344

Радиохимия, 2019, т. 61, N 4, c. 344-350

Переработка облученной воды [¹⁸O]H₂O в условиях ПЭТ-центра

И. П. Едимечева^б, А. А. Иванюкович^в

^а Республиканский научно-практический центр онкологии и медицинской радиологии им. Н. Н. Александрова, Минск;

* e-mail: brinkevichSD@bsu.by

^б Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь

^в Белорусский государственный институт метрологии, Минск, Беларусь

Получена 10.07.2018, после доработки 13.09.2018, принята к публикации 18.09.2018

УДК 544.582

Исследована возможность переработки облученной воды [¹⁸O]H₂O после выделения из нее [¹⁸F]фторид-

иона (регенерата) в условиях циклотронно-радиохимической лаборатории действующего ПЭТ-центра. Про-

ведено комплексное исследование радионуклидного и химического состава воды [¹⁸O]H₂O, а также степени

ее обогащения по ¹⁸O до и после дистилляции при атмосферном давлении. Показано, что предложенный

метод позволяет эффективно удалять γ-излучающие долгоживущие радионуклиды: ⁵⁶Co, ⁵⁷Co, ⁵⁸Co, ⁶⁵Zn,

⁵⁴Mn и ⁵¹Cr из регенерата воды [¹⁸O]H₂O. Дистилляция снижает содержание остаточных растворителей:

ацетальдегида, ацетона, изопропанола, этанола и ацетонитрила, при этом содержание ³H и ¹⁸O в [¹⁸O]H₂O

изменяются в пределах погрешности измерения. Образующийся в результате дистилляции кубовой остаток

и растворы дезактивации после нейтрализации можно совместно цементировать для перевода γ-излучате-

лей в компактную матрицу с целью последующей передачи специализированным организациям, выпол-

няющим долговременное хранение и захоронение твердых радиоактивных отходов.

Ключевые слова: регенерат воды [¹⁸O]H₂O, [¹⁸F]фторид, долгоживущие радионуклиды, радиофарм-

препарат, дистилляция, тритий.

DOI: 10.1134/S0033831119040105

Большинство радиоактивных фармацевтических

до 30 атм происходит активное выщелачивание ма-

препаратов (РФП), применяемых в настоящее время

териалов мишени. Поэтому после выделения [¹⁸F]фто-

для диагностики методом позитронно-эмиссионной

рида вода [¹⁸O]H₂O (так называемый регенерат) ос-

томографии (ПЭТ), содержат в своем составе радио-

тается сильно загрязненной долгоживущими γ-излу-

нуклид ¹⁸F, что обусловлено его уникальными ядер-

чающими радионуклидами с периодами полураспа-

но-физическими и химическими свойствами [1, 2]. В

да от 1 до 312 сут [3]. При интенсивном ежедневном

частности, высокий выход позитронов при распаде

производстве РФП (до

3 синтезов в день) в

нуклида

(96.7%) и их низкая энергия (Е_сред

ПЭТ-центре накапливается большое количество

250 кэВ) обеспечивают приемлемые дозовые нагруз-

жидких радиоактивных отходов (ЖРО), которые в

ки на пациента при хорошем пространственном раз-

основном представляют собой регенерированную

решении ПЭТ-сканирования. Период полураспада в

воду [¹⁸O]H₂O и, в меньшей степени, растворы для

109.8 мин позволяет осуществлять сложные радио-

дезактивации оборудования. Длительное хранение

химические синтезы и доставку готовой лекарствен-

флаконов с регенератом [¹⁸O]H₂O приводит к увели-

ной формы из мест централизованного производства

чению дозовых нагрузок персонала циклотронно-

в клиники. Атом фтора имеет радиус Ван-дер-

радиохимической лаборатории ПЭТ-центра, а также

Ваальса, схожий с радиусом атома водорода, а его

требует особых мер предосторожности при обраще-

электроотрицательность близка к электроотрица-

нии с ЖРО. Указанные обстоятельства создают

тельности гидроксильной группы. Поэтому исполь-

предпосылки для кондиционирования и переработки

зование ¹⁸F позволяет получать широкий перечень

накапливающихся ЖРО с целью их последующей

«радиоактивных копий» физиологически активных

передачи специализированным организациям, вы-

соединений для исследования практически любых

полняющим долговременное хранение и захороне-

функций организма человека.

ние твердых радиоактивных отходов.

