СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОИЗОТОПА I-123
METHOD FOR OBTAINING AN I-123 RADIOISOTOPE

Область техники
Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц.
Уровень техники
123
123
123
123
В настоящее время одним из наиболее востребованных медициной диагностических радиоизотопов является I. Благодаря чрезвычайно удобным ядерно-физическим свойствам, таким как большой выход фотонов низкой энергии (83%, 159 кэВ), испускаемых после 100% электронного захвата, периоду полураспада 13,2 часа, I является практически идеальным радионуклидом для однофотонной компьютерной томографии и, соответственно, широко применяется для диагностики заболеваний щитовидной железы, в кардиологии, нейрологии, онкологии. Радиоизотоп I также широко применяется для многофункциональных исследований in-= vivo. Огромным преимуществом I является его малая радиационная нагрузка на организм человека и высокое качество изображения, показывающего распределение радионуклида в организме. Эти свойства иода-123 обеспечивают ему приоритетное применение при диагностике заболеваний пациентов детского возраста.
4
3
1/2
Известно два подхода к получению иода-123. Первый подход включает методы, основанные на применении реакций, в которых иод-123 является первичным продуктом. В этих методах иод-123 получают путем облучения мишеней из сурьмы ядрами Не (Не) или облучением мишеней с изотопами теллура высокого обогащения протонами (дейтронами). Главным недостатком этих методов является присутствие в целевом радиоизотопе I-123 примеси долгоживущего I-124 (Т=4,15 суток), ухудшающего разрешение получаемого изображения и увеличивающего радиационную нагрузку на пациента.
123
127
123
127
123
124
123
124
124
123
123
123
124
123
123
124
123
123
123
123
3
123
123
123
1/2
Второй подход основан на применении реакций, в которых I-123 является вторичным продуктом и нарабатывается в результате распада предшественника Хе (Т=2,08 часа). Этот подход позволяет получать более чистый продукт и может быть реализован, например, по реакции I(р,5n)Хе. Иногда используют аналогичную реакцию на дейтронах I(d,6n)Xe при более высоких энергиях ускоряемых частиц. Облучению подвергают твердые мишени из NaI или KI. Указанный подход может быть также реализован с помощью реакции Хе(γ,n)Хе, либо методом, основанным на облучения Хе протонами по реакции Xe(p,2n)Cs→Xe→I и по реакции Хе(р,pn)Хе→I. При использовании газовой мишени с Хе радиоизотоп I извлекают из мишени, как правило, двумя способами. В первом способе Хе распадается в I непосредственно в мишени. Затем, после удаления из мишени Хе-124, со стенок мишени щелочным раствором смывают I. Поскольку объем газовой мишени ~ 100 см и более, при заполнении мишени раствором и смыве I может быть получен раствор низкой объемной активности и для практического применения такого раствора может понадобиться технологическая операция концентрирования (упаривания). После извлечения I приведение мишени в исходное состояние потребует применения дополнительных технологических операций промывки, сушки, обезгаживания. В итоге, все это усложняет как конструкцию мишени, так и технологический процесс получения I.
123
123
123
1/2
Во втором способе после облучения Хе-124 и наработанный Хе-123 криогенным методом перекачивают в «распадный» баллон. После распада Хе-123 и накопления 1-123 Хе-124 удаляют из «распадного» баллона в резервуар для хранения и последующего повторного использования, а «распадный» баллон с 1-123 передают заказчику для последующего использования. Этот способ более прост в реализации, не сопряжен с необходимостью осуществлять технологические операции «мокрой» химии при извлечении I-123 из мишени. Основным недостатком этого способа является то, что из-за короткого периода полураспада Xe (Т=2,08 часа) за время облучения значительная доля Хе успевает распасться в радиоизотоп I, который в рамках данного способа не извлекается из мишени. На основе данного способа организовано производство йода-123 на циклотроне У-150 НИЦ «Курчатовский институт». В настоящее время НИЦ «Курчатовский институт» - единственный производитель этого радиоизотопа для клиник Московского региона.
123
124
В качестве аналогов для настоящего изобретения следует рассматривать непрямые (через распад Хе) способы получения I-123 на газовых мишенях с изотопом Хе.
