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放射性同位素砹(At)的大量制造法

译自Chem-Station网站日本版 原文链接:理研、放射性同位体アスタチンの大量製造法を開発

翻译:炸鸡

日本理化研究所仁科加速器科学研究中心核化学研究开发实验室与金属技研股份有限公司技术开发部工程中心的共同研究团队成功开发出了大量制造人工元素砹(At)的方法。研究成果发表于第20届日本加速器学会年会。

下面就是该研究的简报。

砹(At)是第85号元素,于1940年通过使用加速器人工合成并被发现。”砹”(astatine)这个名字的词源来自希腊语中的 “astatos”,意为”不稳定”。实际上,砹没有稳定的同位素,最长的211At半衰期也仅有8.1小时。那为什么要努力制造这种不稳定的元素砹呢?原因在于砹能够放射出有望应用于治疗癌症的α粒子。例如,在甲状腺癌治疗中,使用放射性碘(131I)进行β射线治疗。然而,有时反复治疗仍然无法收获足够的疗效,且治疗过程中需要设备和措施来避免β射线对他人的辐射。因此,目前正在推进利用能放射出能量更高、透过性更低的α射线的砹化合物进行研究和临床试验。

α射线药物At(TAH-1005)来治疗疾病(参考自:大阪大学プレスリリース

由于上述原因,对砹的需求不断增加,但考虑到其半衰期,进口几乎是不可能的。因此,内部迫切需要稳定的砹供源。因此,理化学研究所的研究团队自2015年开始,利用理研RI Beam Factory(RIBF)的AVF 回旋加速器,进行211At的生产技术开发,并推进了211At的制造和供应。

传统方法中(下图所示),使用离子加速器产生的氦离子束照射与光束轴线成15度角放置的固体Bi靶,照射一定时间。随后,在实验室中将产生的211At850度下加热,使其转化为气体,然后冷却并凝固,最终实现BiAt的分离。如果想获得更多的211At,需要增加离子束的强度。然而,由于金属Bi的熔点只有271.5℃,当增加束流强度时,存在一个问题即高温会导致Bi融化,使得211At的生成量不会与束流强度成比例增加。

传统方法制造砹的示意图(参考自:理研プレスリリース

因此,合作研究团队开发了一种新的211At制备装置。他们将金属Bi靶以环状粘附在碳制容器的内壁上,并使其高速旋转,形成一种即使Bi融化也能保持在光束轴上的机制。此外,他们利用高频感应线圈,在不移动靶的情况下对其进行加热,开发了一种能够回收211At的机制。在与传统装置相同的40μA束流输出下进行的试运行的结果表明,获得了同等的211At产率,在超过传统装置极限的50μA下,成功地完成了约200 MBq211At的生产,这个量满足了一般研究所需的量级。

本研究发开的砹制造装置简图(参考自:理研プレスリリース

理研重离子线形加速器(RILAC)在合成和发现113号元素鉨(Nh)时发挥了关键作用,经过为期3年的升级工程后,RILAC于2020年升级为理研超导重离子线性加速器(SRILAC)。预计SRILAC能够制造超过200μA的氦离子束,将本研究开发的装置与SRILAC结合使用,有望提高211At的生产效率,从而为药物开发和实用化做出贡献。

本期研究内容集中在装置方面,解决了由元素的化学特性引发的问题,组装了一台能够更有效回收211At的装置,这是非常引人注目的。尽管新闻稿中只介绍了最终结果,但从公开的专利实验项目中,我们可以知道成功结果背后的付出和失败。研究的一个比较有趣的地方是使用了大量氦气,虽然可能从排放中回收了氦气,但我也很想知道是否可以减少流量或用其他气体替代。希望未来在211At的生产方面取得更多进展以期有助于医疗技术的发展。

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