Производство радионуклида ¹⁸F осуществляется в

С другой стороны, сохраняя высокий процент

основном по ядерной реакции ¹⁸O(p,n)¹⁸F при облу-

обогащения по кислороду 18O, регенерированная

чении протонами с энергиями

9-18 МэВ воды

вода [¹⁸O]H₂O является ценным сырьем для перера-

[¹⁸O]H₂O со степенью обогащения по ¹⁸O не ниже

ботки с целью повторного использования для произ-

95%. Под действием высокоэнергетических прото-

водства [¹⁸F]фторида [4]. Вследствие высокой стои-

нов, нейтронов и в меньшей степени γ-квантов про-

мости воды [¹⁸O]H₂O и ограниченного числа постав-

исходит активация окна для входа ионного пучка и

щиков как в развивающихся странах [5], так и в Ев-

самого корпуса мишени, а также химических приме-

ропейском союзе, в частности, Германии [4], а также

сей воды. При интенсивном облучении и давлении

в Японии [6] активно ведутся исследования по пере-

Переработка облученной воды [¹⁸O]H₂O в условиях ПЭТ-центра

345

работке регенерированной воды с целью повторного

Синтез меченных ¹⁸F радиофармпрепаратов вы-

использования для синтеза РФП. По оценке менедж-

полняли на микрореакторном модуле синтеза Syn-

мента корпорации Taiyo Nippon Sanso (Япония) -

thraRN Plus (Synthra GmbH, Германия), либо кассет-

крупнейшего мирового производителя ¹⁸O₂ методом

ном модуле Synthera (IBA, Бельгия). Вне зависимо-

криогенной дистилляции - около половины мирово-

сти от используемого модуля синтеза [¹⁸F]фторид

го потребления [¹⁸O]H₂O составляет повторно (или

выделяли при пропускании воды [18О]H2O через

многократно) использующаяся вода.

анионообменный картридж QMA light (Waters,

США) в HCO_3--форме со скоростью ~4 мл/мин и в

Согласно данным работы [5], облученная прото-

дальнейшем вымывали с ионообменника в реактор

нами (17.5 МэВ) в титановой мишени с окном из

раствором Kryptofix K_2.2.2 (ABX, Германия), который

сплава Havar вода [¹⁸O]H₂O после дистилляции при-

представляет из себя комплекс карбоната калия

годна для повторного применения с целью произ-

с криптандом K_2.2.2 в смеси воды и ацетонитрила 60 :

водства [¹⁸F]фтордезоксиглюкозы. При этом радио-

40. Прошедшую через картридж регенерированную

химический выход РФП существенно не изменяется

воду [¹⁸О]H₂O собирали во флаконы-приемники и

по сравнению с использованием новой (ранее не об-

удаляли из горячей камеры синтеза не ранее чем че-

лучавшейся) воды [¹⁸O]H₂O и составляет 59%. Одна-

рез сутки после синтеза.

ко в этой публикации подробно не описана методика

очистки регенерата [¹⁸O]H₂O от радионуклидных и

Для дистилляции регенерата воды [¹⁸О]H₂O ис-

органических примесей, не детализирован его со-

пользовали колбонагреватель и стандартную стек-

став. В работе [4] представлена эффективная мето-

лянную лабораторную посуду: круглодонную колбу

дика очистки регенерированной воды [¹⁸O]H₂O от

(1 л), дефлегматор, водоохлаждаемый холодильник

органических растворителей и ионных примесей. Но

Либиха, аллонж, насадку Вюрца со ртутным термо-

авторы не измеряли содержание β-излучателей, в

метром. В качестве центров кипения использовали

первую очередь трития, а также не провели иденти-

фарфоровую крошку размером 3-5 мм. Скорость

фикацию γ-излучающих радионуклидов в воде

дистилляции ~1 капля/с. Средний разовый объем

[¹⁸O]H₂O до и после очистки, что существенно за-

очищаемой воды 700 мл. Для такого объема регене-

трудняет практическое использование предложенно-

рированной воды требуется провести ~200-250 син-

го процесса. Поэтому исследование методов перера-

тезов РФП на основе ¹⁸F. Средний объем кубовых

ботки облученной воды [¹⁸O]H₂O с целью повторно-

остатков 20 мл. Средние объемы I и II фракции 50 и

го использования для производства РФП на основе

630 мл соответственно. Для дезактивации стеклян-

¹⁸F остается актуальной задачей, особенно принимая

ной колбы, использованной для дистилляции, ее вы-

во внимание многообразие используемых материа-

держивали с 10 мл 1 моль/л HCl в течение суток при

периодическом перемешивании. Нижнюю часть де-

лов мишеней и режимов наработки [¹⁸F]фторида.

флегматора обрабатывали смоченной в 1 моль/л HCl

Целью настоящей работы было комплексное ис-

салфеткой из нетканого материала гидроспан (СООО

следование состава регенерата воды [¹⁸O]H₂O и изу-

«БелАсептика-Дез»). Кубовые остатки дистилляции

чение эффективности его переработки методом дис-

смешивали с растворами дезактивации, и после кор-

тилляции в условиях циклотронно-радиохимической

рекции pH с использованием водного раствора

лаборатории действующего ПЭТ-центра для оценки

2 моль/л NaOH подвергали цементации. Все работы

возможности использования очищенной таким обра-

с радиоактивными растворами проводил квалифици-

зом воды [¹⁸O]H₂O в производстве радиофармацев-

рованный персонал в радиационно-защитных боксах

тической продукции. Выполнение исследования так-

с необходимым дозиметрическим сопровождением.

