Производство радиоизотопов

    Изотопы с избытком нейтронов обычно производятся в ядерных реакторах.
    Кроме того,  для получения нейтроноизбыточных изотопов может быть использован ускоритель протонов. Протоны конвертируются в нейтроны на мишени с большим массовым числом. Радиоактивные изотопы получаются по методу адиабатического резонансного перекрытия (Adiabatic Resonance Crossing, ARC). (Метод ARC был предложен К. Руббиа для трансмутации и производства радиоизотопов.) При бомбардировке ускоренными протонами в мишени генерируются нейтроны. Затем они рассеиваются в свинце, постепенно замедляясь до резонансной энергии, после чего происходит нейтронный захват ядрами, выбранными для производства нужного изотопа.

    В настоящее время в мире для производства радионуклидов используется несколько сот ускорителей. Ядерная медицина потребляет более 50% всей производимой изотопной продукции. Большая часть циклотронов предназначена для производства радиоизотопов с дефицитом нейтронов для позитронно-эмиссионной томографии и имеют энергию ~10-18 МэВ. Увеличение энергии ускорителя расширяет круг доступных для производства изотопов. Циклотроны и линейные ускорители средней энергии располагаются, в основном, в научно-исследовательских центрах, и не специализированы для производства изотопов.
    Для производства изотопов используются различные реакции: (p,n), (p,α), (p,pn), (p,2n), (p,3n),
(p,5 n), (d,p),(d,n), (d,2n), (d,3n), (d,α), (³Не,n), (³Не,α), (³Не,αn), (³He,2n), (³He,3n), (α,р), (α,n), (α,2n), (α,pn), (α,3p).
   Производство изотопов с помощью ускорителей нередко предпочтительней, чем в реакторах. Так если производство короткоживущего изотопа может быть реализовано как с помощью реакции (n,γ) в реакторе или (d,p) в небольшом циклотроне одинаково успешно, циклотрон предпочтительней. Его проще проще установить вблизи к пациенту.

Рис. 1. Центральная часть установки получения радионуклидов на линейном ускорителе протонов c энергией до 160 МэВ в ИЯИ РАН.

    Чтобы увеличить производительность производства изотопов, нужны специализированные ускорители с большим средним током пучка, с большой и варьируемой энергией, с одновременной наработкой разных изотопов. Например, протоны с энергией 70 МэВ позволяют производить ¹²³I, используя моноизотоп иода ¹²⁷I с помощью реакции
¹²⁷I(p,5n)¹²³Xe → ¹²³I. ¹²³I можно производить и при энергии протонов
30 МэВ, используя ¹²⁴Xe. Но этот изотоп весьма редкий (0.0952% в естественной смеси) и соответственно очень дорогой.
     Применение в качестве источников радиоизотопов ядерных реакторов и ускорителей ионов связано с различными финансовыми, техническими и экологическими ограничениями. В последнее время возрастает интерес к альтернативному источнику производства радиоизотопов − сильноточным ускорителям электронов. Нейтроны получаются в результате фотонейтронных реакций (γ,xn) и (γ,xp) от тормозного излучения электронов, падающих на мишень из тяжелых ядер. Применение электронных ускорителей позволяют в ряде случаев ослабить ограничения и недостатки, связанные с первыми двумя типами источников радиоизотопов.
    В нижеприведенной таблице приведены примеры получения некоторых изотопов с помощью электронных ускорителей.

    Интересные перспективы для производства изотопов открывает использование для этих целей ускорителей тяжелых ионов. Под действием тяжелых ионов образуется большое число самых различных изотопов, как нейтроноизбыточных, так и протоноизбыточных. Даже если производство того или иного изотопа уже освоено на протонных ускорителях и реакторах, применение пучков тяжелых ионов может оказаться выгодным, так как иногда удается избежать длинной цепочки радиационных превращений, с помощью которой получается тот или иной изотоп "традиционным способом".

Генераторы радионуклидов

    Генератор радионуклидов представляет из себя устройство, в котором находится относительно долгоживущий "родительский" изотоп, который распадаясь постоянно продуцирует необходимый, например для ПЭТ, короткоживущий изотоп, который затем выделяется методами хроматографии, экстракции или сублимации.
    На рис. в качестве примера показана схема и внешний вид генератора ⁸²Sr→⁸²Rb. Использование такого генератора, который менялся в установке ПЭТ один раз в месяц, позволило исключить необходимость в наличии циклотрона и радиохимической лаборатории в клинике, что существенно удешевило диагностику кардиозаболеваний.