124
123
123
123
123
3
123
123
2
2
3
2
Известен способ получения I-123 по реакции Хе(γ,n)Хе с последующим распадом ядер Хе в I (Г.Н. Флеров, Ю.Г. Оганесян, А.Г. Белов, Г.Я. Стародуб «Получение короткоживущего изотопа I на микротроне МТ-22», Препринт ОИЯИ №18-85-750, 1985 г.). Источником γ-квантов являлся пучок электронов микротрона МТ-22 (Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна) с энергией 22-25 МэВ, конвертируемый в γ-излучение при торможении в мишени. В работе использовали мишень из газообразного ксенона природного состава в танталовом цилиндрическом сосуде объемом 7 см при давлении 150 атм. Облучение пучком электронов проводили на токе 5 мкА в течение 2-8 часов. Конвертером электронов служила стенка сосуда толщиной 2,5 см. После окончания облучения и 6,5 часов выдержки (для распада Хе в I) газ при температуре минус 100°С перепускали в промежуточный объем. Затем сосуд вскрывали, йод со стенок смывали NaSO × 5НO.
Основными недостатками способа являются:
- использование мишени в виде сосуда высокого давления, что несет в себе потенциальную опасность и повышает риск возникновения авариных ситуаций;
123
- необходимость проведения процедур механического вскрытия высоко активной мишени и смывания I непосредственно из мишени. Это не позволяет использовать многократно одну и ту же мишень;
- не высокий выход получения целевого продукта.
123
124
123
124
123
124
123
123
124
123
123
124
123
В работе (Б.В. Журавлев, С.П. Иванова, Н.Н. Краснов, Ю.Н. Шубин, «О возможности производства I при облучении Хе протонами энергией 20-30 МэВ», Атомная энергия, т. 60, вып. 5, май 1986 г., стр. 337-340.) рассматриваются два способа извлечения I из газовой мишени с изотопом Хе, облученной пучком протонов энергией 20-30 МэВ. В первом способе предлагается сразу после окончания облучения радиоактивный Хе со стабильным Хе пропуская через фильтр вымораживать в ловушку и выдерживать время, необходимое для распада Хе в I. После этого температуру ловушки устанавливают выше температуры конденсации ксенона, но ниже йода. Затем Хе перекачивают обратно в мишень для последующего облучения. Во втором способе после окончания облучения предлагается проводить выдержку, необходимую для распада Хе в I непосредственно в мишени. Йод осаждают на стенках мишени охлаждением ее до температуры конденсации йода. Хе перекачивают в другой объем, а I смывают со стенок мишени соответствующим растворителем.
Основными недостатками первого способа являются:
123
123
123
- неполное извлечение I из мишени; радиоизотоп I, образовавшийся в мишени в результате распада Xe за время облучения, из мишени не извлекается;
123
- нецелесообразность облучения более 3 периодов полураспада Хе.
Основными недостатками второго способа следует считать:
123
- применение в процедуре извлечения I технологических операций «мокрой» химии,
неизбежно усложняющих конструкцию мишени;
123
121
123
- смыв со стенок мишени вместе с I сопутствующего долгоживущего радиоизотопа Те и необходимость последующей очистки от него I.
124
123
123
123
124
123
123
Известен способ получения I-123 по реакции Xe(p,2n)Cs→Xe→I и по реакции Хе(р,pn)Хе→I (Н.И. Веников, А.А. Себякин, «Способ получения йода-123». Патент SU 1661842. Бюллетень №25 от 07.07.1991 г.). Целью изобретения являлось увеличение интегрального выхода йода-123 при больших токах пучка протонов. Для осуществления способа в газовую мишень, заполненную обогащенным (более 99,9%) изотопом ксенона-124, добавляли гелий в количестве 15-25 мол.%. Газовую смесь облучали пучком протонов энергией 15-45 МэВ, перекачивали криогенным способом в «распадный» баллон и после накопления йода-123 ксенон удаляли в резервуар для хранения, а йод-123 смывали со стенок «распадного» баллона щелочным раствором. Отмечается, что достигнуто увеличение интегрального выхода йода-123 на 15-25% при сохранении высокой чистоты продукта. При этом облучение проводили при токе пучка протонов выше 17 мкА.