же способствует отработке технологических аспек-

тов утилизации ЖРО, образующихся при работе

γ-Спектрометрический анализ регенерированной

ПЭТ-центров.

воды выполняли с использованием детектора на осо-

бо чистом германии: детекторная система GEM40-83/

Экспериментальная часть

DSPEC jr 2.0, энергетический диапазон 50-3000 кэВ,

энергетическое разрешение

0.8 кэВ для энергии

Наработку радионуклида 18F осуществляли на

122 кэВ, 1.75 кэВ для 1332 кэВ. Измеряемые образцы

ускорителе Cyclone 18/9 HC (IBA, Бельгия) при облу-

помещали по оси детектора на расстоянии 152 мм от

чении высокоэнергетическими (18 МэВ) протонами

геометрического центра образца до поверхности де-

воды, обогащенной по ¹⁸О до 97% (Центр молекуляр-

тектора. Обработку спектров проводили с помощью

ных исследований, Россия). Использовали ниобие-

программы GammaVision^TM v. 6.07 (ORTEC, США).

вую мишень объемом 3.2 мл с окном для входа ион-

Объем образцов 10 мл. Время измерения от 6.1·10³

ного пучка толщиной 25 мкм из сплава Havar. Вели-

до 2.0·10⁴ с для исходного образца воды [¹⁸О]H₂O,

чина тока на мишени составляла 70-80 мкА, продол-

для дистиллята [¹⁸О]H₂O - от 6.2·10⁴ до 8.3·10⁴ с.

жительность одной наработки [¹⁸F]фторида варьиро-

валась от 50 до 130 мин, равновесное давление воды

Калибровку γ-спектрометра проводили по ком-

в мишени при облучении составляло 25-30 атм.

плектам спектрометрических точечных γ-источ-

346

С. Д. Бринкевич и др.

ников, сертифицированным по активности в первич-

Таблица 1. Данные по содержанию кислорода ¹⁸O и ¹⁶O

ных лабораториях ВНИИМ (Россия) и SMI (Чехия).

в регенерированной воде [¹⁸О]H₂O

Неопределенность значения активности (суммарное

SynthraRN Plus

Synthera

m/z

стандартное отклонение) для разных радионуклидов

интенсивность

доля, %

интенсивность

доля, %

в комплектах составляла 0.5-1%. Эффективности

215839

17.3

162374

13.7

определены в диапазоне от 60 до 2600 кэВ по 30 ли-

1034716

82.7

1024500

86.3

ниям. Воспроизводимость значений эффективности,

детектора в режиме SIM. Содержание ¹⁸О рассчиты-

измеренных по разным источникам, приобретенным

вали по соотношению интенсивности сигнала от ио-

в разное время, составила 1.5%. Неопределенность

на m/z = 20.00 (H₂₁₈O⁺) к суммарной интенсивности

аппроксимации зависимости эффективности от энер-

от ионов m/z = 18.00 (H₂₁₆O⁺) и m/z = 20.00. Исполь-

гии составляет 0.95%. Неопределенность из-за неточ-

зовали прямой ввод пробы в детектор.

ного воспроизведения расстояния для картриджа (по

максимальной оценке ±3 мм) составляла 4%. Погло-

Результаты и обсуждение

щение γ-квантов в картридже не учитывали. Таким

образом, результирующая неопределенность измере-

Ценность регенерата [18О]H2O как вторичного

ний составляла 4.5% (стандартное отклонение) или

ресурса во многом определяется степенью изотопно-

9-10% для доверительной вероятности 0.95 без учета

го обогащения по ¹⁸О, которое зависит от величины

статистической составляющей расчета площади пика

поглощенной [¹⁸О]H₂O дозы, степени разбавления

для слабых линий.

