Desenvolvimento de alvo de Cr natural e enriquecido para produção de manganês

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1167 (2023) Cite este artigo

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O 52Mn é um promissor radiometal PET com meia-vida de 5,6 dias e uma energia pósitron média de 242 keV. Normalmente, o cromo de abundância de isótopos naturais é usado como material alvo para produzir esse isótopo por meio da reação nat/52Cr(p,n)52Mn. Embora o Cr natural seja um material alvo adequado, o 52Mn de maior pureza pode ser produzido pela transição para alvos de 52Cr enriquecidos para evitar a coprodução de 54Mn de vida longa (t1/2 = 312 dias). Infelizmente, os alvos de 52Cr não são rentáveis ​​sem processos de reciclagem implementados, portanto, este trabalho visa explorar rotas para preparar alvos de Cr que possam ser reciclados. Folhas de Cr natural, pastilhas de pó metálico, óxido de cromo-52 enriquecido e alvos galvanizados com Cr(III) foram investigados neste trabalho. Cada um desses alvos cíclotrons foi irradiado, e o 52Mn produzido foi purificado, quando possível, usando um sistema semi-automatizado. Uma purificação aprimorada por troca aniônica em fase sólida de misturas etanol-HCl resultou em recuperações de 94,5 ± 2,2% de 52Mn. A configuração de alvo mais promissora para produzir um alvo reciclável foi o Cr(III) galvanizado. Este trabalho apresenta vários caminhos para otimizar alvos de Cr enriquecidos para a produção de 52Mn de alta pureza.

O manganês-52 (52Mn) é um radiometal emissor de pósitrons que pode ser usado para estudos de longa duração usando tomografia por emissão de pósitrons (PET). Além disso, uma vez que o Mn não radioativo foi usado anteriormente como um agente de aumento de contraste para ressonância magnética aprimorada com manganês (MEMRI), o 52Mn radioativo pode ser combinado com o Mn não radioativo para criar um agente de contraste aprimorado de sinal de dupla modalidade para geração de imagens com PET/MRI1.

Uma das rotas mais comuns de produção de 52Mn é nat/52Cr(p,n)52Mn. Vários pesquisadores relataram a preparação e caracterização de alvos de Cr de abundância isotópica natural (Cr natural). (Tabela 1). Outros métodos usaram alvos de vanádio para produzir 52Mn por meio de bombardeio com 3He, no entanto, há apenas um número limitado de aceleradores que têm a capacidade de acelerar essas partículas2.

Natural Cr consiste em 4 isótopos de Cr, incluindo 50Cr (4,35%), 52Cr (83,79%), 53Cr (9,50%) e 54Cr (2,37%). Como o Cr natural contém uma alta porcentagem de 52Cr, é uma rota barata para produzir 52Mn. Infelizmente, as reações que ocorrem nos outros três isótopos estáveis ​​de Cr podem levar à produção de vários radiocontaminantes por meio desse material alvo irradiado, conforme mostrado na Tabela 2. Se as seções transversais e os limites dessas reações forem levados em consideração e o feixe de prótons energia é mantida abaixo de ~ 13 MeV, apenas duas dessas impurezas, 52mMn e 54Mn, são observadas no espectro gama após a irradiação do cromo natural1,9,10,11. Estudos anteriores otimizaram os parâmetros de bombardeio por meio de medições de seção transversal10. Outra solução para evitar a produção dessas impurezas de vida longa seria usar um alvo de 52Cr enriquecido.

Portanto, nosso objetivo era desenvolver alvos de 52Cr enriquecidos usando química que permitisse a reciclagem do material alvo para fazer novos alvos a um custo reduzido. Os alvos de Cr natural foram usados ​​para realizar estudos de viabilidade para processos de produção, purificação e reciclagem antes da transição para o 52Cr. Cr pode ser adquirido em muitas formas diferentes, incluindo pó, folhas, bastões, no entanto, 52Cr é normalmente obtido na forma de pó de metal. Os pós de Cr podem ser prensados ​​em alvos de pó usando uma prensa hidráulica, reagidos para produzir outras formas químicas, como Cr2O3 ou CrCl3, ou galvanizados para aumentar o potencial de alvos de 52Cr enriquecidos recicláveis. Como o Cr(VI) é considerado de maior toxicidade, este trabalho evitou esse estado de oxidação e focou no Cr(III), menos tóxico. Este trabalho examinou várias espécies e configurações de alvos de Cr para explorar alvos de 52Cr recicláveis ​​enriquecidos.