123
Предложенный в патенте по Авторскому свидетельству СССР №SU 1661842. Способ в части извлечения йода-123 повторяет рассмотренные выше способы. В нем не решается задача извлечения из мишени йода-123, образованного в мишени за время облучения в результате распада Хе. Добавлением в мишень гелия предпринята попытка улучшить теплосъем и за счет этого увеличить выход при увеличении тока протонного пучка. Результат увеличения в 15-25%, скорее всего, не оправдал ожидания.
123
124
123
124
123
123
124
123
124
123
123
123
124
В качестве прототипа выбран способ, реализуемый в настоящее время на циклотроне У-150 НИЦ «Курчатовский институт» (Н.И. Веников, О.А. Воробьев, В.И. Новиков, А.А. Себякин, А.Ю. Соколов, Д.И. Фомичев, В.А. Шабров - «Разработка технологии облучения мишеней для производства высокочистого радионуклида I на циклотроне», Препринт ИАЭ-4934/14, М., 1989 г.), включающий облучение в течение ~ 6 часов протонами мишени с изотопом Хе, наработку в мишени радиоизотопа Хе по реакциям Xe(p,2n)Cs→Xe и Хе(р,pn)Хе, извлечение (перекачивание) из мишени сразу после облучения криогенным способом Хе и Хе в «распадный» баллон, выдержку Хе в «распадном» баллоне в течение ~ 6 часов для накопления I, перекачку из «распадного» баллона криогенным способом Хе в резервуар для хранения и повторного использования. Таким образом, в данном способе I-123 извлекается только из «распадного» баллона.
123
123
123
Реализуемый в настоящее время в НИЦ «Курчатовский институт» способ не позволяет извлекать из мишени I, образованный в мишени за время облучения в результате распада Хе. В препринте ИАЭ-4934/14 отмечается, что наибольшие потери I присущи именно этому способу. Но вместе с тем, выбор этого способа был в свое время оправдан с точки зрения затрат, организационных усилий и установленных сроков для получения продукта в необходимых объемах.
Раскрытие изобретения
123
123
123
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является значительное увеличение по сравнению с прототипом технологического выхода I без изменения основных условий эксплуатации и увеличения временной загрузки циклотрона за счет дополнительного извлечения непосредственно из мишени I, образовавшегося в мишени за время облучения в результате распада Хе.
Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении интегрального технологического выхода I-123 без увеличения временной загрузки циклотрона, за счет реализации способа получения в рамках второго подхода на газовой мишени с изотопом Хе-124.
123
124
123
123
123
124
123
123
124
124
123
123
123
124
124
123
123
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что предложен способ получения радиоизотопа I по реакции Xe(p,2n)Cs→Xe→I и(или) по реакции Хе(р,pn)Хе→I, включающий облучение протонами мишени с изотопом Хе, извлечение после облучения из мишени стартового Хе с наработанным Хе, выдержку Xe для распада его в I, при этом в мишень с изотопом Хе добавляют водород, проводят облучение протонами газовой смеси изотопа Хе и водорода, извлекают после облучения из мишени дополнительно I в составе йодида водорода (HI) одним из известных методов.
123
Варианты извлечения йодида водорода HI из мишени:
123
путем осуществления контакта газовой смеси водорода, ксенона и йодида водорода (HI) с водой или раствором щелочи;
извлечения из мишени криогенным способом.
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что способ позволяет нарабатывать и извлекать из мишени как 1-123, образовавшийся в мишени в результате распада Хе-123 за время облучения, так и I-123, накопленный в «распадном» баллоне и, как следствие, позволяет кратно увеличить технологический выход I-123 по сравнению с прототипом.
Краткое описание чертежей
123
123
123
На фигуре показана зависимость от времени облучения отношения количества ядер I, которые нарабатываются в мишени за время облучения к количеству ядер I, которые образуются в результате распада Хе, извлеченного из мишени после облучения и 6,6 часов выдержки τ.
Осуществление и примеры реализации изобретения
124
124
123
123
123
123
Предлагаемый в настоящем изобретении способ реализуется в рамках второго подхода на газовой мишени с изотопом Хе-124. Он позволяет нарабатывать и извлекать из мишени как I-123, образовавшийся в мишени в результате распада Хе-123 за время облучения, так и I-123, накопленный в «распадном» баллоне в результате распада, извлеченного из мишени после облучения Хе-123. Дополнительное извлечение I-123, образовавшегося в мишени за время облучения, позволяет кратно увеличить интегральный технологический выход I-123 без увеличения временной загрузки циклотрона. Способ реализуется за счет того, что в мишень с изотопом Хе добавляют водород, проводят облучение протонами газовой смеси изотопа Хе и водорода и извлекают после облучения из мишени как Хе (с последующим получением I-123 после распада Xe), так и дополнительно I в составе йодида водорода (HI) сразу после облучения.
