunami specialūs mazgai su išoriniu aušinimu.
Išvaizda VVR-ts
Taikiniai apšvitinami reaktoriuje apie savaitę, po to pašalinami, dvi dienas laikomi aktyviausiems dalijimosi fragmentams suirti ir apdorojami karštosiose NIFHI kamerose.
Vieno taikinio brėžinys. Matyti, kad urano čia labai mažai
Karšta kamera tirpalui tvarkyti 99 mėn
NIFHI gamina technecio generatorius savo GMP gamykloje. Jo našumas – apie 200 generatorių per savaitę, kurių kiekvienas gali pagaminti iki 20 porcijų technecio diagnostikai. Generatorių įkrovimas, kaip ir visi kiti etapai, yra kruopštus darbas karštoje kameroje.
Technecio generatoriai įkraunami steriliomis ir nuo radiacijos apsaugotomis sąlygomis.
Apšvitintų taikinių rinka šiandien siekia apie 50 mln., molibdeno tirpalo – 80 mln., technecio generatorių – 150, medicininių procedūrų – 2 mlrd. Tokia rinka jau visiškai moka už specialių įrenginių kūrimą 99 Mo, o pagrindiniai patobulinimai yra skirti sukurti aktyvavimo ar fragmentacijos greitintuvo mašinas, t.y. greitintuvai su neutronų šaltiniu (pvz., ESS), sukeliantys stimuliuojamą dalijimosi reakciją U238 arba neutronų gaudymą taikinyje 98 Mo. Iki šiol šie projektai tiekia brangesnį molibdeną nei jau pastatytuose reaktoriuose, bet pigiau nei tuo atveju, jei reaktorius būtų statomas specialiai medicininiams radioizotopams gaminti. Be to, tokius greitintuvus galima montuoti tiesiai ligoninėse (ligoninėse jau yra gana daug greitintuvų terapijai ir trumpalaikių diagnostinių izotopų gamybai – pavyzdžiui, 18F), skirtingai nei reaktoriuose.
P.S. Nagrinėdamas šią temą, pats atradau, kad Tailande yra plačiai paplitusios TRIGA serijos tyrimų reaktorius, kuriame, be kita ko, gaminami medicininiai radioizotopai. Dar nuostabiau yra tai, kad jis ten buvo nuo 1972 m.
rusiškas vardas
Technetium sestamibiLotyniškas medžiagos pavadinimas Technetium sestamibi
Technetii sestamibi ( gentis. Technetii sestamibi)Technetium sestamibi medžiagos farmakologinė grupė
Pavyzdinis klinikinis ir farmakologinis straipsnis 1
Farmacijos veiksmas. Diagnostinė priemonė (radiofarmacinė), skirta įvertinti miokardo perfuziją esant įvairioms patologinėms būklėms.
Farmakokinetika. Suleidus į veną, jis greitai palieka kraujagyslių dugną, o po 3-5 minučių jo koncentracija kraujyje yra ne didesnė kaip 2%. Didžiausias vaisto susikaupimas sveikame miokarde stebimas praėjus 5 minutėms po vartojimo ir vidutiniškai sudaro 2,2 % suvartotos dozės. Toks miokardo fiksavimo lygis išlieka nepakitęs 3 valandas, o tai lemia optimalų planinės ar vieno fotono emisijos tomografijos laiką (per 1-2 val. po vaisto vartojimo).Vaisto koncentracija plaučiuose yra nereikšminga (po 5 minučių - ne). daugiau nei 3-5%), o jo išsiskyrimas reikšmingai nulems vaisto klirensą iš miokardo. Išsiskiria per hepatobiliarinius takus ir plonąją žarną (apie 40% per 2 dienas). Mažesnis kiekis (apie 22%) išsiskiria su šlapimu.
Indikacijos. Plokštuminė ar vieno fotono emisijos tomografija, skirta įvertinti miokardo aprūpinimą krauju esant įvairiems patologiniams procesams, sąlygojantiems sutrikusią miokardo perfuziją (koronarinė aterosklerozė, ūminis miokardo infarktas, poinfarktinė ir pomiokardinė kardiosklerozė ir kt.), taip pat sergant IŠL.
Kontraindikacijos. Padidėjęs jautrumas, nėštumas.
Dozavimas. Nevalgius / nevalgius arba mažiausiai 4 valandas po valgio. Tiriant pacientus ramybės būsenoje ir atliekant streso testą su maždaug 24 valandų intervalu - 259–370 MBq (7–10 mKu) kiekvienam tyrimui.
