СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОНЦИЯ-82
METHOD OF OBTAINING STRONTIUM-82

Изобретение относится к радиохимии и производству радиоизотопов для ядерной медицины.
Известен способ получения стронция-82, включающий облучение мишени, содержащей металлический рубидий, в потоке ускоренных заряженных частиц, плавление облученного рубидия внутри оболочки мишени и извлечение образовавшегося стронция-82 из жидкого рубидия сорбцией на поверхностях изделий из материалов сорбирующих стронций-82 и не взаимодействующих с расплавленным рубидием. Оптимальная для сорбции температура расплавленного рубидия отличается от оптимальной для сорбции температуры сорбирующего изделия (Б.Л. Жуйков, С.В. Ермолаев, В.М. Коханюк, патент RU 2356113).
Недостатки известного способа:
- необходимость поддерживать оптимальный температурный режим сорбции, при котором температура расплавленного рубидия отличается от температуры сорбента;
- не предусмотрена дальнейшая очистка стронция-82 от активных и неактивных примесей;
- не предусмотрено выполнение опасной операции по утилизации облученного рубидия.
Наиболее близким по технической сущности заявленному способу является способ получения стронция-82, включающий облучение в потоке ускоренных заряженных частиц мишени, представляющей собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, вскрытие оболочки облученной мишени и последующее химическое выделение стронция-82, образовавшегося в мишени под воздействием облучения. Химическое выделение стронция-82 включает растворение облученного рубидия в изобутаноле, разрушение образовавшегося при растворении изобутилата рубидия, отделение органической фазы путем отгонки и отделение изотопов стронция от рубидия на ионообменной колонке (Б.Л. Жуйков, В.М. Коханюк, В.Н. Глущенко и др., Радиохимия, 1994, том 36, с.494-498).
Недостатки известного способа:
- сложность реализуемой технологии радиохимического выделения стронция-82;
- примененная технология является взрывоопасной и пожароопасной из-за использования органического растворителя.
Известно устройство для получения стронция-82, состоящее из облученной в потоке ускоренных заряженных частиц мишени, представляющей собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, изделий из материала, сорбирующего стронций-82 и не взаимодействующего с расплавленным рубидием, и нагревателей, поддерживающих оптимальный температурный режим сорбции, при котором температура расплавленного рубидия отличается от температуры сорбента (Б.Л. Жуйков, С.В. Ермолаев, В.М. Коханюк, патент RU 2356113).
Недостатки известного устройства:
- сложность нагревателей, обеспечивающих оптимальный температурный режим сорбции, при котором температура расплавленного рубидия отличается от температуры сорбента;
- устройство не оснащено оборудованием для очистка стронция-82 от активных и неактивных примесей;
- устройство не оснащено оборудованием для выполнения опасной операции по утилизации облученного рубидия.
Наиболее близким по технической сущности заявленному устройству является устройство для получения стронция-82, состоящее из нагревателя и изолирующей камеры, заполняемой газом, не взаимодействующим с металлическим рубидием, в которой установлены облученная в потоке ускоренных заряженных частиц мишень, представляющая собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, и держатель облученной мишени (Б.Л. Жуйков, В.М. Коханюк, В.Н. Глущенко и др., Радиохимия, 1994, том 36, с.494-498).
Недостаток известного устройства:
- известное устройство предназначено для реализации сложной, взрывоопасной и пожароопасной технологии радиохимического получения стронция-82, использующей органический растворитель.
Для достижения технического результата в способе получения стронция-82, включающем облучение в потоке ускоренных заряженных частиц мишени, представляющей собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, вскрытие оболочки облученной мишени и последующее химическое выделение стронция-82, образовавшегося в металлическом рубидии под воздействием облучения, предлагается:
- оболочку облученной мишени вскрывать в среде газа, не взаимодействующего с металлическим рубидием;
- облученный металлический рубидий плавить в оболочке и подавать его расплав в химический реактор;
- подавать в химический реактор закись азота порциями, по меньшей мере, до прекращения роста температуры в химическом реакторе при подаче свежей порции закиси азота;
- образовавшиеся взрывобезопасные и пожаробезопасные соли рубидия и находящийся в них стронций-82 растворять в химическом реакторе 1,5÷4,5 М раствором азотной кислоты;
- стронций-82 выделять из полученного раствора сорбцией.
