基于CS－30回旋加速器的同位素研制及應用

劉 寧，楊遠友，金建南，林如山，曹養書，廖家莉，廖小東

（四川大學 原子核科學技術研究所 輻射物理及技術教育部重點實驗室，四川 成都 610064）

同位素技術是核科學與技術的主要支撐技術之一，在國家安全、能源、人口與健康、環境、農業等諸多領域都具有廣泛甚至是不可替代的作用。與反應堆生產同位素相比，加速器生產的同位素具有比活度高、半衰期短、一般發射β＋或單能γ射線等特點，因而是制備放射性核素，特別是醫用同位素的重要方式。

CS-30回旋加速器是美國TCC公司（The Cyclotron Cor poration）生產的專門用于同位素研制和生產的加速器，其性能穩定、可靠，每周可運行100 h以上。其主要性能指標列于表1。目前對于世界上一些從事醫用同位素和放射性藥物研究的大學和科研機構，如美國Duke大學、Michigan大學和美國國立衛生研究院（NI H）等，CS-30都是其不可缺少的重要設備。

四川大學核科學技術研究所在教育部211工程和四川大學的大力支持下，于2003年從北京機械工業自動化研究所引進了1臺CS-30回旋加速器（該CS-30回旋加速器為美國TCC公司生產）。在加速器的恢復、調試與運行工作中，設計、加工、安裝和調試了滿足加速器運行要求的冷卻水系統，先后成功調出p、d、α束，其束流達到標稱的70%～80%，并實現了穩定運行。

表1 CS-30回旋加速器主要性能指標

利用CS-30回旋加速器，已先后研發出109Cd、57Co、211At、98Tc、123I、178Hfm等放射性同位素（表2）。其中，109Cd、57Co、98Tc等核素為本所利用CS-30回旋加速器率先研制。研制的109Cd及其測井源已在大慶油田得到成功應用。

表2 基于CS-30回旋加速器產生的部分放射性同位素

1 109 Cd的制備及應用

1.1 銀靶制備

電鍍液：80.0 g 亞鐵氰化鉀、150.0 g硫氰酸鉀、60.0 g碳酸鉀和18.0 g氫氧化鉀以及氯化銀沉淀（50 g硝酸銀＋18 g氯化鈉）煮沸溶解，定容至1 000 mL。電鍍條件：電流為90～110 mA；電鍍時間為10～12 h。靶重為3.5～4.0 g，密度為194～222 mg／c m2［1］。

1.2 銀靶輻照

用150μA氘束（d束）轟擊銀靶10 h，核反應為109Ag（d，2n）109Cd。

1.3 輻照銀靶的放化分離

采用簡單的電化學置換反應除銀，硝酸和氫溴酸混合酸介質中陰離子交換分離純化109Cd，制得高純度無載體的109Cd溶液。核純度：109Cd＞99.9%，其他γ＜0.1%；化學純度：Cu＜1μg，Ag、Zn等未檢出。

1.4 109 Cd的應用

1）制作109Cd標準溶液、標準源、儀器刻度源等；2）用于環空三相流測井等。

2 57 Co的制備及應用

2.1 鎳靶制備

電鍍液：210.0 g 硫 酸 鎳、21.0 g硼 酸、2.5 mL雙氧水溶解于三蒸水中，定容至1 000 mL。電鍍條件：電流為160～180 mA；電鍍時間為7～8 h。靶重為1.3～1.5 g，密度為72～83 mg／c m2。

2.2 鎳靶輻照

用80μA質子束（p束）轟擊鎳靶2 h，核反應為58Ni（p，2p）57Co。

加拿大從1990年開始在醫生執照考試中運用OSCE；1994年美國外校畢業生教育協會開始運用OSCE對外籍醫學畢業生進行評鑒 [2]；日本醫學生在臨床實習前必須通過OSCE（2003年）。目前，美國在醫師執照考試第二階段的臨床技能考試中運用OSCE，該考試設有12個考站，考生在每個考站有15分鐘的時間接觸一位標準化病人（7分鐘問診，8分鐘查體），而后在門口的計算機上（或用紙筆）記錄病史和體格檢查結果，10分鐘后交卷，進入下一考站。

2.3 輻照Ni靶的放化分離

將輻照鎳靶用9 mol／L的鹽酸溶解，溶解液上201×7陰離子交換樹脂，用8～10 mol／L的鹽酸除去銅、鐵、錳和鋅等其它雜質，最后用1 mol／L的鹽酸淋洗收集57Co。

2.4 57 Co的應用

1）制作穆斯堡爾源；2）制作57Co標準源、儀器刻度源等。

3 98Tc的制備及應用

3.1 鉬靶制備

將購買的高純度的鉬板（99.9%）根據加速器靶托的要求加工成符合尺寸的靶片。

3.2 鉬靶輻照

兩個Mo靶按表3條件輻照。

表3 Mo靶的輻照

3.3 輻照鉬靶的放化分離

輻照過的鉬靶“冷卻”270 d后，采取少量多次加入30% 雙氧水的方法溶解，再加10%的氫氧化鈉將溶解形成的三氧化鉬轉換成高鉬酸鈉，高鉬酸鈉溶液的堿度維持在10%左右，Mo的溶解量控制在3 g左右［2］。