Šalutinis poveikis. Alerginės reakcijos.
Specialios instrukcijos. Paruošimo būdas: aseptinėmis sąlygomis į reagento buteliuką įpilkite 3 ml eliuato iš 99mTc generatoriaus. Jei reikia, eliuatas iš anksto praskiedžiamas 0,9 % NaCl tirpalu iki reikiamo tūrinio aktyvumo. Buteliukas su vaistu dedamas į švino indą ir kaitinamas verdančio vandens vonelėje 15 minučių nuo to momento, kai vanduo užvirsta. Vandens lygis vandens vonioje turi būti didesnis nei vaisto tirpalo lygis buteliuke. Atšaldžius buteliuko turinį iki kambario temperatūros, vaistas yra paruoštas vartoti. Draudžiama naudoti oro adatą.
Gatavas produktas, paruoštas remiantis reagentu, esančiu 1 buteliuke, gali būti naudojamas tirti 5 pacientus.
Žindančios motinos turėtų susilaikyti nuo kūdikio maitinimo 24 valandas po vaisto vartojimo.
Valstybinis vaistų registras. Oficialus leidinys: 2 tomais - M .: Medicinos taryba, 2009. - V.2, 1 dalis - 568 p.; 2 dalis - 560 p.
Jei prisiminsime praktinę urano dalijimosi grandininės reakcijos atradimo naudą, tada iš karto po ginklų ir energijos galbūt atsiras branduolinės medicinos metodai. Branduoliniai reiškiniai naudojami tiek diagnostikoje, tiek radioterapijoje. Kaip pavyzdį naudodamas radioaktyvųjį technecio izotopą 99m Tc, norėčiau parodyti, kaip branduoliniai reaktoriai padeda diagnozuoti onkologiją.
Gama spinduliuotės intensyvumo tomografiniai pjūviai, pažymėti 99m Tc vaistu.
Technecio 99m Tc trumpalaikis izomeras yra zondas (tracer), kurio judėjimas per kūną ir kaupimasis gali būti kontroliuojamas naudojant šio nuklido izomerinio perėjimo metu skleidžiamų gama spindulių tomografiją. Jo pusinės eliminacijos laikas trumpas (T = 6,04 val., suyra į pradinę būseną 99 Tc, taip pat radioaktyvus izotopas, bet pusinės eliminacijos laikas jau 214 tūkst. metų), technecis neturi stabilių izotopų, mūsų biochemijai jis nepažįstamas. , todėl netelpa į medžiagų apykaitos kelius organizme ir greitai pasišalina. Kita svarbi naudinga savybė yra γ spinduliuotės energija (140 keV) – ji pakankamai didelė, kad prasiskverbtų į audinius, ir pakankamai maža, kad nesukeltų per didelio poveikio.
Schema, iliustruojanti technecio gamybą plaunant kolonėlę pagrindiniu izotopu švino ekrane su specialia terpe, kuri išplauna technecį.
Dėl to šiandien pasaulyje 80% diagnostinių procedūrų naudojant radiofarmacinius preparatus sudaro 99m Tc – tai yra apie 30 milijonų procedūrų per metus, o techneciumas – apie 1/4 visos branduolinės medicinos pinigų. Tracer diagnostika atrodo kaip specialiai parinktų vaistų molekulių su techneciu judėjimo organizme dinamikos tyrimas; Vikipedija žino daug tokių medžiagų, skirtų įvairių tipų vėžiui diagnozuoti. Tokiu atveju žymėjimo vaistas dažniausiai kaupiasi (arba nesikaupia) sergančiame (sveikame) organe ir tai nesunku pastebėti vieno fotono scintiliaciniu tomografu.
Tiesą sakant, čia yra vieno fotono (skirtingai nuo PET tomografų, kurie registruoja du beta plius skilimo pozitronų anihiliacijos fotonus) scintiliacinis tomografas.
Tačiau daug įspūdingiau nei pati diagnozė, man atrodo, yra radiofarmacinio vaisto gavimas. Pagalvokite: technecio pusinės eliminacijos laikas yra 6 valandos – 94% šio izotopo suyra per 24 valandas, vadinasi, vaisto negalima nusipirkti vaistinėje, o transportuoti jį sunku: net gabenant po miestą. , galite prarasti pusę veiklos. Išskleiskite diagnostinės procedūros grandinę nuo pabaigos iki pradžios, o tada pažvelkime į pasaulinę šio izotopo rinką.
