マンガン生産のための天然および濃縮Crターゲットの開発

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1167 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

52Mn は、半減期が 5.6 日、平均陽電子エネルギーが 242 keV の有望な PET 放射性金属です。 通常、天然同位体が豊富に存在するクロムは、nat/52Cr(p,n)52Mn 反応を通じてこの同位体を生成するためのターゲット材料として使用されます。 天然 Cr は適切なターゲット材料ですが、長寿命の 54Mn (t1/2 = 312 日) の同時生成を防ぐために、濃縮 52Cr ターゲットに移行することで、より高純度の 52Mn を生成することができます。 残念ながら、52Cr ターゲットは、適切なリサイクル プロセスがなければ費用対効果が高くありません。したがって、この研究は、リサイクル可能な Cr ターゲットを準備するルートを探索することを目的としています。 この研究では、天然 Cr 箔、金属粉末ペレット、濃縮クロム 52 酸化物、および Cr(III) 電気めっきターゲットが調査されました。 これらのサイクロトロンターゲットのそれぞれが照射され、生成された 52Mn は、可能であれば半自動システムを使用して精製されました。 エタノール-HCl 混合物からの固相陰イオン交換による改良された精製により、94.5 ± 2.2% の 52Mn が回収されました。 リサイクル可能なターゲットを製造するための最も有望なターゲット構成は、電気メッキされた Cr(III) でした。 この研究は、高純度 52Mn の生産のために濃縮 Cr ターゲットを最適化するためのいくつかの経路を示しています。

マンガン 52 (52Mn) は、陽電子放出放射性金属であり、陽電子放出断層撮影法 (PET) を使用した長寿命研究に使用できます。 さらに、非放射性マンガンはマンガン増強 MRI（MEMRI）の造影剤として以前に使用されているため、放射性 52Mn を非放射性マンガンと組み合わせて、PET/MRI によるイメージング用のデュアルモダリティ信号増強造影剤を作成できます1。

52Mn の最も一般的な生産ルートの 1 つは、nat/52Cr(p,n)52Mn です。 数人の研究者が、天然同位体存在量の Cr ターゲット (天然 Cr) の調製と特性評価について報告しています。 （表1）。 他の方法では、バナジウムターゲットを使用して 3He を衝突させて 52Mn を製造していますが、これらの粒子を加速する能力を備えた加速器は限られた数しかありません。

天然 Cr は、50Cr (4.35%)、52Cr (83.79%)、53Cr (9.50%)、および 54Cr (2.37%) を含む 4 つの Cr 同位体で構成されています。 天然 Cr には 52Cr が多く含まれているため、52Mn を製造するのは安価な方法です。 残念ながら、Cr の他の 3 つの安定同位体で起こる反応は、表 2 に示すように、この照射されたターゲット物質を介していくつかの放射性汚染物質の生成につながる可能性があります。これらの反応の断面積と閾値を考慮すると、陽子線はエネルギーが約 13 MeV 以下に保たれると、これらの不純物のうち 2 つ、52mMn と 54Mn だけが天然クロムの照射後のガンマスペクトルで観察されます1,9,10,11。 以前の研究では、断面測定を通じて衝撃パラメータを最適化しました10。 これらの長寿命不純物の生成を防ぐ別の解決策は、濃縮された 52Cr ターゲットを使用することです。

したがって、我々は、ターゲット材料をリサイクルして新しいターゲットを低コストで製造できる、化学を使用した濃縮52Crターゲットの開発を目指しました。 天然 Cr ターゲットは、52Cr への移行前に、生産、精製、リサイクル プロセスの実現可能性研究を実行するために使用されました。 Cr は粉末、箔、棒などのさまざまな形状で購入できますが、52Cr は通常、金属粉末の形状で入手されます。 Cr 粉末は、油圧プレスを使用して粉末ターゲットに押し付けたり、反応させて Cr2O3 や CrCl3 などの他の化学形態を生成したり、電気めっきしてリサイクル可能な濃縮 52Cr ターゲットの可能性を高めることができます。 Cr(VI) は毒性が高いと考えられているため、この研究ではその酸化状態を回避し、毒性の低い Cr(III) に焦点を当てました。 この研究では、リサイクル可能な濃縮 52Cr ターゲットを探索するために、Cr のさまざまな種とターゲット構成を調べました。