電沉積法制備加速器生產(chǎn)64Cu的鎳靶

沈亦佳，陳玉清，梁積新，喬來(lái)成，鄧雪松，李 光，劉玉平

(原子高科股份有限公司，北京 102413)

64Cu是一種重要的醫(yī)用放射性核素，其半衰期為12.7 h，既進(jìn)行β+衰變(17.86 %)，也進(jìn)行β-衰變(39.0 %)與電子俘獲(43.1%)。64Cu標(biāo)記藥物可以用于血池與心肌顯像、乏氧顯像、炎癥顯像、腫瘤顯像與治療等[1]。隨著正電子技術(shù)的快速發(fā)展，近年來(lái)有關(guān)64Cu的研究成為熱點(diǎn)。

64Cu的制備有多種方法，可以通過(guò)反應(yīng)堆經(jīng)核反應(yīng)64Zn (n，p)64Cu得到；也可以通過(guò)加速器，以鎳為靶材經(jīng)核反應(yīng)64Ni (p，n)64Cu或64Ni (d，2n)64Cu得到；或以鋅為靶材，經(jīng)核反應(yīng)64Zn (d，2p)64Cu，66Zn (d，a)64Cu或68Zn (p，an)64Cu得到。以鋅為靶材，通過(guò)反應(yīng)堆經(jīng)核反應(yīng)64Zn (n，p)64Cu可得到64Cu。然而，使用反應(yīng)堆進(jìn)行放射性核素制備時(shí)，通常遇到的問(wèn)題是所得到的核素比活度低，載體多。由于天然豐度的鋅靶材料價(jià)廉易得，因而采用天然豐度的鋅為靶材料，以氘核為入射粒子，用加速器來(lái)制備64Cu的方法也頗具吸引力。但使用該方法制備64Cu，可導(dǎo)致其他核素雜質(zhì)的產(chǎn)生，除61，64Cu外，還有可能產(chǎn)生66，67Ga，65，69mZn以及57，58Co。醫(yī)用放射性藥物對(duì)其核純度、化學(xué)純度和比活度有相當(dāng)高的要求，特別是用于單克隆抗體、多肽和蛋白質(zhì)類(lèi)放射性藥物的制備時(shí)，對(duì)放射性核素的比活度要求很高。因此，核素制備方法尤為重要。64Cu可以在小型醫(yī)用加速器上轟擊富集64Ni靶，通過(guò)核反應(yīng)64Ni(p，n)64Cu 獲得高比活度無(wú)載體的64Cu。金屬Ni靶可以承受高束流質(zhì)子的轟擊，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)64Cu[2-3]。Ni是元素周期表中第Ⅷ族元素，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0=-0.246 V[4]。加速器生產(chǎn)64Cu的基本原理是將Ni電沉積在靶托上，處理過(guò)的靶托作陰極，鉑片作陽(yáng)極，鉑片連接電源正極發(fā)生陽(yáng)極氧化：2Cl-+2e→Cl2↑，靶托連接電源負(fù)極，發(fā)生陰極還原Ni2++2e→Ni↓。

Ni靶制備所用靶托為紫銅，而目標(biāo)核素是Cu，為了防止溶靶時(shí)銅靶托上的冷銅“漏穿”，有必要在鍍Ni層前在銅靶托上鍍上金膜。

用Cyclotron-30 加速器生產(chǎn)64Cu，照射用的Ni靶要求尺寸為100 mm×10 mm[5]，Ni靶層在鍍金膜上附著牢固。本工作旨在通過(guò)對(duì)電沉積過(guò)程中影響Ni靶層質(zhì)量及厚度的各種因素進(jìn)行研究，確定Ni靶制備工藝條件，制備鎳靶，用于Cyclotron-30質(zhì)子回旋加速器生產(chǎn)64Cu。

1 主要設(shè)備與試劑

DH1718E-4雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源：北京大華無(wú)線(xiàn)電儀器廠產(chǎn)品；C64型指針精密電流表：哈爾濱電表儀器廠產(chǎn)品； DF-1集熱磁力攪拌器：浙江金壇榮華儀器制造有限公司產(chǎn)品；AR2130電子精密天平：奧豪斯國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司產(chǎn)品。聚四氟乙烯電沉積槽：自制；電動(dòng)攪拌器：自制；電沉積槽陰陽(yáng)極間距3.0 cm，陽(yáng)極為片狀鉑，沉積槽容積為100 mL，電沉積面積為10 cm2。

NiCl2·6H2O、HCl：分析純，北京化學(xué)試劑公司產(chǎn)品。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 電鍍液的配制

稱(chēng)取一定量NiCl2·6H2O，溶于去離子水中，并加入鹽酸，攪拌均勻，得到電鍍液。

2.2 Ni靶的制備

在銅靶托上均鍍上金膜(20 mm×110 mm，15 μm )，金屬Ni靶層通過(guò)電沉積鍍?cè)诮鹉ど?。Ni濃度40～50 g/L，鹽酸濃度0.05～0.5 mol/L，電沉積溫度20～50 ℃，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度150～350 r/min，電流密度10～35 mA/cm2。并確定最佳的沉積液配方及電沉積條件。