В частных случаях реализации способа предлагается:
- для сорбции стронция-82 использовать стронций-специфический сорбент 4,4′(5′)-ди(трет-бутилциклогексано)-18-краун-6, нанесенный на твердый носитель;
- в качестве твердого носителя использовать полимер полиакрилатной структуры;
- раствор стронция-82 пропускать через колонку с катионообменной смолой и тем самым очищать его от следов краун-эфира.
Для достижения технического результата в устройстве для получения стронция-82, состоящем из нагревателя и изолирующей камеры, заполняемой газом, не взаимодействующим с металлическим рубидием, в которой установлены облученная в потоке ускоренных заряженных частиц мишень, представляющая собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, и держатель облученной мишени, предлагается в изолирующей камере установить химический реактор, с корпусом которого соединить трубопроводы подачи в химический реактор расплавленного металлического рубидия, закиси азота, раствора азотной кислоты, и трубопровод выдачи из химического реактора полученного раствора солей рубидия.
В частном случае исполнения устройства предлагается:
- на трубопроводе подачи расплавленного металлического рубидия в химический реактор установить клапан;
- изолирующую камеру теплоизолировать.
Сущность изобретения поясняется рисунком устройства, представленным на фиг.1.
На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - держатель облученной мишени, 2 - душевая насадка, 3(1)÷3(8) - запорные вентили, 4 - изолирующая камера, 5 - инструмент для вскрытия оболочки облученной мишени, 6 - клапан, 7 - мановакуумметр, 8 - мерная колба, 9 - нагреватель, 10 - облученная мишень, 11 - разбрызгиватель расплавленного рубидия, 12 - теплоизоляция, 13(1)÷13(2) - термометры, 14 - трубопровод вакуумирования химического реактора, 15 - трубопровод выдачи раствора солей рубидия из химического реактора, 16 - трубопровод подачи в изолирующую камеру газа, не взаимодействующего с рубидием, 17 - трубопровод подачи закиси азота в химический реактор, 18 - трубопровод подачи расплавленного металлического рубидия в химический реактор, 19 - трубопровод подачи раствора азотной кислоты в химический реактор, 20 - трубопровод подачи сжатого воздуха в химический реактор, 21 - трубопровод, соединяющий химический реактор с вытяжной вентиляцией, 22 - трубопровод, соединяющий химический реактор со спецканализацией, 23 - химический реактор.
На фиг.1 представлено устройство для получения стронция-82, состоящее из нагревателя 9 и изолирующей камеры 4, заполняемой газом, не взаимодействующим с металлическим рубидием, в которой установлены облученная в потоке ускоренных заряженных частиц мишень 10, представляющая собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, и держатель 1 облученной мишени 10 и установленный в изолирующей камере 4 химический реактор 23, с корпусом которого соединены трубопроводы подачи в химический реактор 23 расплавленного металлического рубидия 18, закиси азота 17, раствора азотной кислоты 19, и трубопровод 15 выдачи из химического реактора 23 полученного раствора солей рубидия.
Нагреватель 9 предназначен для нагревания всего внутреннего объема изолирующей камеры 4 до температуры большей температуры плавления рубидия. Нагреватель 9 может быть размещен внутри изолирующей камеры и представлять собой фен, который будет нагревать газ, заполняющий камеру, создавать его циркуляцию и нагревать им оборудование внутри камеры. Изолирующая камера 4, заполняемая газом, не взаимодействующим с металлическим рубидием, предназначена для размещения оборудования и безопасного вскрытия в ней мишени 10, облученной в потоке ускоренных заряженных частиц. Облученная мишень 10, представляющая собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, предназначена для накопления в ней стронция-82, образующегося в металлическом рубидии под воздействием ускоренных заряженных частиц. Держатель 1 предназначен для закрепления облученной мишени 10 перед ее вскрытием. Химический реактор 23 предназначен для получения в нем раствора солей рубидия. Трубопровод 18 предназначен для подачи в химический реактор 23 расплавленного металлического рубидия. Трубопровод 17 предназначен для подачи в химический реактор 23 закиси азота. Трубопровод 19 предназначен для подачи в химический реактор 23 раствора азотной кислоты. Трубопровод 15 предназначен для выдачи из химического реактора 23 полученного раствора солей рубидия.
