망간 생산을 위한 천연 및 농축 Cr 타겟 개발

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1167(2023) 이 기사 인용

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52Mn은 반감기가 5.6일이고 평균 양전자 에너지가 242keV인 유망한 PET 방사성 금속입니다. 일반적으로 천연 동위원소가 풍부한 크롬이 nat/52Cr(p,n)52Mn 반응을 통해 이 동위원소를 생성하는 표적 물질로 사용됩니다. 천연 Cr은 적합한 타겟 물질이지만, 농축된 52Cr 타겟으로 전환하여 수명이 긴 54Mn(t1/2 = 312일)의 공동 생산을 방지함으로써 더 높은 순도의 52Mn을 생산할 수 있습니다. 불행하게도 52Cr 타겟은 재활용 공정이 없으면 비용 효율적이지 않습니다. 따라서 이 작업은 재활용할 수 있는 Cr 타겟을 준비하기 위한 경로를 탐색하는 것을 목표로 합니다. 이 연구에서는 천연 Cr 포일, 금속 분말 펠릿, 강화된 크롬-52 산화물 및 Cr(III) 전기도금 타겟을 조사했습니다. 이들 각각의 사이클로트론 타겟에 방사선을 조사하고, 생성된 52Mn을 가능한 경우 반자동 시스템을 사용하여 정제했습니다. 에탄올-HCl 혼합물로부터의 고체상 음이온 교환에 의한 개선된 정제로 52Mn의 94.5 ± 2.2%가 회수되었습니다. 재활용 가능한 타겟을 생산하기 위한 가장 유망한 타겟 구성은 전기도금된 Cr(III)이었습니다. 이 연구는 고순도 52Mn 생산을 위해 농축된 Cr 타겟을 최적화하는 여러 경로를 제시합니다.

망간-52(52Mn)는 양전자 방출 단층 촬영(PET)을 사용하여 장기간 연구에 사용할 수 있는 양전자 방출 방사성 금속입니다. 또한, 비방사성 Mn은 이전에 망간 강화 MRI(MEMRI)의 조영 강화제로 사용되었기 때문에 방사성 52Mn을 비방사성 Mn과 결합하여 PET/MRI1을 사용한 영상화를 위한 이중 양식 신호 강화 조영제를 생성할 수 있습니다.

52Mn의 가장 일반적인 생산 경로 중 하나는 nat/52Cr(p,n)52Mn입니다. 몇몇 연구자들은 천연 동위원소 풍부도(천연 Cr)의 Cr 표적의 준비 및 특성화에 대해 보고했습니다. (1 번 테이블). 다른 방법에서는 바나듐 타겟을 사용하여 3He의 충격을 통해 52Mn을 만들었습니다. 그러나 이러한 입자를 가속할 수 있는 능력을 갖춘 가속기의 수는 제한되어 있습니다2.

천연 Cr은 50Cr(4.35%), 52Cr(83.79%), 53Cr(9.50%), 54Cr(2.37%) 등 4가지 Cr 동위원소로 구성됩니다. 천연 Cr에는 52Cr의 비율이 높기 때문에 52Mn을 생산하는 저렴한 경로입니다. 불행하게도 Cr의 다른 세 가지 안정 동위원소에서 발생하는 반응은 표 2에 표시된 것처럼 이 조사된 표적 물질을 통해 여러 방사성 오염 물질의 생성으로 이어질 수 있습니다. 이러한 반응의 단면적과 임계값을 고려하고 양성자 빔 에너지는 ~ 13 MeV 미만으로 유지되며, 이러한 불순물 중 2개(52mMn 및 54Mn)만이 천연 크롬 조사 후 감마 스펙트럼에서 관찰됩니다1,9,10,11. 이전 연구에서는 단면 측정을 통해 폭격 매개변수를 최적화했습니다. 수명이 긴 불순물의 생성을 방지하는 또 다른 해결책은 강화된 52Cr 타겟을 사용하는 것입니다.

따라서 우리는 타겟 물질을 재활용하여 저렴한 비용으로 새로운 타겟을 만들 수 있는 화학을 사용하여 농축된 52Cr 타겟을 개발하는 것을 목표로 했습니다. 천연 Cr 타겟은 52Cr로 전환하기 전 생산, 정제 및 재활용 공정에 대한 타당성 조사를 수행하는 데 사용되었습니다. Cr은 분말, 포일, 막대 등 다양한 형태로 구입할 수 있지만 52Cr은 일반적으로 금속 분말 형태로 얻습니다. Cr 분말은 유압 프레스를 사용하여 분말 타겟으로 압축하거나 반응하여 Cr2O3 또는 CrCl3와 같은 다른 화학적 형태를 생성하거나 전기 도금하여 재활용 가능한 농축 52Cr 타겟의 가능성을 높일 수 있습니다. Cr(VI)은 독성이 더 높은 것으로 간주되므로 이 연구에서는 산화 상태를 피하고 독성이 덜한 Cr(III)에 초점을 맞췄습니다. 이 연구에서는 재활용 가능한 농축 52Cr 타겟을 탐색하기 위해 Cr의 다양한 종과 타겟 구성을 조사했습니다.