водой и органическими растворителями, используе-

мыми в процессе подготовки модуля к синтезу и при

β-Спектрометрический анализ проводили с ис-

производстве РФП. Полученные нами значения сте-

пользованием автоматического жидкостного сцин-

пени обогащения регенерата [¹⁸О]H₂O составили 82.7

тилляционного спектрометра с TDCR регистрацией

и 86.3% соответственно для кассетного модуля Syn-

HIDEX 300 SL (HIDEX, Финляндия). Энергетиче-

thera (IBA, Бельгия) и полупрепаративного SynthraRN

ский диапазон по β-излучению 0-2 МэВ. Эффектив-

Plus (Synthra, Германия) (табл. 1). Таким образом, по-

ность регистрации β-частиц по эталонным растворам

сле синтеза содержание ¹⁸О снижается на 14.3 и 10.7%

50% (для ³H), 95% (для ¹⁴C). Фон спектрометра для

соответственно. Различия в измеренных степенях

флакона со сцинтиллятором - 9 имп/с. Использован

обогащения для двух модулей синтеза, вероятно, свя-

жидкий сцинтиллятор Ultima Gold^TM (Perkin Elmer,

заны в основном с величинами средней наработки

США). Объем пробы ~0.5 мл, жидкого сцинтиллято-

[18F]фторида за один цикл облучения, поскольку под-

ра - 10 мл. Навески исследуемых растворов взвеши-

готовка картриджа QMA light до синтеза проводилась

вали с точностью до пятого знака (10^-5 г). Время из-

мерения эталонов β-излучателей от 30 до 100 с. Из-

в идентичных условиях. Так, например, за 2017 г. при

220 синтезах [¹⁸F]ФДГ, выполненных на модуле Syn-

мерение активности трития в исследуемых образцах

thera, средняя величина активности [¹⁸F]фторида, пе-

проводили до достижения сопоставимой со стандар-

том статистической составляющей счета β-частиц

редаваемой на синтез, составила 6.04 Ки, а диапазон

(~0.1%). Суммарная неопределенность измерения

активностей - от 3.2 до 10.0 Ки, в то время как для

активности трития в образцах не превышала 10%.

модуля синтеза SynthraRN Plus средняя активность

[18F]фторида не превышала 3.5 Ки.

Анализ химического состава регенерированной

Поскольку содержание ¹⁸О в природной смеси

воды [¹⁸О]H₂O выполняли в соответствии с методи-

составляет всего 0.2%, регенерат воды [18О]H2O

кой [7] на газовом хроматографе с пламенно-иониза-

ционным детектором GC 6850 (Agilent, США): квар-

представляется ценным вторичным ресурсом даже с

цевая капиллярная колонка 30 м × 0.53 мм (Agilent

учетом необходимости его очистки от химических и

J&W RES-SOLV, США); скорость потока газа-носи-

радионуклидных примесей и дополнительного обо-

теля (гелий для хроматографии, 99.9999%) 3 мл/мин;

гащения.

объем вводимой пробы 1.0 мкл; время хроматографи-

К основным методам переработки регенерата

рования 5 мин; температура колонки: изотермический

[18О]H2O можно отнести озонолиз, электролиз, УФ

режим при 30°С в течение 2 мин с последующим по-

облучение и ионообменную сорбцию [8-10], а также

вышением температуры до 50°С в течение 3 мин;

дистилляцию. Последний метод в зависимости от эф-

температура инжектора 250°С; температура детекто-

фективности установки (количества теоретических

ра 260°С.

тарелок) может также использоваться для дообогаще-

Степень обогащения по 18О регенерированной

ния. С учетом того, что дистилляция технически лег-

воды [¹⁸О]H₂O определяли с использованием масс-

ко реализуется в радиационно-защитных боксах, соз-

спектрометрического детектора GC-QP2010 Plus

дает небольшое количество радиоактивных отходов и

(Shimadzu Corp., Япония): температура ионного ис-

в конечном итоге дает наименьшие дозовые нагрузки

точника 200°С, напряжение на детекторе 700 В. Ана-

на персонал, в настоящей работе мы применили этот

лиз проводили по абсолютному значению отклика

метод для очистки регенерата воды [¹⁸О]H₂O.

Переработка облученной воды [¹⁸O]H₂O в условиях ПЭТ-центра

347

Счет, имп

ных картриджей QMA light и реагентов для выделе-

ния [¹⁸F]фторида.

10⁵

Обнаруженные в регенерате воды [¹⁸О]H₂O ра-

10⁴

дионуклиды имеют периоды полураспада t_1/2 от 27

10³

(51Cr) до 312 сут (54Mn). За время сбора и хранения

регенерата практически полностью распадаются ра-

10¹

дионуклиды, которые мы регистрировали в воде

[18О]H2O через несколько дней после облучения [11],

400

800

1200

1600

2000

Энергия, кэВ

в частности ⁵⁵Cо с t_1/2 = 17.5 ч и ⁵⁷Ni c t_1/2 = 35.6 ч.

Счет, имп

Полученные нами данные о составе регенерата хоро-

шо согласуются с представленными в работах [3, 12]

10⁴

данными по накоплению долгоживущих радионук-

лидов в регенерированной воде

[¹⁸О]H₂O при

10³

использовании циклотрона с энергией протонов

10²

18 МэВ, оборудованного ниобиевой мишенью с ок-

ном для входа ионного пучка из сплава Havar.

10¹

Суммарная удельная активность γ-излучающих

400

800

1200

1600

2000

радионуклидов в регенерированной воде [¹⁸О]H₂O,

Энергия, кэВ

собранной с модулей синтеза Synthera и SynthraRN

Счет, имп

Plus, составляла 3680 и 702 Бк/г соответственно

10⁴

(табл. 2, 3). После дистилляции подавляющая часть

радионуклидов (более 99%) остается в кубовом ос-

10³

татке. В первой фракции дистиллята объемом 50 мл

10²

содержание технологических радионуклидов было

ниже предела обнаружения (~0.1 Бк/г) использовав-

10¹

шейся методики. В γ-спектрах наблюдались линии

естественных радионуклидов ²²⁸Th, ⁴⁰K и техноген-

400

800

1200

1600

2000

ного ¹³⁷Cs (рис. 1, б), активности которых не превы-

Энергия, кэВ

шали фоновых для использовавшейся установки.