Kaip jau galima numanyti, technecio preparatai diagnostikai gaunami tiesiog ligoninėje, taikant radiochemines procedūras, kurios savo sunkumu yra gana bauginančios. 99m Tc yra vienintelis radioaktyvaus molibdeno 99 Mo dukterinis izotopas, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 2,75 dienos. Molibdenas 99 į ligoninę pristatomas technecio generatorių pavidalu – švino talpyklomis, kuriose yra nusodinto molibdeno kolonėlė.
Technecio generatoriai gyvena...
Ir pjūvyje.
20 kilogramų generatoriuje dažniausiai yra nuo 0,5 iki 5 Kiuri (Curie yra toks aktyvumo vienetas, tam tikras skilimų skaičius per sekundę. Kitas panašus vienetas yra bekerelis (Bq), vienas Ki yra 3,7 * 10 10 Bq) aktyvaus yrančio molibdeno. . Radiocheminiam preparatui gauti per kolonėlę išplaunama cheminė medžiaga, kuri išplauna (sulaiko) technecį. Paprastai tam ant generatoriaus dedamos dvi ampulės: viena su eliuentu, antroji su vakuumu, o ant vakuuminės ampulės uždedamas švino ekranas.
Galiausiai, surinkus 99m Tc tirpalą, jo pagrindu paruošiamas radiofarmacinis preparatas. Nedvejodami žiūrėkite žemiau esantį vaizdo įrašą: radioaktyviosios farmacijos tvarkymo taisyklės, rodo, kad tai nėra labai naudinga į vidų suleisti :) Vidutiniam diagnostiniam tyrimui reikia maždaug 250 MBq (0,06 Ci) technecio ir gaunama 50 mSv dozė. (5 rem) yra maždaug viena didžiausia leistina metinė dozė AE personalui.
Kitas klausimas – iš kur atsiranda technecio generatoriai, užpildyti 99 Mo? Čia atsiranda branduoliniai reaktoriai. 99Mo yra vienas iš 235U fragmentų, urano skilimo produktuose jo yra apie 6,3%. Bet kurio veikiančio gigavato degaluose yra šimtai gramų šio izotopo, nepaisant to, kad medicinos suvartojimas yra tik apie 1 gramą per metus. Tačiau tik kuro rinklių sustabdymas ir išėmimas iš galingo elektrinio reaktoriaus užtrunka tiek laiko (kelias dienas), kad iš molibdeno praktiškai nieko nelieka.
Paėmę į ranką kolbą su tikru molibdeno-99 tirpalu, šią ranką galite pamesti – tokios kolbos radioaktyvumas paviršiuje bus apie 100 rentgenų per sekundę.
Todėl 99 Mo gaunamas apšvitinant mažus (dešimties gramų) taikinius iš labai sodrinto 235U tyrimų reaktoriuose (238 izotopo buvimas taikinyje suteikia nepageidaujamų radiotoksiškų transurano elementų: plutonio, neptūno, americio). Išėmus iš reaktoriaus, taikiniai laikomi 1-2 paras, kad suirtų dar aktyvesni už molibdeną fragmentai, vėliau jie ištirpinami azoto rūgštyje arba šarme ir karštoje kameroje chemiškai ekstrahuojamas 99 Mo. Galiausiai išgrynintas tirpalas su radioaktyviuoju molibdenu perkeliamas į technecio generatorių gamybą, kur įkraunamas į sorbcijos kolonėlę. Pastarasis procesas vyksta ir karštosiose kamerose, bet ne tik GMP gamyboje (vaistų gamybos standartų sistema, užtikrinanti vaistų sterilumą ir kokybę).
Paprastai tariant, 99 Mo išgavimo iš urano taikinio proceso efektyvumas yra mažas: be to, kad naudojama nedidelė brangaus urano 235 dalis, tik keli procentai pagaminto molibdeno pateks į technecio generatorius, o likusi dalis. su likusiais dalijimosi produktais pateks į radioaktyviąsias atliekas arba prieš apdorojant suirs. Žemas efektyvumas, darbas su ginklų klasės uranu, didelis kiekis radioaktyviųjų atliekų lemia didelę molibdeno kainą – apie 50 milijonų dolerių už gramą generatoriuje. Sutaupoma tik tai, kad šis gramas leidžia atlikti dešimtis milijonų testų.