В частных случаях исполнения устройства для получения стронция-82:
- на трубопроводе 18 подачи расплавленного металлического рубидия в химический реактор 23 может быть установлен клапан 6;
- изолирующая камера 4 может быть теплоизолирована теплоизоляцией 12.
Кроме того, в состав устройства могут входить следующие элементы:
душевая насадка 2, запорные вентили 3(1)÷3(8), инструмент 5 для вскрытия облученной мишени, мановакуумметр 7, мерная колба 8, разбрызгиватель 11 расплавленного рубидия, термометры 13(1) и 13(2), трубопровод 14 вакуумирования химического реактора 23, трубопровод 16 подачи в изолирующую камеру 4 газа, не взаимодействующего с рубидием; трубопровод 20 подачи сжатого воздуха в химический реактор 23; трубопровод 21, соединяющий химический реактор 23 с вытяжной вентиляцией, трубопровод 22, соединяющий химический реактор 23 со спецканализацией.
Клапан 6 предназначен для подачи расплавленного металлического рубидия в химический реактор 23 по трубопроводу 18. Теплоизоляция 12 предназначена для сохранения тепла в изолирующей камере 4. Запорные вентили 3(1)÷3(8) предназначены для переключений оборудования при выполнении технологических операций. Инструмент 5 предназначен для вскрытия облученной мишени 10. Мановакуумметр 7 предназначен для измерения давления в химическом реакторе 23. Мерная колба 8 предназначена для подачи раствора азотной кислоты в химический реактор 23. Разбрызгиватель 11 предназначен для разбрызгивания расплавленного рубидия в химическом реакторе 23. Термометр 13(1) предназначен для измерения температуры, одинаковой во всем объеме изолирующей камеры 4. Термометр 13(2) предназначен для измерения температуры в химическом реакторе 23. Трубопровод 14 предназначен для вакуумирования химического реактора 23 и тем самым создания необходимого перепада давления между вскрытой облученной мишенью 10 и химическим реактором 23 перед подачей в химический реактор 23 расплавленного рубидия. Трубопровод 16 предназначен для подачи в изолирующую камеру 4 газа, не взаимодействующего с рубидием, перед вскрытием облученной мишени 10. Трубопровод 20 предназначен для подачи сжатого воздуха в химическом реакторе 23 с целью выдавливания из него растворов. Трубопровод 21 предназначен для соединения химического реактор 23 с вытяжной вентиляцией. Трубопровод 22 предназначен для соединения химического реактора 23 со спецканализацией.
Данное устройство применяют для реализации способа получения стронция-82.
Способ включает следующие операции.
Мишень 10, представляющую собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, облучают в потоке ускоренных заряженных частиц.
Оболочку облученной мишени 10 вскрывают в среде газа, не взаимодействующего с металлическим рубидием.
Облученный металлический рубидий плавят в оболочке и подают его расплав в химический реактор 23.
Подают в химический реактор 23 закись азота порциями, по меньшей мере, до прекращения роста температуры в химическом реакторе 23 при подаче свежей порции закиси азота.
Образовавшиеся в химическом реакторе 23 взрывобезопасные и пожаробезопасные соли рубидия и находящийся в них стронций-82 растворяют 1,5÷4,5 М раствором азотной кислоты.
Стронций-82 выделяют из полученного раствора сорбцией.
В частных случаях реализации способа для получения стронция-82 выполняют следующие операции.
Во-первых, для сорбции стронция-82 используют стронций-специфический сорбент 4,4′(5′)-ди(трет-бутилциклогексано)-18-краун-6, нанесенный на полимер полиакрилатной структуры.
Во-вторых, раствор стронция-82 пропускают через колонку с катионообменной смолой и тем самым очищают его от следов краун-эфира.
Пример конкретного исполнения устройства для получения стронция-82
Облученная в потоке ускоренных частиц мишень 10 представляет собой стальную оболочку диаметром 20 мм, заполненную 20 г металлического рубидия. Содержание стронция-82 в облученной мишени 10 составляет 40 ГБк.
Объемы изолирующей камеры 4 и химического реактора 23, изготовленных из нержавеющей стали, равны соответственно 40 и 3 литрам.