Рис. 1. γ-Спектры регенерированной воды с модуля SynthraRN

Plus (а), первой (б) и второй (в) фракций ее дистиллята

Во второй фракции дистиллята объемом 630 мл

были обнаружены радионуклиды Mn и Co с удель-

После дистилляции изотопное обогащение по ¹⁸О

ными активностями 0.16-0.17 Бк/г для ⁵⁴Mn и 0.23-

не изменилось, однако содержание γ-излучающих

1.97 Бк/г для изотопов Co (табл. 2, 3). Присутствие

радионуклидов кардинально снизилось. Согласно

данных радионуклидов, вероятно, связано с явлени-

экспериментальным данным, полученным при обра-

ем капельного уноса растворителя во время кипения,

ботке γ-спектров (рис. 1, а-в), основными γ-излу-

которое обычно составляет 0.1-0.5% от массы дис-

чающими радионуклидами в регенерированной воде

тиллируемого вещества в зависимости от условий

[¹⁸О]H₂O, собранной как с модуля Synthera, так и с

процесса [13]. Линии, обусловленные изотопами ⁶⁵Zn

модуля синтеза SynthraRN Plus, являются ⁶⁵Zn, ⁵¹Cr,

и ⁵¹Cr, в γ-спектрах второй фракции дистиллята от-

⁵⁴Mn и изотопы кобальта ⁵⁶Cо, ⁵⁷Co и ⁵⁸Co. Одинако-

сутствовали; указанные радионуклиды полностью

вый радионуклидный состав образцов с двух разных

оставались в кубовом остатке. Отметим, что мощ-

модулей синтеза связан с использованием идентич-

ность дозы γ-излучения на расстоянии 10 см от фла-

Таблица 2. Удельные активности γ-излучающих радионуклидов в регенерированной воде с модуля SynthraRN Plus

до и после дистилляции

Параметр

⁶⁵Zn

⁵¹Cr

⁵⁴Mn

⁵⁶Co

⁵⁷Co

⁵⁸Co

Сумма

Содержание в регенерате, Бк/г

3.0

9.7

30.4

81.8

228.0

349.0

702.0

Содержание во второй фракции, Бк/г

0.17

0.23

0.49

0.78

1.68

Коэффициент очистки

>30

>100

178.8

355.7

465.3

447.4

420.4

Таблица 3. Удельные активности γ-излучающих радионуклидов в пробе регенерированной воды с модуля Synthera

до и после дистилляции

Параметр

⁶⁵Zn

⁵¹Cr

⁵⁴Mn

⁵⁶Co

⁵⁷Co

⁵⁸Co

Сумма

Содержание в регенерате, Бк/г

9.8

93.9

70.7

495.6

628.8

2381.1

3680.0

Содержание во второй фракции, Бк/г

0.16

0.55

0.73

1.97

3.41

Коэффициент очистки

>100

>1000

441.9

901.1

861.4

1208.7

1079.2

348

С. Д. Бринкевич и др.

конов с первой и второй фракциями дистиллята соот-

Таблица 4. Содержание остаточных растворителей в реге-

ветствовала фоновой (не более 0.14 мкЗв/ч).

нерате воды [¹⁸О]H₂O после модуля синтеза SynthraRN Plus

Эффективность очистки регенерированной воды

Содержание, млн^-1

Коэффи-

зависела от вида радионуклида и составляла для ⁵⁴Mn

Растворитель

исходный

первая

вторая

циент

образец

фракция

очистки

от 180 раз (для воды от модуля SynthraRN Plus) до 450

Этанол

2437

28534

904

2.7

раз (для воды от модуля Synthera) (табл. 1, 2). Для изо-

Ацетон

165

топов Co она была несколько выше и варьировалась в

Изопропанол

536

9745

10.3

пределах 360-900 раз для ⁵⁶Cо, 460-860 раз для ⁵⁷Co

Ацетонитрил

1286

13659

316

4.1

и 450-1210 раз для ⁵⁸Co в случае воды с модулей

Ацетальдегид

664

SynthraRN Plus и Synthera соответственно (табл. 2, 3).

Эффективность очистки от остальных радионукли-

Таблица 5. Содержание остаточных растворителей в реге-

дов количественно определить не удалось вследствие

нерате воды [¹⁸О]H₂O после модуля синтеза Synthera

того, что их активность во второй фракции была ни-

Содержание, млн^-1

же предела детектирования. По нашему мнению, бо-

Коэффициент

Растворитель

исходный

вторая

очистки

лее низкие коэффициенты очистки от γ-излучающих

образец

фракция

радионуклидов (в среднем в 2.5 раза) при переработ-

Ацетон

ке регенерированной воды [¹⁸О]H₂O с модуля Syn-

Изопропанол

thraRN Plus могут быть связаны со значительно бо-

Ацетонитрил

86.0

67.5

1.3

лее высоким содержанием органических растворите-

Ацетальдегид

лей по сравнению с аналогичным образцом воды

[¹⁸О]H₂O с модуля Synthera (табл. 4, 5).