將上述溶解液上轉型后的Dowex-1陰離子交換柱，先用10%的氫氧化鈉淋洗，流速控制在約0.5 mL／min，氫氧化鈉淋洗體積為1 200～1 300 mL；然后用約100 mL蒸餾水淋洗；再用150～200 mL 2 mol／L的鹽酸淋洗；再用100～150 mL 3 mol／L的硝酸淋洗；最后用100～120 mL 7.5 mol／L的硝酸淋洗，得到含98Tc的高锝酸鈉溶液。

為了進一步純化98Tc，將濃縮后的高锝酸鈉溶液轉為10%的氫氧化鈉溶液后，再上Do wex-1陰離子交換柱，重復上述步驟一遍，最終得到高純度的含98Tc的高锝酸鈉溶液。

含98Tc的高锝酸鈉溶液趕去硝酸后，再逐滴加入鹽酸趕去殘余的硝酸，最后加入2 mL蒸餾水溶解，得到含98Tc的高锝酸鈉溶液。

3.4 98Tc的應用

98Tc可用于核試驗數據的再分析及核素遷移研究，也可用于儀器的刻度分析。

4 211 At的制備及應用

4.1 鉍靶制備

電鍍液：209.0 g鉍粉用適量9 mol／L硝酸溶解，用三蒸水定容至1 000 mL，控制酸度在約2 mol／L。電鍍條件：電流為120～160 mA；電鍍時間為5～6 h。靶重為1.8～2.2 g，密度為100～122 mg／c m2。

4.2 鉍靶輻照

用15～20μA的α束轟擊鉍靶2 h，核反應為209Bi（α，2n）211At。

4.3 輻照鉍靶的放化分離

通過自制的高溫干法蒸餾器分離211At。將輻照鉍靶用700～750℃蒸餾，蒸餾出的211At用混合氣流（V（O2）∶V（N2）＝1∶1）載帶到硅膠吸附柱上，吸附柱上的211At用p H 9.0的氫氧化鈉淋洗，得到（200±30）MBq 的211At，其211Po／211At小于 10－8［3－5］。

4.4 211 At標記化合物的合成及其生物學評價

基于211At的物理化學性質，進行一些211At標記化合物的合成，并對其生物學性質進行了評價［6－8］。主要有：1）通過適宜的合成方法合成了N－琥珀酰亞胺5-（三正丁基錫）-3-吡啶甲酸酯（SPC）、N-琥珀酰亞胺-3-三正丁基錫－苯甲酸酯（ATE）和2，3，5，6-四氟苯酚3-（巢狀碳硼烷）丙酸酯（TCP）等三種雙功能偶聯劑，分別進行了211At標記耦聯牛血清白蛋白（BSA）的研究，并評價了標記物在體內外的穩定性。結果表明，三者的標記、耦聯都大致相同，只在標記率和耦聯率方面略有差異。通過三種不同耦聯劑制得的標記物在體內外都具有較高的穩定性。除211At-TCP-BSA在體內的穩定性略高于211At-SAPCBSA和211At-ATE-BSA 外，其他無顯著差異。2）利用骨骼體系對胺基膦酸類化合物具有高親和性的特點，通過SPC雙功能耦聯劑進行了211At的合成及其生物學性能評價，并與99Tcm－MDP進行了比較。結果表明，211At-SAPC-ABP（3-氨-1-羥 丙 基-1，1-二 膦 酸 鹽）和99Tcm-MDP（亞甲基二膦酸鹽）都對小鼠骨骼具有明顯的親和性。在所考察的所有時間點，211At-SAPCABP在小鼠骨骼的攝取都遠高于游離At在骨骼的攝取，6 h時即可達23.70%ID／g。此外，標記物在骨骼的滯留時間較長，在24 h后其在骨骼的攝取依然有21.70%ID／g。該結果提示，將211At標記的胺基膦酸類化合物用于骨腫瘤治療是可行的。

5 123I的制備及應用

5.1 銻靶制備

采用化學鍍法制備銻靶。化學鍍條件為：電鍍液：182.5 g檸檬酸、10 g三氧化二銻和35 g氫氧化鈉溶解在500 mL蒸餾水中；電鍍條件：電流為85～100 mA；電鍍時間為10～12 h。所制得的銻靶質量為1.1～1.2 g，密度為61～67 mg／c m2。

5.2 銻靶輻照

在CS-30回旋加速器上，用26 Me V的α粒子束對銻靶進行轟擊，束流強度為15μA，照射時間為2～3 h，核反應為121Sb（α，2n）123I。

5.3 輻照銻靶的放化分離

采用干蒸方法進行分離。蒸餾溫度：650～700℃，用硅膠吸附123I，用0.1 mol／L氫氧化鈉淋洗，得到296～370 MBq的123I，實際產額為9.87～12.32 MBq／（μA·h）［9－11］。

5.4 123I的應用

由于蛋白質或多肽中含有多個酪氨酸基團，可用放射性核素123I直接進行標記用于臨床診斷研究。其標記條件為：在生理鹽水中，室溫下用NBS（溴代琥珀酰亞胺）作氧化劑。標記在3～5 min完成，標記率為90%～95%；采用Sephadex-G50對標記產物進行分離純化。

6 加速器后續核素的研究

今后將在完善上述核素制備及應用基礎上，逐步研究開發62Zn（62Zn－62Cu）、64Cu、67Cu、67Ga、18F、201Tl、67Ga和111In等核素及其應用，推進加速器生產核素在西部特別是四川地區的應用和發展。

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