Предлагаемый способ позволяет нарабатывать и извлекать из мишени, как I-123, образовавшийся в мишени в результате распада Хе-123 за время облучения, так и I-123, накопленный в «распадном» баллоне в результате распада извлеченного из мишени после облучения Хе-123.
123
124
124
123
123
124
123
123
123
Для достижения указанного результата предложен способ получения радиоизотопа I. Способ осуществляют следующим образом. В газовую мишень циклотрона, заполненную изотопом Хе, добавляют водород. Облучают газовую смесь протонами энергией 30-32 МэВ током ~10-20 мкА в течение ~ 6 часов. В результате облучения по реакциям Xe(p,2n)Cs→Хе и Хе(р,pn)Хе нарабатывают в мишени радиоизотоп Хе, который частично за время облучения мишени успевает распасться в I.
123
123
Согласно расчетной оценке, основанной на модели теплопереноса (М.А. Михеев, И.М. Михеева, «Основы теплопередачи», М.: Энергия, 1977), при облучении мишени пучком протонов током 10-20 мкА с энергией 30-32 МэВ, происходит разогрев водородно-ксеноновой смеси в области пучка до температур 800-1000°К, что достаточно для протекания во время облучения водородно-ксеноновой смеси реакции образования йодида водорода из I, образующегося в результате распада, нарабатываемого Хе.
123
123
Атомарный I (далее I), образовавшийся в мишени в результате распада Xe, может вступать в радикальные реакции, которые в суммарном виде записываются как
2
При температурах  между исходными веществами и продуктами реакций быстро устанавливается термодинамическое равновесие. Причем вероятность реакции (1) низка из-за малой концентрации атомарного йода и может для наших оценок не приниматься во внимание (этот вывод подтверждается и при ее явном учете). Оценим концентрацию водорода, достаточную для существенного смещения равновесных концентраций реакции (2) в сторону образования HI. (В качестве существенного смещения равновесных концентраций принимаем смещение, при котором отношение концентрации HI к концентрации I составляет ≥10). Согласно закону действующих масс при постоянной температуре отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции в степенях, равных их коэффициентам, к произведению равновесных концентраций исходных веществ, в степенях, равных их коэффициентам, есть величина постоянная, называемая константой равновесия. Для уравнения (2) закон действующих масс принимает вид
3
Здесь К - константа равновесия реакции (2) [см];
-3
n(HI) - концентрация молекул HI [см];
-3
n(I) - концентрация атомов I [см];
2
-3
n(Н) - концентрация молекул водорода [см].
Выражение для константы равновесия К, рассчитанное по правилам статистической механики (см. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Статистическая физика. Часть I, М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2002) с учетом известных параметров молекул (см., например, А.А. Радциг, Б.М. Смирнов, Справочник по атомной и молекулярной физике, м.: Атомиздат, 1980) может быть представлено в виде:
Принимаем для наших оценок температуру газовой смеси в мишени, равной Т=1000°К. Тогда константа равновесия реакции (2) согласно (4) составит величину
2
-14
3
Оценим концентрацию водорода, необходимую для реализации изобретения, и, обеспечивающую существенное смещение равновесных концентраций реакции (2) в сторону образования HI для температуры газовой смеси 1000°К. Подставляя в (3) отношение [n(HI)]/[n(I)]=10 и К=8,9×10 [см] получаем
2
2
2
2
2
4
-14
17
-3
123
123
n(H)=[n(HI)]/[n(I)]×К={[n(HI)]/[n(I)]}/К=10/8,9×10=1,12×10 [см] молекул Н, что эквивалентно давлению ~ 0,4 кПа при н.у. Добавление такого количества водорода в мишень не отразится ни на пробеге протонов в мишени, ни на физическом выходе Хе и, вместе с тем, обеспечит условия, при которых накопившийся в мишени на конец облучения I будет находиться в форме йодистого водорода.