жет привести к снижению радиохимических выходов

синтеза РФП и сильному увеличению выбросов газо-

Полученные данные свидетельствуют о том, что

образных радиоактивных веществ в процессе произ-

предложенная методика позволяет эффективно уда-

водства.

лять γ-излучающие технологические радионуклиды

из регенерированной воды [¹⁸О]H₂O. Кроме того,

В отличие от полупрепаративного модуля, тре-

бующего помывки системы после каждого синтеза,

образующийся в результате дистилляции кубовой

использование модуля Synthera с одноразовыми кас-

остаток и растворы дезактивации после корректиров-

ки pH можно совместно цементировать для перевода

сетами приводит к загрязнению регенерата воды

[18О]H2O лишь небольшим количеством ацетонитри-

γ-излучателей в компактную матрицу с целью после-

дующей передачи специализированным организаци-

ла (табл. 5), который входит в состав реагента для

ям, выполняющим долговременное хранение и захо-

элюирования [¹⁸F]фторида. Можно заметить, что ко-

эффициент очистки от этого остаточного растворите-

ронение твердых радиоактивных отходов.

ля в процессе дистилляции был ниже, чем в регене-

Содержание остаточных растворителей в регене-

рате воды [¹⁸О]H₂O после модуля синтеза SynthraRN

рированной воде [¹⁸О]H₂O определяли с использова-

Plus.

нием метода газовой хроматографии [7]. Применение

Следует отметить, что при применении методики,

этанола, изопропанола, ацетонитрила и ацетона для

изложенной в работе [4], достигнута более высокая

мытья трубок, флаконов и реакторов радиохимиче-

степень очистки регенерированной воды [¹⁸О]H₂O по

ского модуля SynthraRN Plus предопределяет высо-

ацетонитрилу и этанолу. Однако в данной работе не

кое содержание этих органических растворителей

оценивалось содержание ацетальдегида, образующе-

(табл. 4) в регенерированной воде [¹⁸О]H₂O. Дистил-

гося при радиолизе этанолсодержащих растворов; не

ляция позволяет полностью удалить такие карбо-

указано, какой радиохимический модуль использо-

нильные соединения, как ацетон и ацетальдегид, из

вался при синтезе. При этом из ранее изложенного

регенерата [18О]H2O; они перегоняются с первой

видно, что применяемая аппаратура для синтеза РФП

фракцией и отсутствуют во второй фракции. Послед-

существенным образом влияет на состав регенерата

нее соединение не используется для подготовки мо-

воды [¹⁸О]H₂O и эффективность очистки от остаточ-

дуля к синтезу и является продуктом радиационно-

ных органических растворителей.

индуцированных превращений этанола [7] в присут-

ствии кислорода под действием радионуклидных

Большинство долгоживущих технологических

примесей в регенерате [¹⁸О]H₂O. Значительно более

радионуклидов (в том числе основные γ-излучающие

низкий коэффициент очистки наблюдается для этано-

радионуклиды ⁵⁶Co, ⁵⁸Co), образующихся в результа-

ла и ацетонитрила. С учетом этого без дополнитель-

те активации материалов мишени циклотрона Cy-

ной очистки вторая фракция дистиллята [¹⁸О]H₂O

clone 18/9 HC, являются β-излучателями. Поэтому в

после модуля SynthraRN Plus будет непригодна для

настоящей работе мы также выполнили жидкостную

повторного облучения из-за высокой вероятности

сцинтилляционную β-спектрометрию регенерата во-

образования фторорганических соединений, что мо-

ды [¹⁸О]H₂O до и после дистилляционной очистки.

Переработка облученной воды [¹⁸O]H₂O в условиях ПЭТ-центра

349

для модуля SynthraRN Plus и на 7% для Synthera.

Дистилляция приводит к смещению максимума

сцинтиляционной полосы трития в высокоэнергети-

ческую область, практически не изменяя при этом

ширину линий (табл. 7). Отметим, что для эталона

трития в обычной воде [¹⁶О]H₂O максимум сцинтил-

ляционной полосы трития соответствовал 205-му

каналу, а ее ширина на полувысоте составляла

155 каналов.

Рис. 2. β-Cпектр облученной воды: 1 - анализируемый обра-

Возможно несколько причин такого изменения

зец, 2 - эталон ³H, 3 - эталон ¹⁴C, 4 - эталон ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y.

формы сцинтилляционных пиков трития. Наши экс-

периментальные данные указывают на то, что доми-

На рис. 2 сопоставлены результаты измерения спек-

нирующее влияние на положение максимума полосы

тра регенерированной воды [¹⁸О]H₂O и спектры ка-

трития оказывают радионуклиды металлов. Образо-

либровочных растворов (³H, ¹⁴С, ⁹⁰Sr + ⁹⁰Y). Прове-

вание Оже-электронов при β-распаде нуклидов, а

денное исследование выявило высокое содержание

также выбивание низкоэнергетических электронов

трития в регенерированной воде [¹⁸О]H₂O (табл. 6).

