Skandija radionuklīdu ražošana un masas atdalīšana CERN-MEDICIS

Abstract

Skandija radionuklīdu ražošana un masas atdalīšana CERN-MEDICIS. Mamis E., zinātniskie vadītāji: Dr. Phys. Stora, T., Dr. Phys. Duchemin, C., Assoc. prof. Dr. Chem., Pajuste, E. and Assoc. prof. MD. Dr. Radziņa, M. Šī darba ietvaros veikta metāliska natTi, natV un mikrometra daļiņu pulvera natTiC mērķu materiālu izpēte 43Sc, 44g/mSc un 47Sc radionuklīdu ražošanai, un izotopu masas atdalīšanai CERN-MEDICIS (Eiropas Kodolpētijumu Organizācijā – Medicīnā izmantojami izotopi, kas savākti no ISOLDE) eksperimentā. Veikti teorētiskie aprēķini Sc radionuklīdu iznākuma noteikšanai biezos ISOL (izotopu atdalīšana tiešsaistē) un ciklotronu mērķu materiālos, izmantojot Monte-Carlo simulāciju kodus un eksperimentāli noteiktās kodolreakciju šķērsgriezumu vērtības. Lai noteiktu difūzijas un adsorpcijas procesu ietekmi masas atdalīšanas un radionuklīdu savākšanas gaitā, tika veikti termiskās Sc radionuklīdu izdalīšanas eksperimenti ar apstarotiem metāliskiem natTi un natV mērķa materiāliem. Pilnīga Sc izdalīšana no metālisku foliiju mērķiem tika sasniegta ∼70–85 % no to kušanas tem-peratūrām, taču savākto radionuklīdu aktivitāte bija zema (<100 kBq), veicot masas atdalīšanu pat augstākās temperatūrās. Šie novērojumi noveda pie, šajā darbā aprakstītas, apjomīgas mērķa un jonu avota sistēmas izpētes un attīstīšanas, lai samazinātu gāzveida daļiņu mijiedarbību ar ISOL mērķa un jonu avotu sistēmas (TISS) limitējošo faktoru ietekmi uz savākšanas efektivitāti. Darbā veikta ISOL mērķa un jonu avotu sistēmas vadības parametru, konfigurāciju un veikto modifikāciju izpēte. Analizēti atomāra un molekulāra Sc gāzveida savienojumu jonizācijas, kā arī gaistošu Sc molekulu veidošanās un izdalīšanās parametri no ISOL mērķa un jonu avotu sistēmas. Gan atomārā, gan molekulu veidā izdalītie Sc radionuklīdi tiek atdalīti pēc to masas un savākti vēlākai radioķīmiskai atdalīšanai. Šajā darbā izmantoti dažādi teorētiskie modeļi, lai izpētītu un aprakstītu dažādu limitējošo faktoru, piemēram, difūzijas, molekulu veidošanos, desorpcijas, efūzijas, jonizācijas un savākšanas ātruma ietekmi uz radionuklīdu savākšanas efektivitāti. SKANDIJA RADIONUKLĪDI, MASAS ATDALĪŠANA, MĒRĶA MATERIĀLI, TERMISKĀ IZDALĪŠANA, MĒRĶA UN JONU AVOTA SISTĒMA, MOLEKULĀRO JONU KŪLIS, RADIOĶĪMIJA.

Scandium radionuclide production and mass separation at CERN-MEDICIS. Mamis E., su-pervisors: Dr. Phys. Stora, T., Dr. Phys. Duchemin, C., Assoc. prof. Dr. Chem., Pajuste, E. and Assoc. prof. MD. Dr. Radziņa, M. In this thesis the metallic foil natTi, natV and micrometric powder natTiC target materials were investigated and used for medically applicable 43Sc, 44g/mSc and 47Sc radionuclide production and mass separation at The European Organization for Nuclear Research (CERN)-Medical Isotopes Collected from ISOLDE (MEDICIS). Theoretical activity yields of Sc radionuclide production in Isotope Separation OnLine (ISOL) and cyclotron thick targets were estimated with Monte-Carlo codes and experimental cross sections. Thermal Sc radionuclide release from irradiated metallic natTi and natV foils was investigated to determine the impact of diffusion and adsorption processes during the mass separation and collection of radionuclides. Full Sc release from the metallic foil target materials was achieved within an hour at temperature ∼70–85 % of their corresponding material melting points. Nevertheless, the collected Sc radionuclide activity was low (<100 kBq) even at higher target ma-terial temperatures. This led to a large program of target and ion source system (TISS) developments reported in this thesis to overcome the limiting factors associated with the gaseous particle interaction with the ISOL TISS structures. Operation parameters, various configurations and modifications of the ISOL TISS and their impact on the collection efficiency were investigated. The aspects of Sc volatilization, molecule formation and release from ISOL target and ion source system, as well as atomic and molecular gas species ionization were analyzed. The released Sc radionuclides were mass-separated as atomic and molecular ion beams and collected for subsequent radiochemical purification. Various theoretical models were used to describe the different limiting factors of radionuclide collection efficiency, such as diffusion, molecule formation, desorption, effusion, ionization and radionuclide collection rate. SCANDIUM RADIONUCLIDES, MASS SEPARATION, THERMAL RELEASE, TARGET MATERIALS, TARGET AND ION SOURCE SYSTEM, MOLECULAR ION BEAMS, RADIOCHEMISTRY.