지르코늄 생산

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1736(2023) 이 기사 인용

819 액세스

측정항목 세부정보

이트륨에 양성자 빔을 사용하여 수십에서 수백 GBq 양의 지르코늄-88(88Zr)을 생산하는 공정이 개발되었습니다. 이를 위해 로스 알라모스 동위원소 생산 시설(IPF)에서 이트륨 금속 표적(약 20g)에 100~200μA의 빔 전류에서 ~16~34MeV 양성자 빔을 조사했습니다. 88Zr 방사성 핵종은 94(5)%(1σ)의 용출 수율로 히드록사메이트 수지를 사용하여 이트륨 표적으로부터 생성 및 분리되었습니다. D2O의 액체 DCl 용액은 수소에 비해 중수소의 높은 중성자 투과율과 시료 매트릭스 내 88Zr의 균일한 분포로 인해 적합한 88Zr 시료 매트릭스로 선택되었습니다. 분리된 88Zr을 DCl에 용해시키고, 얻은 용액 8 μL를 핫 셀 내부의 주사기와 자동 충전 스테이션을 사용하여 직경 1.2 mm 구멍이 있는 텅스텐 샘플 캔에 옮겼습니다. 획득된 88Zr 샘플의 중성자 투과율은 방사성 핵종에 대한 간접 포획 실험 장치(DICER)에서 측정되었습니다.

지르코늄(Zr)은 IV족 전이금속으로 5개의 안정 동위원소와 31개의 알려진 방사성 동위원소를 가지고 있습니다. Zr의 몇 가지 방사성 동위원소는 다양한 과학 및 기술 분야에 중요합니다. 지르코늄-89(89Zr)는 독특한 물리적, 화학적 특성으로 인해 면역양전자방출단층촬영(immuno-PET)에 가장 유망한 방사성 핵종 중 하나입니다1,2. 상대적으로 긴 반감기(78.4시간)는 항체 및 항체 단편의 생물학적 반감기와 일치하며 대부분 511keV를 방출하는 전자 포획(77%) 및 양전자 방출(23%)을 통해 안정한 이트륨-89(89Y)로 붕괴됩니다. 소멸로 인한 감마선, 909keV 감마선 및 몇 개의 X선3. 이 외에도, 단일동위원소 89Y 표적에 저에너지 양성자 빔(Ep < 13.1 MeV)을 사용하면 상당한 양의 89Zr이 상대적으로 쉽게 생성될 수 있으며, 생성된 89Zr은 표적에서 효율적으로 분리되고 킬레이트화되어 항체에 부착될 수 있습니다4.

또 다른 흥미로운 지르코늄 동위원소는 88Zr입니다. 반감기가 83일이고 전자 포획을 통해 이트륨-88(88Y)로 붕괴하여 393keV 감마선과 몇 개의 X선을 방출합니다. 이트륨-88(t1/2 = 106.6일)은 주로 전자 포획을 통해 안정한 스트론튬-88(88Sr)로 붕괴하여 898keV 및 1836keV의 감마선과 몇 개의 X선을 방출합니다3. 따라서 88Zr은 방사성 핵종 발생기 시스템에서 고순도, 무캐리어 88Y를 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 88Zr과 88Y는 모두 유망한 면역 PET 89Zr5의 수명이 긴 대용물로서 방사성 의약품 연구와 90Y6을 이용한 방사성 면역 요법 및 방사성 색전술 요법에서 유용한 추적자입니다.

천연 지르코늄은 핵무기 테스트 중 장전된 탐지 물질 또는 방사화학 진단용으로 핵 장비에 널리 사용되었습니다. 즉, 장전된 Zr의 초기 양으로부터 중성자 플루언스를 도출하고 중성자 환경에서 형성된 Zr 동위원소의 활동을 측정하는 데 사용되었습니다7. 실험 및 역사적 데이터로부터 도출된 중성자 플루언스는 중성자 유도 단면을 사용하는 다양한 코드를 사용하여 계산된 중성자 플루언스와 비교할 수 있습니다. 지르코늄-88은 이러한 고에너지 중성자 유도 반응8에서 형성된 가장 중요한 Zr 동위원소 중 하나이며, (n,γ) 단면의 정밀한 측정을 사용하여 코드를 개선하고 장치 성능을 더 잘 이해할 수 있습니다. 더욱이, 최근 Shusterman과 동료들은 88Zr이 (8.61 ± 0.69)·105 barns9의 예상치 못한 높은 열 중성자 포획 단면적을 가지고 있음을 발견했습니다9. 아마도 88Zr의 큰 열중성자 단면적은 하나 이상의 저에너지 공명에 의해 발생하는 것으로 추정됩니다. 극도로 높은 열 중성자 포획 단면의 특성을 결정하고 keV 범위까지의 중성자 에너지에서 첫 번째 점별 실험 데이터를 얻으려면 넓은 에너지 범위에 걸친 88Zr의 중성자 포획 단면에 대한 자세한 연구가 필요합니다. 중성자 플루언스 코드의 정확성을 알려줍니다. 그러한 연구는 기본 수준과 응용 수준 모두에 영향을 미칠 것입니다.