γ-квантами и рентгеновским излучением при прохо-

Удельные активности трития составили: в ЖРО из

ждении через воду может приводить к смещению

модуля SynthraRN Plus - около 130 кБк/г, а для моду-

максимума трития в регенерате [¹⁸О]H₂O по сравне-

ля Synthera - 194-215 кБк/г (табл. 6). Необходимо

нию с дистиллятом [¹⁸О]H₂O. Необходимо отметить,

отметить, что значения измеренных удельных актив-

что смещение максимума пика трития в низкоэнерге-

ностей данного нуклида до и после очистки отлича-

тическую область наблюдается только до очистки. В

лись в пределах погрешности методики измерения.

двух фракциях дистиллята воды [¹⁸О]H₂O с модуля

Характерно, что на фоне трития не удалось иден-

Synthra RN Plus максимумы пика трития имеют близ-

тифицировать другие β-излучающие радионуклиды,

кие значения, хотя содержание органических веществ

которые должны присутствовать в регенерированной

в них сильно отличается (табл. 4). Поэтому описан-

воде [¹⁸О]H₂O как минимум до дистилляции. Вероят-

ный в литературе [14] эффект растворителей, заклю-

нее всего, это обусловлено тем, что ожидаемая

чающийся в снижении энергии возбуждения молекул

β-активность радиоизотопов кобальта как минимум

жидкого сцинтиллятора и, следовательно, энергии

на три порядка ниже, чем трития.

испускаемых ими фотонов, в данном случае проявля-

ется слабо. Уширение пика трития в воде [¹⁸О]H₂O

На спектрах регенерата [18О]H2O наблюдается

как до, так и после дистилляции, по нашему мнению,

смещение в низкоэнергетическую область (на ~5%)

может быть связано с изотопным эффектом ¹⁸О.

максимума пика трития по сравнению с калибровоч-

ным раствором (рис. 2). При этом сильному сдвигу

Тритий образуется при облучении обогащенной

подверглось низкоэнергетическое крыло пика при

по ¹⁸О воды по ядерной реакции ¹⁸O(p,t)¹⁶O (сечение

практически неизменном высокоэнергетическом

реакции σ = 17 мб для протонов с энергией 18 МэВ

крыле, что проявляется как уширение пика на ~10%

[6, 15], что сравнимо с сечением реакции ¹⁸O(p,n)¹⁸F -

50.3 ± 6 мб при той же энергии [16]). Возможны и

Таблица

6. Содержание трития в регенерате воды

другие каналы попадания трития в облученную воду.

[¹⁸О]H₂O

Однако они маловероятны. Так, согласно работе [17],

Масса

Удельная ак-

возможно попадание трития из облученного входно-

Образец

пробы, г

тивность, Бк/г

го окна мишени из сплава Havar, в котором он обра-

Syn-

До очистки

0.54374

131155

зуется из хрома по реакции ⁵⁰Cr(p,t)⁴⁸V. Однако, этот

thraRN

I фракция дистиллята

0.52285

128283

механизм маловероятен, поскольку содержание изо-

Plus

II фракция дистиллята

0.53342

138390

топа ⁵⁰Cr в сплаве Havar составляет около 1.8%. Кро-

Syn-

До очистки

0.62400

214978

ме того, сечение захвата реакции очень низкое и для

thera

II фракция дистиллята

0.52727

194286

протонов с энергией 18 МэВ составляет всего 2.5×

10^-7 б [15]. Изотоп ⁴⁸V нами не был обнаружен в ре-

Таблица 7. Номер канала максимума и ширина на полу-

генерате воды [¹⁸О]H₂O.

высоте (в каналах) сцинтилляционной полосы трития

Содержание трития в облученной [¹⁸O]H₂O зави-

Модуль

Первая

Вторая

Параметр

Регенерат

синтеза

фракция

сит в основном от условий облучения (длительности,

SynthraRN

Максимум

194

207

208

энергии протонов, ионного тока) и варьируется в

Plus

Полуширина

165

164

пределах 50-270 кБк/г, по данным различных авто-

Максимум

195

211

ров [6, 12, 18-20], что составляет около 10^-4% от на-

Synthera

Полуширина

170

167

работанной активности ¹⁸F [10]. При этом тритий

350

С. Д. Бринкевич и др.

считается относительно «безопасным» радионукли-

ет повторному использованию облученной воды

дом, его содержание в готовой лекарственной форме

[18O]H2O после дистилляции для производства РФП

РФП не превышает 0.2 Бк/мл [12, 19] из-за наличия

на основе ¹⁸F.

этапа сушки [¹⁸F]фторида под вакуумом в процессе

синтеза.

Список литературы

Тем не менее, необходимость удаления воды для

[1] Oehr P. PET and PET-CT in Oncology. Berlin: Springer,

активации [¹⁸F]фторида приводит к попаданию три-

2004. 357 p.

