中國(guó)工程物理研究院同位素技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展

張華明，羅順忠，劉國(guó)平，鐘正坤

（中國(guó)工程物理研究院 核物理與化學(xué)研究所，四川 綿陽 621900）

1980年，在傅依備院士倡導(dǎo)下，中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所依托300號(hào)反應(yīng)堆的高功率運(yùn)行和強(qiáng)放熱室的建成，成立了同位素技術(shù)研究室，開展了放射性同位素的制備技術(shù)與應(yīng)用研究，在早期得到了肖倫院士的支持與幫助，逐漸發(fā)展成為國(guó)內(nèi)同位素技術(shù)研究和產(chǎn)品供應(yīng)的重要力量。

1 同位素制備技術(shù)研究與生產(chǎn)

300號(hào)堆照天然 MoO3制備99Mo：每個(gè)靶35g用光譜純的天然MoO3，在中子注量率為4×1013／（cm2·s）下輻照4d，可獲得 37～74MBq（100～200mCi）的99Mo，制備 37～185MBq（100～500mCi）級(jí)的99Mo－99Tcm發(fā)生器（Al2O3柱）供醫(yī)院臨床使用。

在同樣孔道條件下，照射40g光譜純的Te2O3，單個(gè)靶可獲得185～370MBq（500～1 000mCi）的131I。早期采用酸性條件下蒸餾工藝，耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)10h，收率低僅為70%。后改為干法蒸餾工藝，設(shè)計(jì)加工了干法蒸餾裝置，單次可獲得74GBq（2Ci）以上的131I，時(shí)間僅為3～5h，收率達(dá)到95%以上。利用300號(hào)堆所制備的放射性同位素列于表1。

除了99Mo和131I這兩種重要的醫(yī)用同位素外，還利用天然靶料生產(chǎn)未經(jīng)分離的科學(xué)研究用同 位 素 如24Na、32P、169Yb、198Au、169Er、103、109Pd、153Sm 和166Ho等。

表1 利用300號(hào)堆制備的放射性同位素

2 放射源研發(fā)、生產(chǎn)及同位素儀器儀表

2.1 放射源研發(fā)與生產(chǎn)

放射源研發(fā)以60Co、192Ir、63Ni、241Am 為主，生產(chǎn)60Co、192Ir時(shí)，一般以天然金屬材料入堆輻照，獲得μCi～mCi級(jí)放射源，可作科研、儀表需要的低比活度源。通過電沉積工藝制備235U放射源，還生產(chǎn)了55Fe穆斯堡爾譜儀用源。63Ni、241Am源則需利用進(jìn)口原料制備，這兩種源一直是本所主要的放射源產(chǎn)品。63Ni源采用電鍍工藝將63Ni鍍?cè)谝r底上，密封成為合格的科學(xué)研究用或儀器儀表用源。241Am源采用粉末冶金加滾軋工藝制備，其結(jié)構(gòu)示于圖1，源強(qiáng)一般為μCi級(jí)，用于火災(zāi)報(bào)警器。本所制備的放射源列于表2。

2.2 同位素儀器儀表

圖1 241 Am 源結(jié)構(gòu)圖［1］

表2 本所制備的放射源

針對(duì)醫(yī)用同位素和放射性藥物生產(chǎn)與使用過程中都要設(shè)計(jì)將大劑量的產(chǎn)品分成小包裝，且醫(yī)用同位素和放射性藥品一般為液體，為方便操作，發(fā)明了放射性液體分裝裝置，其示意圖示于圖2。該裝置可連續(xù)分裝30個(gè)以上樣品，每份體積從0.1～5mL，體積誤差±3‰。

在乏燃料后處理工藝研究中，通過取樣分析各工藝流程階段強(qiáng)放射性料液中235U、239Pu等多種核素的含量，可獲得不同工藝參數(shù)下目標(biāo)核素在無機(jī)相／有機(jī)相中的分配系數(shù)等數(shù)據(jù)，為流程參數(shù)的優(yōu)化和工藝流程的建立提供指導(dǎo)，因此，如何實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)電離輻射環(huán)境中對(duì)強(qiáng)放射性料液取樣的準(zhǔn)確度是影響分析數(shù)據(jù)可信度的關(guān)鍵。針對(duì)這種特殊條件下的取樣需要，研發(fā)了放射性液體工程樣品分裝裝置，其結(jié)構(gòu)示于圖3。

此裝置一次取樣的時(shí)間平均耗時(shí)約5.5min，每次取樣平均誤差為0.72%，防輻射設(shè)計(jì)使用壽命達(dá)到10a。

圖2 放射性液體自動(dòng)分裝裝置圖［2］

圖3 放射性液體工程樣品分裝裝置［3］

3 放射性藥物研發(fā)與生產(chǎn)

