Produção de zircônio

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 1736 (2023) Citar este artigo

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Foi desenvolvido um processo para a produção de dezenas a centenas de GBq de zircônio-88 (88Zr) usando feixes de prótons em ítrio. Para este propósito, alvos de metal de ítrio (≈20 g) foram irradiados em um feixe de prótons de ~ 16 a 34 MeV a uma corrente de feixe de 100–200 µA na Instalação de Produção de Isótopos de Los Alamos (IPF). O radionuclídeo 88Zr foi produzido e separado dos alvos de ítrio utilizando resina hidroxamato com rendimento de eluição de 94(5)% (1σ). A solução líquida de DCl em D2O foi selecionada como uma matriz de amostra 88Zr adequada devido à alta transmissão de nêutrons do deutério em comparação com o hidrogênio e uma distribuição uniforme de 88Zr na matriz da amostra. O 88Zr separado foi dissolvido em DCl e 8 µL da solução obtida foram transferidos para uma lata de amostra de tungstênio com furo de 1,2 mm de diâmetro usando uma seringa e estação de enchimento automatizada dentro de uma célula quente. A transmissão de nêutrons da amostra 88Zr obtida foi medida no Dispositivo para Experimentos de Captura Indireta em Radionuclídeos (DICER).

O zircônio (Zr) é um metal de transição do grupo IV, que possui 5 isótopos radioativos estáveis ​​e 31 conhecidos. Alguns isótopos radioativos de Zr são importantes para diversas áreas da ciência e tecnologia. O zircônio-89 (89Zr) é um dos radionuclídeos mais promissores para tomografia por emissão de imuno-pósitrons (imuno-PET) devido às suas propriedades físicas e químicas únicas . Sua meia-vida relativamente longa (78,4 h) corresponde à meia-vida biológica de anticorpos e fragmentos de anticorpos e decai para ítrio-89 estável (89Y) por meio de captura de elétrons (77%) e emissão de pósitrons (23%) emitindo principalmente 511 keV raios gama da aniquilação, raios gama de 909 keV e alguns raios X3. Além disso, quantidades significativas de 89Zr podem ser produzidas com relativa facilidade com um feixe de prótons de baixa energia (Ep <13,1 MeV) em um alvo 89Y monoisotópico e o 89Zr produzido pode ser eficientemente separado do alvo, quelado e ligado ao anticorpo4.

Outro isótopo interessante de zircônio é o 88Zr, que tem meia-vida de 83 dias e decai para ítrio-88 (88Y) por captura de elétrons, emitindo raios gama de 393 keV e alguns raios X. O ítrio-88 (t1/2 = 106,6 dias) decai em estrôncio-88 estável (88Sr) principalmente por meio de captura de elétrons, emitindo raios gama de 898 keV e 1836 keV e alguns raios X3. Assim, o 88Zr pode ser usado para produzir 88Y de alta pureza e sem transportador em um sistema gerador de radionuclídeos. Tanto o 88Zr quanto o 88Y são traçadores úteis na pesquisa radiofarmacêutica como substitutos de vida mais longa do promissor imuno-PET 89Zr5, e na radioimunoterapia e na terapia de radioembolização com 90Y6, respectivamente.

O zircônio natural foi amplamente utilizado em dispositivos nucleares durante testes de armas nucleares como material detector carregado ou diagnóstico radioquímico, ou seja, foi usado para derivar uma fluência de nêutrons a partir da quantidade inicial de Zr carregado e atividades medidas dos isótopos de Zr formados no ambiente de nêutrons . A fluência de nêutrons derivada dos dados experimentais e históricos pode ser comparada com a fluência de nêutrons calculada usando vários códigos, que usam seções transversais induzidas por nêutrons. O zircônio-88 é um dos isótopos de Zr mais importantes formados nessas reações induzidas por nêutrons de alta energia e medições precisas de sua seção transversal (n, γ) podem ser usadas para melhorar os códigos e, assim, obter uma melhor compreensão do desempenho do dispositivo. Além disso, recentemente Shusterman e colaboradores descobriram que o 88Zr tem uma seção transversal de captura de nêutrons térmicos inesperadamente alta de (8,61 ± 0,69)·105 celeiros9. Presumivelmente, a grande seção transversal de nêutrons térmicos do 88Zr é causada por uma ou mais ressonâncias de baixa energia. Um estudo detalhado da seção transversal de captura de nêutrons de 88Zr em uma grande faixa de energia é necessário para determinar as propriedades de sua seção transversal de captura de nêutrons térmicas extremamente alta e para obter os primeiros dados experimentais pontuais em energias de nêutrons até a faixa de keV até informar a precisão dos códigos de fluência de nêutrons. Tal estudo teria um impacto tanto a nível fundamental como aplicado.