3 結(jié)果與討論

3.1 電鍍條件的選擇

3.1.1Ni離子濃度對(duì)靶層質(zhì)量厚度的影響

2.2節(jié)中其他條件不變，改變Ni離子濃度為10、30、40、50、60 g/L時(shí)鍍層的質(zhì)量厚度結(jié)果列于表1 。

表1 Ni離子濃度對(duì)Ni靶質(zhì)量影響

64Cu的制備需要采用富集64Ni靶材，而富集64Ni靶材昂貴，所以需要確定電沉積的Ni離子最小濃度。從表1可以看出，無(wú)論加熱與否，當(dāng)Ni離子濃度低于40 g/L時(shí)，電沉積均不成功。因此確定Ni離子濃度為40～50 g/L。

3.1.2鹽酸濃度對(duì)靶層質(zhì)量和質(zhì)量厚度的影響

2.2節(jié)中其他條件不變，改變鹽酸濃度為0.05、0.1、0.2、0.3、0.5 mol/L，考察其對(duì)靶層外觀質(zhì)量和質(zhì)量厚度的影響，結(jié)果列于表2。

表2數(shù)據(jù)表明，隨著鹽酸濃度增大，靶層質(zhì)量厚度顯著下降。說(shuō)明低酸度有利于電沉積。但由于氯化鎳在水溶液中有水解傾向，因此應(yīng)加入少量鹽酸，抑制其水解。如果電鍍液不添加鹽酸，氯化鎳水解，產(chǎn)生大量黑渣滓，電沉積不成功。因此確定適當(dāng)?shù)柠}酸濃度為0.05～0.5 mol/L。

3.1.3電流密度對(duì)靶層質(zhì)量厚度影響

2.2節(jié)其他條件不變，改變電流密度為10、33、50、66、133 mA/cm2，考察電流密度對(duì)靶層質(zhì)量厚度的影響，結(jié)果示于圖1。

圖1 電流密度對(duì)Ni靶質(zhì)量影響Fig.1 Eeffect of current density on performance of Ni target

由圖1可以看出，鍍層質(zhì)量厚度隨電流密度的增大而增加。但當(dāng)電流密度大于35 mA/cm2時(shí)，鍍層為黑色，用水沖洗鍍層有脫落現(xiàn)象，電沉積失敗。而當(dāng)電流密度在10～35 mA/cm2時(shí)，可得到光滑平整銀灰色鍍層的Ni靶。因此選擇電流密度為10～35 mA/cm2。

3.1.4溫度對(duì)靶層質(zhì)量及質(zhì)量厚度的影響

2.2節(jié)中其他條件不變，改變電沉積溫度為20、40、60、80 ℃，考察溫度對(duì)靶層質(zhì)量及質(zhì)量厚度的影響，結(jié)果列于表3。

表3 電鍍溫度對(duì)Ni靶質(zhì)量影響

表3數(shù)據(jù)表明，隨著溫度的升高，鍍層質(zhì)量厚度增加，當(dāng)溫度大于40 ℃，鍍層變得粗糙，不再光滑平整。低溫條件電沉積有利于提升靶件表面光潔度，并且實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便易行，因此確定電鍍?cè)?0 ℃以下進(jìn)行。

3.1.5攪拌速度對(duì)靶層質(zhì)量和質(zhì)量厚度的影響

2.2節(jié)中其他條件不變，改變攪拌器旋轉(zhuǎn)速度為150、250、350 r/min，考察攪拌速度對(duì)靶層質(zhì)量和質(zhì)量厚度的影響，結(jié)果列于表4。

表4 旋轉(zhuǎn)速度對(duì)Ni靶質(zhì)量及質(zhì)量厚度的影響

表4數(shù)據(jù)表明，隨著旋轉(zhuǎn)速度上升，靶厚會(huì)有所降低，說(shuō)明金屬的沉積速率受到了攪拌器旋轉(zhuǎn)速度的影響，較快的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)降低金屬離子的沉積速率，但影響并不大。靶件表面質(zhì)量無(wú)明顯差異，均為光滑平整銀灰色，選定150～350 r/min作為電沉積條件。

3.2 最佳條件下的電鍍

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，確立了電沉積法制備N(xiāo)i靶的最佳工藝條件：Ni離子濃度40～50 g/L，鹽酸濃度0.05～0.5 mol/L，電沉積溫度20～50 ℃，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度150～350 r/min，電流密度10～35 mA/cm2。在上述工藝條件下制備的Ni靶，其SEM照片示于圖2。由圖2可見(jiàn)，靶件表面光滑、平整，靶層致密、牢固。

圖2 最佳條件下制備的Ni靶SEM圖(×500)Fig.2 Ni target surface in ×500 SEM

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)影響Ni靶層質(zhì)量和質(zhì)量厚度的主要因素，如Ni離子濃度，鹽酸濃度，電沉積溫度，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度，電流密度等的實(shí)驗(yàn)研究，確定電沉積法制備N(xiāo)i靶的最佳工藝條件。在此工藝條件下制備的Ni靶靶件表面光滑、平整，靶層致密、牢固，可作為Cyclotron-30質(zhì)子回旋加速器生產(chǎn)64Cu的靶材料。

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