Dėl to diagnostikos su 99m Tc gamybos grandinė atrodo taip: HEU taikinių gamyba -> reaktorius -> karštosios kameros (geriausia prie reaktoriaus) -> GMP karštosios kameros technecio generatoriams įkrauti -> kambarys ligoninėje dirbti su radioaktyviais vaistais. Dabartinis poreikis yra 12 000 Curie per savaitę, o visame pasaulyje yra keliolika reaktorių, kurie yra apšvitinami taikiniais, tačiau didžiąją dalį molibdeno tiekia Kanados NRU reaktorius (4800 Curie per savaitę), esantis Chalk River mieste. olandų HFR (2500 Ci) iš Petten, belgų BR-2 (kuris turėtų pakeisti MYRRHA) ir prancūzų OSIRIS; kartu jie yra atsakingi už 80 % šio nuklido rinkos. Netoliese taip pat yra didžiausi taikinių procesoriai Nordion Kanadoje, Mallinckrodt Olandijoje, IRU Belgijoje.
Kanados NRU reaktoriuje naudojama galinga degalų papildymo mašina, kurią netrukus tikitės pamatyti atominėje elektrinėje. Jo 135 MW šiluminė galia yra vienas galingiausių mokslinių tyrimų reaktorių pasaulyje.
Tačiau 2010 m. į šią dar devintajame dešimtmetyje įkurtą įmonę įsiveržė vietinis 99 Mo tiekėjas – gerai žinomas RIAR institutas, turintis galingą švitinimo reaktorių parką. Švitinimas vykdomas mums žinomame SM reaktoriuje, apdirbimas – radiocheminėje linijoje ROMOL-99, o didžiausias pasaulyje (vienoje vietoje) tyrimų reaktorių parkas leidžia pagaminti iki 25% pasaulio poreikių. 2010-ųjų pradžioje naudojo kanadiečiai Nordion, uždarant NRU reaktorių remontui ir atnaujinimui. Apskritai pagrindinių medicininių radioizotopus gaminančių reaktorių senėjimas padidina Rosatom ir kitų naujų gamintojų (pvz., naujojo OPAL tyrimų reaktoriaus Australijoje) galimybes užimti rinkos dalį.
Negražusis ROMOL-99 (operatorių vaizdas) gali patenkinti 25% pasaulio molibdeno-99 paklausos.
Ji yra karštojoje kameroje
Rusijoje taip pat yra viso ciklo gamyba. L.Ya.Karpov vardu pavadintas NIFKhI (esantis Obninske) apšvitina taikinius savo baseino reaktoriuje VVR-ts, kurio galia yra 15 megavatų.
Švitinimas vykdomas 4 reaktoriaus kanaluose, kur pakraunami specialūs mazgai su išoriniu aušinimu.
Išvaizda VVR-ts
Taikiniai apšvitinami reaktoriuje apie savaitę, po to pašalinami, dvi dienas laikomi aktyviausiems dalijimosi fragmentams suirti ir apdorojami karštosiose NIFHI kamerose.
Vieno taikinio brėžinys. Matyti, kad urano čia labai mažai
Karšta kamera darbui su 99Mo tirpalu
NIFHI gamina technecio generatorius savo GMP gamykloje. Jo našumas – apie 200 generatorių per savaitę, kurių kiekvienas gali pagaminti iki 20 porcijų technecio diagnostikai. Generatorių įkrovimas, kaip ir visi kiti etapai, yra kruopštus darbas karštoje kameroje.
Technecio generatoriai įkraunami steriliomis ir nuo radiacijos apsaugotomis sąlygomis.
Apšvitintų taikinių rinka šiandien siekia apie 50 mln. USD, molibdeno tirpalo – 80 mln. USD, technecio generatorių – 150 USD, o medicininių procedūrų – 2 mlrd. Tokia rinka jau visiškai apmoka specialių įrenginių kūrimą 99Mo gamybai; greitintuvai su neutronų šaltiniu (pvz., ESS), kurie sukelia stimuliuojamo U238 dalijimosi reakciją arba neutronų gaudymą 98Mo taikinyje. Iki šiol šie projektai tiekia brangesnį molibdeną nei jau pastatytuose reaktoriuose, bet pigiau nei tuo atveju, jei reaktorius būtų statomas specialiai medicininiams radioizotopams gaminti. Be to, tokius greitintuvus galima montuoti tiesiai ligoninėse (ligoninėse jau yra gana daug greitintuvų terapijai ir trumpalaikių diagnostinių izotopų gamybai – pavyzdžiui, 18F), skirtingai nei reaktoriuose. Pridėti žymes