В качестве нагревателя 9 выбрана электроплитка.
Все трубопроводы изготовлены из нержавеющей стали.
На трубопроводе 18 подачи в химический реактор 23 расплавленного металлического рубидия установлен электромагнитный клапан 6.
Корпус изолирующей камеры 4 снаружи закрыт каолиновой ватой.
Пример конкретной реализации способа получения стронция-82.
Заполненную металлическим рубидием мишень 10 облучают в потоке ускоренных протонов. Помещают облученную мишень 10 в изолирующую камеру 4 и устанавливают ее в держатель 1. Открывают запорный вентиль 3(3) и заполняют изолирующую камеру 4 аргоном по трубопроводу 16. Вскрывают оболочку облученной мишени 10 инструментом 5.
Включают электроплитку 9 и нагревают оборудование и весь объем в изолирующей камере 4 до температуры 45 градусов по термометру 13(1). Открывают запорный вентиль 3(1) и откачивают по трубопроводу 14 воздух из химического реактора 23 до давления 1 мм рт.ст. по мановакуумметру 7. Опускают открытый конец трубопровода 18 в облученную мишень 10. Закрывают запорный вентиль 3(1), открывают электромагнитный клапан 6 и передавливают давлением аргона облученный рубидий из мишени 10 в химический реактор 23. При поступлении облученный рубидий распределяется на внутренних поверхностях химического реактора 23 разбрызгивателем 11. Закрывают электромагнитный клапан 6.
Открывают запорный вентиль 3(4) и подают в химический реактор 23 по трубопроводу 17 закись азота порциями, по меньшей мере, до прекращения роста температуры в химическом реакторе 23 по термометру 13(2) при подаче свежей порции закиси азота. Закрывают запорный вентиль 3(4). В результате взаимодействия закиси азота и рубидия на внутренних поверхностях химического реактора 23 образуются взрывобезопасные и пожаробезопасные соли рубидия.
Открывают запорный вентиль 3(7) для соединения химического реактора по трубопроводу 21 со спецвентиляцией. Открывают запорный вентиль 3(5) и подают в химический реактор 23 по трубопроводу 19 из мерной колбы 8 3 М раствор азотной кислоты, контролируя давление по мановакуумметру 7. Душевая насадка 2 будет распределять раствор азотной кислоты по внутренним поверхностям химического реактора. Раствор азотной кислоты растворит соли рубидия на внутренних поверхностях химического реактора 23 и весь стечет на его дно. Закрывают вентиль 3(5).
Открывают запорные вентили 3(2) и 3(6) и полученный раствор из химического реактора 23 по трубопроводу 15 подают на сорбцию стронция-82. Закрывают запорные вентили 3(2) и 3(6). Открывают вентиль 3(7).
Заполняют химический реактор 23 из мерной колбы 8 дезактивирующим раствором. Выполняют дезактивацию химического реактора 23. Закрывают вентиль 3(7). Открывают вентили 3(6) и 3(8) и сливают дезактивирующий раствор в спецканализацию.
Полученный раствор стронция-82 пропускают через сорбционную колонку со стронций-специфическим сорбентом 4,4′(5′)-ди(трет-бутилциклогексано)-18-краун-6, нанесенным на полимер полиакрилатной структуры. При этом на сорбенте остается стронций-82. Колонку промывают 3 М раствором азотной кислоты. Выделившийся на сорбенте колонки стронций-82 смывают 0,05 М раствором азотной кислоты.
Десорбат со стронцием-82 пропускают через колонку с катионообменной смолой для его очистки от следов краун-эфира, при этом сорбируется стронций-82.
Колонку с катионообменной смолой промывают 0,05 М раствором азотной кислоты, после чего стронций-82 десорбируют 5,0 М раствором азотной кислоты.
Выполняют корректировку объема и кислотности раствора стронция-82. Полученный раствор стронция-82 упаривают досуха, сухой остаток растворяют в требуемом объеме азотной или соляной кислоты необходимой концентрации и тем самым получают раствор стронция-82.
Достигнут технический результат изобретения, упрощена технология получения стронция-82 и повышена ее безопасность за счет того, что в технологическом процессе не используется органический растворитель, а облученный металлический рубидий переводится во взрывобезопасные и пожаробезопасные соли рубидия.