Sviluppo di target Cr naturale e arricchito per la produzione di Manganese

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1167 (2023) Citare questo articolo

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52Mn è un promettente radiometallo PET con un'emivita di 5,6 giorni e un'energia media dei positroni di 242 keV. Tipicamente, il cromo presente in isotopi naturali viene utilizzato come materiale target per produrre questo isotopo attraverso la reazione nat/52Cr(p,n)52Mn. Sebbene il Cr naturale sia un materiale target adatto, è possibile produrre 52Mn di purezza più elevata passando a target 52Cr arricchiti per impedire la coproduzione di 54Mn a lunga vita (t1/2 = 312 giorni). Sfortunatamente, gli obiettivi per il 52Cr non sono economicamente vantaggiosi senza processi di riciclaggio in atto, pertanto, questo lavoro mira a esplorare percorsi per preparare obiettivi di Cr che potrebbero essere riciclati. In questo lavoro sono stati studiati fogli di Cr naturale, pellet di polvere metallica, ossido di cromo-52 arricchito e target elettrolitico di Cr(III). Ciascuno di questi target del ciclotrone è stato irradiato e il 52Mn prodotto è stato purificato, quando possibile, utilizzando un sistema semiautomatico. Una purificazione migliorata mediante scambio anionico in fase solida da miscele etanolo-HCl ha portato a recuperi del 94,5 ± 2,2% di 52Mn. La configurazione target più promettente per produrre un target riciclabile era il Cr(III) elettrolitico. Questo lavoro presenta diversi percorsi per ottimizzare gli obiettivi di Cr arricchito per la produzione di 52Mn di elevata purezza.

Il manganese-52 (52Mn) è un radiometallo che emette positroni che può essere utilizzato per studi di lunga durata utilizzando la tomografia a emissione di positroni (PET). Inoltre, poiché il Mn non radioattivo è stato precedentemente utilizzato come agente di miglioramento del contrasto per la MRI potenziata al manganese (MEMRI), il 52Mn radioattivo può essere combinato con il Mn non radioattivo per creare un agente di contrasto con potenziamento del segnale a doppia modalità per l'imaging con PET/MRI1.

Una delle vie di produzione più comuni per 52Mn è nat/52Cr(p,n)52Mn. Diversi ricercatori hanno riferito sulla preparazione e caratterizzazione di target di Cr dell'abbondanza isotopica naturale (Cr naturale). (Tabella 1). Altri metodi hanno utilizzato obiettivi di vanadio per produrre 52Mn tramite bombardamento con 3He, tuttavia, esiste solo un numero limitato di acceleratori che hanno la capacità di accelerare queste particelle2.

Il Cr naturale è costituito da 4 isotopi di Cr tra cui 50Cr (4,35%), 52Cr (83,79%), 53Cr (9,50%) e 54Cr (2,37%). Poiché il Cr naturale contiene un'alta percentuale di 52Cr, è un percorso economico per produrre 52Mn. Sfortunatamente, le reazioni che si verificano sugli altri tre isotopi stabili del Cr possono portare alla produzione di diversi radiocontaminanti attraverso questo materiale bersaglio irradiato, come mostrato nella Tabella 2. Se si prendono in considerazione le sezioni trasversali e le soglie di queste reazioni e il fascio di protoni l'energia è mantenuta al di sotto di ~ 13 MeV, solo due di queste impurità, 52mMn e 54Mn, si osservano negli spettri gamma dopo l'irradiazione del cromo naturale1,9,10,11. Studi precedenti hanno ottimizzato i parametri di bombardamento attraverso misurazioni della sezione trasversale10. Un'altra soluzione per prevenire la produzione di queste impurità a lunga vita sarebbe quella di utilizzare un target arricchito di 52Cr.

Pertanto, abbiamo mirato a sviluppare target arricchiti di 52Cr utilizzando una chimica che consentisse il riciclaggio del materiale target per creare nuovi target a un costo ridotto. Gli obiettivi di Cr naturale sono stati utilizzati per effettuare studi di fattibilità per i processi di produzione, purificazione e riciclaggio prima del passaggio al 52Cr. Il Cr può essere acquistato in molte forme diverse, tra cui polvere, lamine e barre, tuttavia il 52Cr viene generalmente ottenuto sotto forma di polvere metallica. Le polveri di Cr possono essere pressate in target in polvere utilizzando una pressa idraulica, fatte reagire per produrre altre forme chimiche, come Cr2O3 o CrCl3, o elettrolitiche per aumentare il potenziale di target 52Cr arricchiti riciclabili. Poiché si ritiene che il Cr(VI) abbia una tossicità più elevata, questo lavoro ha evitato tale stato di ossidazione e si è concentrato sul Cr(III) meno tossico. Questo lavoro ha esaminato varie specie e configurazioni target di Cr per esplorare obiettivi riciclabili di 52Cr arricchito.