放射性藥物的基礎(chǔ)研究工作一直是本研究所的重要方向，本所早期研發(fā)的放射性藥物列于表3。這些藥物中部分已進(jìn)入臨床應(yīng)用，部分曾經(jīng)在醫(yī)院試用，部分進(jìn)行到動(dòng)物試驗(yàn)。

3.1 153Sm 、186，188 Re的配位化學(xué)研究

開展了核素標(biāo)記的系列親骨性絡(luò)合物研究，系統(tǒng)研究了153Sm－DTPA 及153Sm－EDTB（N，N，N，N－四（2－苯并咪唑甲基）－乙撐二胺）的標(biāo)記條件及測(cè)試方法，對(duì)153Sm標(biāo)記的氨基羧酸和氨基磷酸配合 物 的 構(gòu) 效 關(guān) 系 以 及153Sm 、186，188Re配合物骨攝取機(jī)理進(jìn)行了探究，尤其是穩(wěn)定常數(shù)與骨攝取量之間的相關(guān)性，表明穩(wěn)定性高的153Sm配合物（如153Sm－DTPA和DOTA）骨攝取很低，而穩(wěn)定性低的絡(luò)合物骨攝取高。153Sm－氨基磷酸配合物在動(dòng)物體內(nèi)有較高的骨攝取，其配合物穩(wěn)定性與骨攝取之間無相關(guān)性［4，5］。

3.2 186，188 Re－TDD衍生物肝腫瘤治療藥物

用186，188標(biāo)記TDD衍生物的碘化罌粟溶液，通過腹腔靜脈注射到VX－12培養(yǎng)的兔肝腫瘤模型中，獲得了良好的腫瘤顯像效果和一定的療效。兔肝腫瘤模型活體解剖肝腫瘤示于圖4，其組織活檢結(jié)果示于圖5，用186，188Re治療后的顯像結(jié)果示于圖6。

表3 本院開發(fā)的同位素制品及藥物

圖4 活體解剖肝腫瘤

圖5 肝腫瘤組織活檢光鏡結(jié)果

圖6 186，188 Re－TDD衍生物用于栓塞治療兔肝腫瘤模型顯像［6－8］

3.3 125I－種子源研制

采用鈀化法制備125I源芯，實(shí)現(xiàn)快速高效的125I吸附，批量生產(chǎn)時(shí)，125I的利用率為92%以上，同批次種子源的放射性活度偏差為±5%，平行性好，操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)短。研發(fā)了專門用于125I源芯裝入鈦管和焊接密封的自動(dòng)設(shè)備［9］。

4 輻射伏特效應(yīng)同位素電池研發(fā)

選擇技術(shù)成熟的單晶硅作為換能單元材料，通過MCNP程序和已發(fā)表的數(shù)據(jù)作為主要參數(shù)，確定了單晶硅摻雜濃度、結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用63Ni作為放射源，制備了與63Ni相匹配的換能單元，研究了放射性同位素的加載和電池封裝工藝，獲得了輻伏效應(yīng)微型同位素電池的原型樣機(jī)（圖7）。

此原型樣機(jī)在常溫下的電學(xué)參數(shù)為Isc＝5.97nA，Voc＝88.0mV，Pmax＝0.255nW。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)制備的一個(gè)63Ni驅(qū)動(dòng)的輻伏同位素電池原型樣機(jī)的I－V特性在220d內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。

圖7 輻伏同位素電池原型樣機(jī)［10－14］

5 未來的研究工作展望

本所300號(hào)反應(yīng)堆和強(qiáng)放操作熱室已于2008年全面停止運(yùn)行，正在進(jìn)行退役工作。新建的CMRR于2011年6月已經(jīng)達(dá)到滿功率運(yùn)行，配套的同位素生產(chǎn)線將在2013年竣工，放射性同位素（制品）的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用研究工作將展開新的局面。在全球醫(yī)用同位素生產(chǎn)形勢(shì)十分嚴(yán)峻和市場(chǎng)供應(yīng)短缺的現(xiàn)狀下，新建的規(guī)?；凰厣a(chǎn)設(shè)施和多年沉積的放射性同位素（制品）研究與生產(chǎn)、應(yīng)用成果，將在我國(guó)醫(yī)用同位素的穩(wěn)定供應(yīng)和促進(jìn)我國(guó)同位素產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起重要作用。