[2] Бринкевич С. Д., Суконко О. Г., Чиж Г. В., Наумович А. С. //

тия в вытяжную вентиляцию. Согласно данным ра-

Медико-биол. проблемы жизнедеятельности. 2013. N 10.

боты [6], при использовании циклотрона с энергией

С. 129-137.

протонов 9.6 МэВ и модуля синтеза PETtrace FDG

[3] Бринкевич Д. И., Бринкевич С. Д., Барановский О. А. и

Microlab^TM, GE Medical Systems (Швеция) в воздух

др. // Мед. физика. 2018. N 1. С. 80-88.

попадает около 2% от наработанного при облучении

[4] Uhlending A., Henneren H., Hugenberg V., Burchert W. //

Instruments. 2018. Vol. 2, N 3. P. 12-19.

трития. Это обстоятельство ухудшает радиационное

[5] Al Rayyes A. H. // Nukleonika. 2010. Vol. 55, N 3. P. 401-

благополучие работников радиохимических произ-

405.

водств ПЭТ-центров и населения, проживающего в

[6] Ito S., Saze T., Sakane H. et al. // Appl. Radiat. Isot. 2004.

непосредственной близости.

Vol. 61, N 6. P. 1179-1183.

[7] Бринкевич С. Д., Резцов И. А., Шадыро О. И. // ХВЭ. 2014.

Согласно СаНиП Республики Беларусь [21], реге-

Т. 48, N 5. С. 350-357.

нерированная вода [¹⁸О]H₂O, очищенная приведен-

[8] Asti M., Grassi E., Sghedoni R. et al. // Appl. Radiat. Isot.

ным в настоящей работе методом, относится к ЖРО,

2007. Vol. 65. P. 831-835.

поскольку активность ³Н в ней многократно превы-

[9] Cole L. G. Patent US 5531865. 1996.

[10] Moon W. Y., Oh S. J., Cheon J. H. et al. // Appl. Radiat. Isot.

шает 0.5 Бк/л. Указанное обстоятельство исключает

2007. Vol. 65. P. 635-640.

возможность повторного использования очищенной

[11] Крот В. О., Тугай О.В., Бринкевич Д. И. и др. // Вестн.

воды [¹⁸О]H₂O для производства РФП для ПЭТ-

ПГУ. 2018. N 4. C. 80-86.

диагностики. Наличие трития также создает трудно-

[12] Bowden L., Vintró L. L., Mitchell P. I. et al. // Appl. Radiat.

сти для использования регенерата воды [¹⁸О]H₂O в

Isot. 2009. Vol. 67, N 2. P. 248-255.

[13] Базанов А. В., Блиничев В. Н. // Изв. вузов. Сер.: Химия и

качестве сырья для обогащения по ¹⁸О как центри-

хим. технология. 2007. Т. 50, N 12. С. 112-114.

фужным, так и дистилляционным методами, по-

[14] Райхардт К. Растворители и эффекты среды в органиче-

скольку одновременно с накоплением тяжелых изо-

ской химии. М.: Мир, 1991. 763 с.

топов кислорода (¹⁸О и ¹⁷О) будет увеличиваться и

[15] Koning A. J., Rochman D., Van der Marck S. et al. TENDL-

активность ³H. Вышеизложенное указывает на необ-

2014: TALYS-Based Evaluated Nuclear Data Library. 2014.

ходимость разработки технологии очистки килограм-

http://www.talys.eu/tendl-2012.

[16] Hess E. V., Takacs S. M., Scholten B. et al. // Radiochim.

мовых количеств регенерата [¹⁸О]H₂O от трития.

Acta. 2001. Vol. 89, N 6. P. 357-362.

Таким образом, представленные в работе резуль-

[17] Firestone R. B., Shirley V. S. Table of Radioactive Isotopes.

New York: Wiley, 1988. 14193 p.

таты дистилляционной очистки регенерата воды

[18] Dziel T., Tyminski Z., Sobczyk K. // Appl. Radiat. Isot. 2016.

[¹⁸O]H₂O свидетельствуют о высокой эффективности

Vol. 109, N 2. P. 242-246.

удаления γ-излучающих долгоживущих радионукли-

[19] Mochizuki S., Ogata Y., Hatano K. et al. // J. Nucl. Sci. Tech-

дов, что позволяет снизить дозовые нагрузки на пер-

nol. 2006. Vol. 43, N 4. P. 348-353.

сонал радиохимической лаборатории ПЭТ-центра

[20] Ito S., Sakane H., Deji S. // Appl. Radiat. Isot. 2006. Vol. 64,

N 3. P. 298-305.

при выполнении работ с радиоактивными отходами.

[21] Санитарные нормы и правила «Требования к обеспече-

Однако использованная методика обладает недоста-

нию радиационной безопасности персонала и населения

точной эффективностью очистки от остаточных ор-

при обращении с радиоактивными отходами». Утв. поста-

ганических растворителей и не позволяет удалять

новлением Министерства здравоохранения Республики

тритий из регенерата воды [¹⁸O]H₂O, что препятству-

Беларусь N 142 от 31.12.2015.