123
123
123
123
124
123
123
123
123
123
1/2
1
2
Оценим зависимость от времени облучения отношения количества ядер I, которые нарабатываются в мишени за время облучения к количеству ядер I, которые образуются в результате распада Хе, извлеченного из мишени после облучения в соответствии с прототипом. Для простоты оценки пренебрегаем временем распада Cs (T=5,88 мин) в реакции Xe(p,2n)Cs→Хе→I. Выражения для количества ядер I, которые нарабатываются в мишени за время облучения N и которые образуются в результате распада Xe, извлеченного из мишени после облучения N, могут быть записаны следующим образом
Здесь
1
2
123
123
-1
λ и λ - постоянные распада соответственно Хе и I [час];
-1
t - время облучения мишени [час];
123
-1
τ - время выдержки Хе после облучения и извлечения из мишени [час];
123
124
123
123
q - суммарный выход в насыщении Хе в реакциях Хе(р,2п)Cs→Хе и
124
123
Хе(р,pn)Хе [Бк].
2
Из (6) следует, что N достигает максимума при времени выдержки
1
2
Разделив (5) на (6) и подставив τ=6,6 часа, получим зависимость N/N от времени облучения, приведенную на фигуре.
123
123
123
Зависимость от времени облучения отношения количества ядер I, которые нарабатываются в мишени за время облучения к количеству ядер I, которые образуются в результате распада Хе, извлеченного из мишени после облучения и 6,6 часов выдержки τ.
123
123
123
123
123
Из Фигуры следует, что при 6 часовом (применяемом в настоящее время) режиме облучения даже для наиболее оптимального режима выдержки Хе (6,6 часа) количество I, которое можно извлечь из мишени сразу после облучения в форме HI, ~ в 1,5 раза превышает количество I, который образуется в результате распада Xe, извлеченного из мишени после облучения.
123
123
123
124
123
123
124
123
123
123
123
123
123
123
После завершения облучения I в составе йодида водорода (HI), извлекают из мишени одним из методов (см. примеры), Хе и стартовый Хе извлекают из мишени криогенным методом подобно прототипу, Хе выдерживают до распада в I, а Хе после распада Хе собирают криогенным способом в резервную емкость для дальнейшего применения. В итоге предложенный способ позволяет извлечь из мишени I, образовавшийся в мишени в результате распада Хе за время облучения в форме йодида водорода и дополнительно I, получаемый подобно прототипу после распада Хе, извлеченного из мишени после облучения. Иодид водорода в процессе или после извлечения может быть преобразован в водный раствор HI или вступить в реакцию со щелочью с образованием NaI. Выигрыш в количестве получаемого I с помощью настоящего изобретения по сравнению с прототипом может достигать, в рамках применяемого в настоящее время режима облучения и выдержки, 2-2,5 раз.
Примеры осуществления изобретения
124
123
124
123
123
124
123
123
123
123
124
123
124
123
123
124
123
123
123
123
124
123
123
124
123
123
123
124
123
123
1/2
Пример 1. Заполняют мишень газовой смесью изотопа Хе и водорода до давления 600 кПа. Парциальное давление водорода в мишени 1 кПа. Облучают мишень пучком протонов током 10 мкА с энергией 30 МэВ в течение 6 часов. Принимаем, что длина мишени и давление газа в ней обеспечивают такой пробег протонов в газе, на котором протоны сбрасывают энергию от стартовых 30 МэВ до 20 МэВ. В этом диапазоне энергий нарабатывают Хе по реакциям Xe(p,2n)Cs→Xe и Хе(р,pn)Хе. После окончания облучения соединяют объем мишени с содержащим тонкий слой воды баллоном №1 до полного поглощения HI водой. Полученный раствор, содержащий I, сливают в специальную емкость для хранения и последующего использования. Соединяют объем мишени и баллон №1 с предварительно откачанным и находящимся при температуре жидкого азота баллоном №2. Перемораживают Хе вместе с Хе в баллон №2. Откачивают из мишени и обоих баллонов водород. Отсоединяют баллон №2 от мишени и баллона №1. Выдерживают Хе и Хе в баллоне №2 в течение 6.6 часов для распада Хе в I. Извлекают криогенным способом Хе из баллона №2 в специальную резервную емкость для хранения и последующего использования. Оценим активности I, которые можно наработать по технологии прототипа и с применением настоящего изобретения. Учитывая короткий период полураспада Cs (Т=5,88 мин), принимаем, что выход в насыщении Cs равен скорости реакции образования (и соответственно выходу в насыщении) дочернего Хе. Согласно данным МАГАТЭ ("Charged particle cross-section database for medical radioisotope production: diagnostic radioisotopes and monitor reactions)), IAEA, Vienna, 2001, IAEA-TECDOC-1211, p.p. 211-220, May 2001) при облучении мишени из Х в диапазоне энергий протонов 20-30 МэВ выход в насыщении Cs (и, соответственно, дочернего Хе) в реакции Xe(p,2n)Cs→Xe равен 16,4 ГБк/мкА, а выход в насыщении Хе (вариант Tárkányi et al.) в реакции Хе(р,pn)Хе составляет 2,06 ГБк/мкА. Суммарный для двух реакций выход Хе в насыщении на 1 мкА тока составляет 16,95 ГБк/мкА.