Рис. 2. Генератор стронция/рубидия-82 для позитрон-эмиссионной томoграфии: принцип работы генератора (слева) , внешний вид генератора, разработанного в ИЯИ РАН (справа).

    Интересные перспективы сулит использование для ПЭТ ловушек антипротонов. Время жизни антипротонов в современных ловушках дни − недели. С помощью антипротонов из ловушек можно было бы получать короткоживущие изотопы непосредственно на месте их использования. Так что для производства процедуры ПЭТ необходимость в циклотроне пропадает и существенно расширяется география таких исследований. Впрочем для этого нужен ускоритель, производящий антипротоны, но он уже не должен территориально быть привязан к сканеру ПЭТ.

   Рассмотрим генераторы для получения изотопов для альфа-терапии − ²¹²Bi и ²¹³Bi.

Получение ²¹²Bi

    Начальный элемент цепочки распадов при получении ²¹²Bi − ²³² U , образование которого происходит в ядерном реакторе при облучении природного тория в результате следующих реакций на ²³² Th :

²³²Th(n,γ)²³³Th → ²³³Pa(γ,n)²³²Pa → ²³²U
²³²Th(n,2n)²³¹Th → ²³¹Pa(n,γ)²³²Pa → ²³²U
²³²Th(γ,n)²³¹Th → ²³¹Pa(n,γ)²³²Pa → ²³²U

Цепочка распадов ²³²U показана ниже.

Для получения ²¹²Bi используют две генераторные системы − ²²⁸ Th/ ²²⁴Ra и ²²⁴Ra/²¹²Bi. В первой из них ²²⁴Ra отделяется от ²²⁸ Th . Во втором генераторе из ²²⁴Ra выделяют ²¹²Bi.

Получение ^{21 3} Bi

    При облучении тория в реакторе одновременно с ²³²U происходит образование ^{23 3} U:

²³²Th(n,γ)→²³³Th→²³³Pa→²³³U

В результате α-распада ^{23 3} U образуется ²²⁹Th, который, в свою очередь, после ряда распадов переходит в ²¹³Bi.

Предложено несколько способов получения ²²⁹Th:

• из старых запасов изотопа урана ²³³U;
• в ядерном реакторе в результате многократных захватов нейтронов ²²⁶Ra в реакции
  ²²⁶Ra(3n,2β)²²⁹Th;
• в ядерном реакторе при облучении изотопа тория ²³⁰Th быстрыми нейтронами в результате реакции ²³⁰Th(n,2n)²²⁹Th;
• в результате облучения ²³⁰Th протонами на циклотроне по реакциям ²³⁰Th(p,pn)²²⁹Th и
  ²³⁰Th(p,2n)²²⁹Pa(1,4 сут, β^-) → ²²⁹Th.

  Для получения ²¹³Bi используют две генераторные системы − ²²⁹Th/²²⁵Ac и ²²⁵Ac/²¹³Bi. В первой ²²⁹Th выдерживается некоторое время для накопления дочерних продуктов распада, затем ²²⁵Ac вместе с остальными дочерними продуктами распада отделяется от ²²⁹Th, затем проводят разделение ²²⁵Ac и радионуклидов радия. Во второй системе (²²⁵Ac/²¹³Bi) из ²²⁵Ac выделяют ²¹³Bi.

Синовэктомия − иссечение синовиальной оболочки сустава.

Радиоиммунотерапия (РИТ) - это комбинированный метод лечения, который совмещает в себе возможности радиотерапии и иммунотерапии. При иммунотерапии используются специально созданные в лабораторных условиях моноклональные антитела, обладающие способностью распознавать раковые клетки и связываться с их поверхностью. Моноклональные антитела имитируют активность собственных антител организма пациента, которые в норме атакуют инородные объекты, такие как бактерии и вирусы. При РИТ используются моноклональные антитела, связанные с радиоизотопом. При введении в кровоток пациента помеченные радиоизотопом моноклональные антитела разыскивают раковые клетки и связываются с ними, что обеспечивает высвобождение высокой дозы излучения непосредственно в опухоли.

Таргетная (молекулярно-направленная) терапия – это лечение препаратами, которые блокируют рост и распространение раковых клеток, посредством воздействия на специфические молекулы, которые участвуют в росте и развитии опухолевой клетки. http://www.aif.ru/health/life/34134