在未來5～10年內(nèi)將開展一下工作。

1）在醫(yī)用同位素原料和放射性藥品生產(chǎn)方面，在生產(chǎn)線投產(chǎn)的初期，計(jì)劃生產(chǎn)裂變鉬［99Mo］酸鈉、裂變碘［131I］化鈉、碘［125I］化鈉三個(gè)主要原料產(chǎn)品，預(yù)計(jì)年產(chǎn)量分別為74、148、3.7TBq（20 000、4 000和100Ci）。利用自制原料和／或外購(gòu)原料生產(chǎn)放射性藥品，提供市場(chǎng)急需的裂變型99Mo－99Tcm發(fā)生器、碘（131I）化鈉注射液等產(chǎn)品。

2）加強(qiáng)放射性藥物研究基礎(chǔ)研究，將近年來積淀的研究成果轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品。開展對(duì)153Sm、186，188Re、177Lu等金屬核素和32P、131I等非金屬核素的放射性藥物的產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用研究，建立規(guī)?；拖盗谢派湫运幬镅兄婆c生產(chǎn)基地。

3）逐步建立核儀器儀表用放射源制備能力，連續(xù) 向 國(guó) 內(nèi) 提 供60Co、192Ir、137Cs、147Pm 等 放射源。

4）放射性同位素標(biāo)記化合物與示蹤劑研制與應(yīng)用研究。

正像肖倫院士所倡導(dǎo)的那樣，放射性同位素技術(shù)具有先進(jìn)性、交叉性和不可替代性，因此，今后將利用正在建設(shè)的強(qiáng)放實(shí)驗(yàn)室、配套的工藝與測(cè)試設(shè)備以及CMRR等資源，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的成果，開展先進(jìn)的同位素制備與應(yīng)用技術(shù)研究，為我國(guó)的科學(xué)研究、國(guó)防、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等提供優(yōu)質(zhì)的同位素產(chǎn)品，促進(jìn)科技創(chuàng)新，滿足國(guó)民的健康需求。

［1］ 張華明.放射源的制備技術(shù)及其應(yīng)用［J］.同位素，2009，22（1）：54－59.

［2］ 聶詩(shī)良，李磊民，徐建，等.放射性同位素自動(dòng)分裝系統(tǒng)的研制［J］.同位素，2005，18（4）：193－196.

［3］ 劉國(guó)平，席治國(guó)，聶詩(shī)良，等.一種瓶裝放射性液體自動(dòng)取樣裝置的研制［J］.核科學(xué)與技術(shù)，2011，4（3）：201－205.

［4］ 王關(guān)全，魏洪源，羅順忠，等.ReN核配合物制備新方法研究［J］.同位素2008，21（1）：25－28.

［5］ 王關(guān)全，羅順忠，楊玉青，等.153Sm 標(biāo)記二膦酸配體及其在羥基磷灰石上的吸附［J］.同位素2003，16（3－4）：205－207.

［6］ Wang Guan－Quan，Zhang Ji，Luo Shun－Zhong，et al.Synthesis and primary biological evaluation of188ReN－NEMPTDD［J］.Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry，2008，277（2）：365－369.

［7］ Wang Guanquan，Wei Hongyuan，Luo Shunzhong.Preparation and primary biological evaluation of novel nitrido－188Re complexes／lipiodol［J］.Nuclear Science and Techniques，2008，19：223－229.

［8］ 王關(guān)全，羅順忠，楊玉青，等.三苯基膦還原制備ReOCl3（PPh3）2的研究［J］.核化學(xué)與放射化學(xué)，2002，24（4）：243－245.

［9］ He Jiaheng，Jiang Lin，Li Xingliang，et al.Preparation of the radioactive core of iodine－125seed［J］.Nuclear Science and Techniques，2009，20：231－234

［10］羅順忠，王關(guān)全，張華明.輻射伏特效應(yīng)同位素電池研究進(jìn)展［J］.同位素，2011，24（1）：1－11.

［11］王關(guān)全，楊玉青，張華明，等.輻射伏特效應(yīng)同位素電池?fù)Q能單元設(shè)計(jì)及其性能測(cè)試［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，2010，44（4）：494－498.

［12］王關(guān)全，楊玉青，張華明，等.氚鈦片輻照硅基半導(dǎo)體器件電學(xué)輸出性能［J］.同位素，2009，22（4）：218－220.

［13］Wang Guanquan，Hu Rui，Wei Hongyuan，et al.The temperature effect of the electrical performances of betavoltaic cell［J］.Applied Radiation and Isotopes，2010，68：2 214－2 217.

［14］胡睿，張華明，熊曉玲，等.小體積化學(xué)鍍鎳工藝［J］.電鍍與涂飾，2009，28（8）：27－29.