123
-1
123
-1
123
123
124
123
123
124
123
123
123
123
123
1
2
2
Подставив в уравнение (6) постоянную распада Хе λ=0,33 час, постоянную распада I λ=0,0525 час, время облучения мишени t=6 часов, время выдержки Хе τ=6,6 часа, суммарный выход в насыщении Хе в реакциях Xe(p,2n)Cs→Xe и Хе(р,pn)Хе для тока 10 мкА, равный 16,95 ГБк/мкА × 10 мкА=169,5 ГЕк и, умножив обе части уравнения (6) на λ, получим значение активности I, соответствующее прототипу. Величина этой активности составляет 16,4 ГБк или 0,44 Кюри. Подставив соответствующие величины параметров в уравнение (5), получим активность I, наработанного в мишени на момент окончания облучения. Эта активность составляет величину 26,7 ГБк или 1,165 Кюри. Таким образом, для выбранных выше параметров облучения и выдержки изобретение позволяет дополнительно к 0,44 Кюри I получить еще 1,165 Кюри I, то есть повышает производительность в 2,6 раза.
124
123
124
123
123
124
123
123
124
123
123
123
123
124
123
123
124
123
123
123
123
Пример 2. Заполняют мишень газовой смесью изотопа Хе и водорода до давления 600 кПа. Парциальное давление водорода в мишени 1 кПа. Облучают мишень пучком протонов током 20 мкА с энергией 30 МэВ в течение 6 часов. Принимаем, что длина мишени и давление газа в ней обеспечивают такой пробег протонов в газе, на котором протоны сбрасывают энергию от стартовых 30 МэВ до 20 МэВ. В этом диапазоне энергий нарабатывают Хе по реакциям Xe(p,2n)Cs→Xe и Хе(р,pn)Хе. После завершения облучения соединяют мишень через редуктор, дроссель и промежуточную емкость (с 0,5 М раствором NaOH высотой 5 см) с предварительно откачанным и находящимся при температуре жидкого азота баллоном 1. Перемораживают из мишени Хе вместе с Хе в баллон №1, пропуская газ в баллон 1 малым расходом через слой 0,5 М раствора NaOH, обеспечивая с помощью специальной форсунки размер пузырьков диаметром ~1 мм для полного растворения HI с образованием в промежуточной емкости раствора NaI. Отсоединяют от мишени промежуточную емкость с раствором NaI. Откачивают из объема мишени и баллона 1 водород. Отсоединяют от мишени баллон 1. Выдерживают Хе и Хе в баллоне 1 в течение 6.6 часов для распада Хе в I. Извлекают криогенным способом Хе из баллона 1 в специальную резервную емкость для хранения и последующего использования. Оценим активности I, которые можно наработать по технологии прототипа и с применением настоящего изобретения. В примере 2 режим облучения отличается от режима облучения в примере 1 только величиной тока пучка протонов: 20 мкА вместо 10 мкА. Это увеличивает абсолютную величину наработки I, не меняя соотношение между объемом наработки в прототипе и наработкой с применением настоящего изобретения. Принимая, что в обоих примерах осуществляется полное извлечение HI из мишени, в примере 2 наработка I в прототипе составит 0,88 Кюри, с применением изобретения 2,33 Кюри.
