Produção de zircônio

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1736 (2023) Citar este artigo

819 Acessos

Detalhes das métricas

Foi desenvolvido um processo para a produção de dezenas a centenas de quantidades GBq de zircônio-88 (88Zr) usando feixes de prótons em ítrio. Para esse propósito, alvos de ítrio metálico (≈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 usando resina de hidroxamato com um 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 um orifício de 1,2 mm de diâmetro usando uma seringa e uma estação de enchimento automatizada dentro de uma célula quente. A transmissão de nêutrons da amostra de 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 a tomografia por emissão de pósitrons (imuno-PET) devido às suas propriedades físicas e químicas únicas1,2. Sua meia-vida relativamente longa (78,4 h) corresponde à meia-vida biológica de anticorpos e fragmentos de anticorpos e decai para estável ítrio-89 (89Y) via 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 monoisotópico 89Y e o 89Zr produzido pode ser eficientemente separado do alvo, quelado e ligado ao anticorpo4.

Outro isótopo interessante do zircônio é o 88Zr, que tem uma meia-vida de 83 dias e decai em 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 para o estável estrôncio-88 (88Sr) principalmente por 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 livre de portadores e de alta pureza em um sistema gerador de radionuclídeos. Tanto o 88Zr quanto o 88Y são marcadores úteis na pesquisa radiofarmacêutica como substitutos de vida mais longa do promissor imuno-PET 89Zr5 e na radioimunoterapia e terapia de radioembolização com 90Y6, respectivamente.

O zircônio natural foi amplamente usado em dispositivos nucleares durante testes de armas nucleares como um material detector carregado ou diagnóstico radioquímico, ou seja, foi usado para derivar uma fluência de nêutrons da quantidade inicial de Zr carregado e atividades medidas dos isótopos de Zr formados no ambiente de nêutrons7. 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 de choque induzidas por nêutrons. O zircônio-88 é um dos isótopos de Zr mais importantes formados nessas reações induzidas por nêutrons de alta energia8 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 colegas de trabalho descobriram que 88Zr tem uma seção de choque de captura de nêutrons térmica inesperadamente alta de (8,61 ± 0,69)·105 barns9. Presumivelmente, a grande seção de choque de nêutrons térmicos de 88Zr é causada por uma ou mais ressonâncias de baixa energia. Um estudo detalhado da seção de choque de captura de nêutrons de 88Zr em uma grande faixa de energia é necessário para determinar as propriedades de sua seção de choque de captura de nêutrons térmica extremamente alta e para obter os primeiros dados experimentais pontuais em energias de nêutrons até a faixa de keV para informar a precisão dos códigos de fluência de nêutrons. Tal estudo teria impacto tanto nos níveis fundamental quanto aplicado.