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Jul 28, 2023

Production de zirconium

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 1736 (2023) Citer cet article 1070 Accès aux détails des métriques Un procédé pour la production de dizaines à des centaines de GBq de zirconium-88 (88Zr) en utilisant

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1736 (2023) Citer cet article

1070 Accès

Détails des métriques

Un procédé de production de dizaines à centaines de GBq de zirconium 88 (88Zr) à l'aide de faisceaux de protons sur yttrium a été développé. À cette fin, des cibles métalliques d'yttrium (≈20 g) ont été irradiées dans un faisceau de protons d'environ 16 à 34 MeV avec un courant de faisceau de 100 à 200 µA à l'installation de production d'isotopes de Los Alamos (IPF). Le radionucléide 88Zr a été produit et séparé des cibles d'yttrium à l'aide d'une résine hydroxamate avec un rendement d'élution de 94(5)% (1σ). La solution liquide de DCl dans D2O a été sélectionnée comme matrice d’échantillon de 88Zr appropriée en raison de la transmission élevée des neutrons du deutérium par rapport à l’hydrogène et d’une répartition uniforme de 88Zr dans la matrice d’échantillon. Le 88Zr séparé a été dissous dans du DCl et 8 µL de la solution obtenue ont été transférés dans une boîte à échantillons de tungstène dotée d'un trou de 1,2 mm de diamètre à l'aide d'une seringue et d'une station de remplissage automatisée à l'intérieur d'une cellule chaude. La transmission neutronique de l'échantillon de 88Zr obtenu a été mesurée au dispositif pour des expériences de capture indirecte sur les radionucléides (DICER).

Le zirconium (Zr) est un métal de transition du groupe IV, qui possède 5 isotopes radioactifs stables et 31 connus. Quelques isotopes radioactifs du Zr sont importants pour divers domaines scientifiques et technologiques. Le zirconium-89 (89Zr) est l'un des radionucléides les plus prometteurs pour la tomographie par émission d'immunopositrons (immuno-PET) en raison de ses propriétés physiques et chimiques uniques1,2. Sa demi-vie relativement longue (78,4 h) correspond à la demi-vie biologique des anticorps et des fragments d'anticorps et se désintègre en yttrium-89 stable (89Y) via la capture d'électrons (77 %) et l'émission de positons (23 %) émettant principalement 511 keV. des rayons gamma issus de l'annihilation, des rayons gamma de 909 keV et quelques rayons X3. En outre, des quantités importantes de 89Zr peuvent être produites relativement facilement avec un faisceau de protons de faible énergie (Ep < 13,1 MeV) sur une cible monoisotopique de 89Y et le 89Zr produit peut être efficacement séparé de la cible, chélaté et fixé à l'anticorps4.

Un autre isotope intéressant du zirconium est le 88Zr, qui a une demi-vie de 83 jours et se désintègre en ytrrium-88 (88Y) par capture électronique, émettant des rayons gamma de 393 keV et quelques rayons X. L'yttrium-88 (t1/2 = 106,6 jours) se désintègre en strontium-88 stable (88Sr) principalement par capture d'électrons, émettant des rayons gamma de 898 keV et 1 836 keV et quelques rayons X3. Ainsi, le 88Zr peut être utilisé pour produire du 88Y de haute pureté et sans porteur dans un système générateur de radionucléides. Le 88Zr et le 88Y sont tous deux des traceurs utiles dans la recherche radiopharmaceutique en tant que substituts à durée de vie plus longue de l'immuno-PET prometteur 89Zr5, ainsi qu'en radioimmunothérapie et en radioembolisation avec 90Y6, respectivement.

Le zirconium naturel a été largement utilisé dans les dispositifs nucléaires lors des essais d'armes nucléaires comme matériau de détection chargé ou comme diagnostic radiochimique, c'est-à-dire qu'il a été utilisé pour dériver une fluence neutronique à partir de la quantité initiale de Zr chargé et des activités mesurées des isotopes de Zr formés dans l'environnement neutronique7. La fluence neutronique dérivée des données expérimentales et historiques peut être comparée à la fluence neutronique calculée à l'aide de divers codes, qui utilisent des sections efficaces induites par les neutrons. Le zirconium 88 est l'un des isotopes du Zr les plus importants formés dans ces réactions induites par des neutrons de haute énergie8 et des mesures précises de sa section efficace (n,γ) peuvent être utilisées pour améliorer les codes et ainsi mieux comprendre les performances du dispositif. De plus, récemment, Shusterman et ses collaborateurs ont découvert que le 88Zr possède une section efficace de capture de neutrons thermiques étonnamment élevée de (8,61 ± 0,69) · 105 granges9. Vraisemblablement, la grande section efficace des neutrons thermiques de 88Zr est causée par une ou plusieurs résonances de faible énergie. Une étude détaillée de la section efficace de capture de neutrons de 88Zr sur une large plage d'énergie est nécessaire pour déterminer les propriétés de sa section efficace de capture de neutrons thermiques extrêmement élevée et pour obtenir les premières données expérimentales ponctuelles à des énergies de neutrons allant jusqu'à la plage des keV pour informer sur l’exactitude des codes de fluence neutronique. Une telle étude aurait un impact tant au niveau fondamental qu’appliqué.