124
123
124
123
123
124
123
123
124
123
123
123
124
123
123
124
123
123
123
2
2
Пример 3. Заполняют мишень газовой смесью изотопа Хе и водорода до давления 600 кПа. Парциальное давление водорода в мишени 1 кПа. Облучают мишень пучком протонов током 10 мкА с энергией 30 МэВ в течение 4 часов. Принимаем, что длина мишени и давление газа в ней обеспечивают такой пробег протонов в газе, на котором протоны сбрасывают энергию от стартовых 30 МэВ до 20 МэВ. В этом диапазоне энергий нарабатывают Хе по реакциям Xe(p,2n)Cs→Xe и Хе(р,pn)Хе. После завершения облучения соединяют объем мишени с баллонами 1 и 2. Перемораживают из мишени Хе вместе с Хе в предварительно откачанный и охлажденный с помощью жидкого азота до температуры ~100°K баллон 1. HI и Н остаются, при этом, в газообразной фазе. Перемораживают из мишени и баллона 1 HI в предварительно откачанный и охлажденный с помощью жидкого азота до температуры ~ 77°K баллон 2. Откачивают из объема мишени и обоих баллонов водород. Отсоединяют от мишени и баллона 1 баллон 2. Отсоединяют от мишени баллон 1. Выдерживают Xe и Хе в баллоне 1 в течение 6.6 часов для распада Хе в I. Извлекают криогенным способом Хе из баллона 1 в специальную резервную емкость для хранения и последующего использования. Оценим активности I, которые можно наработать по технологии прототипа и с применением настоящего изобретения. В примере 3 режим облучения отличается от режима облучения в примере 1 только временем облучения. Принимая, что извлечение HI из мишени криогенным способом осуществляется в полном объеме, подставляя в (5) и (6) t=4 часа, τ=6,6 часа, q=16,95 ГБк/мкА ток пучка 10 мкА и умножая правую и левую части уравнений на λ получим, что в примере 3 наработка I в прототипе составит 0,38 Кюри, с применением изобретения 0,78 Кюри. Производительность с применением изобретения в примере 3 превышает производительность прототипа примерно в 2 раза.
124
123
124
123
124
123
123
124
123
123
123
124
123
123
124
123
123
123
2
2
Пример 4. Заполняют мишень газовой смесью изотопа Хе и водорода до давления 600 кПа. Парциальное давление водорода в мишени 1 кПа. Облучают мишень пучком протонов током 20 мкА с энергией 30 МэВ в течение 8 часов. Принимаем, что длина мишени и давление газа в ней обеспечивают такой пробег протонов в газе, на котором протоны сбрасывают энергию от стартовых 30 МэВ до 20 МэВ. В этом диапазоне энергий нарабатывают Хе по реакциям Xe(p,2n)123Cs→Xe и Хе(р,pn)Хе. После завершения облучения соединяют объем мишени с баллонами 1 и 2. Перемораживают из мишени Хе вместе с Хе в предварительно откачанный и охлажденный с помощью жидкого азота до температуры ~100°K баллон 1. HI и Н остаются, при этом, в газообразной фазе. Перемораживают из мишени и баллона 1 HI в предварительно откачанный и охлажденный с помощью жидкого азота до температуры ~ 77°K баллон 2. Откачивают из объема мишени и обоих баллонов водород. Отсоединяют от мишени и баллона 1 баллон 2. Отсоединяют от мишени баллон 1. Выдерживают Хе и Хе в баллоне 1 в течение 6.6 часов для распада Хе в I. Извлекают криогенным способом Хе из баллона 1 в специальную резервную емкость для хранения и последующего использования. Оценим активности I, которые можно наработать по технологии прототипа и с применением настоящего изобретения. В примере 4 режим облучения отличается от режима облучения в примере 3 только временем облучения и величиной тока пучка протонов. Принимая, что извлечение HI из мишени криогенным способом осуществляется в полном объеме, подставляя в (5) и (6) t=8 часов, τ=6,6 часа, q=16,95 ГБк/мкА ток пучка 20 мкА и умножая правую и левую части уравнений на λ получим, что в примере 4 наработка I в прототипе составит 0,96 Кюри, с применением изобретения 3,08 Кюри. Производительность с применением изобретения в примере 4 превышает производительность прототипа примерно в 3,2 раза.