一种高比活度Tb-161溶液的制备装置及方法 |
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| 申请号 | CN202311598436.0 | 申请日 | 2023-11-28 | 公开(公告)号 | CN117604250A | 公开(公告)日 | 2024-02-27 |
| 申请人 | 中国核动力研究设计院; | 发明人 | 张劲松; 陈云明; 李波; 彭楚乔; 罗宁; 胡映江; 吴建荣; 曾俊杰; 宋纪高; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高比活度Tb‑161溶液的制备装置及方法，属于 放射性 同位素制备技术领域。其包括：屏蔽 箱体 以及设在所述屏蔽箱体内设有靶料处理系统、分离系统、放射性检测系统和控制系统；所述分离系统用于对靶料溶液进行 吸附 ，并加入有机 羧酸 淋洗液进行淋洗，对获得的含Tb‑161洗脱液进行转有体系处理，获得含Tb‑161溶液。本发明提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，基于离子色谱法从辐照后的富集含‑Gd‑160靶料分离获得出Tb‑161，可显著提升铽‑161的收率和比活度，简化分离流程。分离时柱温恒定，大幅度降低了废液体积，缩短了分离时间，避免了钆拖尾现象造成的铽‑161比活度不足问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高比活度Tb‑161溶液的制备装置，其特征在于，包括：屏蔽箱体(100)以及设在所述屏蔽箱体(100)内设有靶料处理系统(110)、分离系统(120)、放射性检测系统(130)和控制系统(140)； |
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| 说明书全文 | 一种高比活度Tb‑161溶液的制备装置及方法技术领域背景技术[0002] 铽‑161具有合适的衰变特性，其半衰期为6.9d，衰变时发射平均能量为154keV的β‑射线、能量分别为48.92keV、57.19keV和74.57keV的γ射线以及大量俄歇电子。由于其γ射线能量较小，β‑射线能量适中且衰变过程中产生俄歇电子，因此特别的适合小肿瘤的治疗，以铽‑161为原料的放射性标记药物已经开始进行临床试验，临床试验效果良好。 [0003] 通过反应堆辐照富集钆‑160可以生成铽‑161，但辐照后还需要将靶料富集钆‑160与产物铽‑161进行放射化学分离以获得满足使用要求的铽‑161。目前，铽‑161的生产主要存在以下问题： [0004] 通过镧系树脂进行分离，其淋洗液体积较大，处理放射性废液成本较高，且需要至少两级分离才能实现彻底的分离，分离用时较长；由于分离过程中钆首先淋洗出，钆的拖尾现象无法避免，这会降低最终产物中铽‑161的比活度和铽‑161的收率；由于镧系树脂萃取剂在分离过程中会从基体上脱落，为了不影响分离效率，需要额外的工艺对脱落的萃取剂进行处理，这增加了分离装置的复杂度。也有使用镧系树脂进行第一级粗分离，再使用离子交换色谱进行第二级分离获得铽‑161的方法，这克服了第二级分离中钆的拖尾问题，显著提高了铽‑161的核纯度，但第一级分离淋洗液体积仍然较大。也有用离子色谱经一级分离直接获得铽‑161的报告，虽然实现了完全分离，但是处理量较小或者仍然需要两级连续分离才能实现钆铽的完全彻底分离。而且分离过程的自动化程度较低，导致装置需要通过机械手进行大量操作，包括了靶料处理、物料转移、放化分离等。同时淋洗液没有进行重复利用，导致不必要的放射性废液产生。另外，靶料溶解和溶液转体系操作有溶液加热步骤，存在较高的放射性照射风险。 发明内容[0005] 鉴于以上的不足，本发明拟提供一种高比活度Tb‑161溶液的制备装置及方法，以实现可远程控制，自动化程度高，结构简单，可以连续运行的高比活度Tb‑161溶液的制备。 [0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下： [0007] 本发明提供一种高比活度Tb‑161溶液的制备装置，包括：屏蔽箱体以及设在所述屏蔽箱体内设有靶料处理系统、分离系统、放射性检测系统和控制系统； [0008] 所述靶料处理系统，用于清洗和破碎靶管，并加入第一酸液对辐照后富集Gd‑160靶料溶解，获得靶料溶液； [0009] 所述分离系统，与所述靶料处理系统连通，用于对靶料溶液进行吸附，并加入有机羧酸淋洗液进行淋洗，对获得的含Tb‑161洗脱液进行转有体系处理，将含Tb‑161洗脱液的有机酸转换成无机酸后并降低无机酸浓度，获得含Tb‑161溶液； [0010] 所述放射性检测系统，与所述分离系统连通，用于监测分离过程中溶液的射线强度及对应射线的计量率的变化； [0011] 所述控制系统，根据所述放射性检测系统检测结果对所述分离系统运行流程进行控制。 [0013] 所述靶管清洗装置通过管道与所述靶料罐连通，所述靶料罐的进液口连通有第一酸液罐，所述靶料罐的出液口连通所述过滤器。 [0014] 进一步地，在所述的高比活度Tb‑161溶液的制备装置中，所述分离系统包括：色谱分离柱、靶料回收柱、第一转体系柱和第二转系统柱； [0015] 所述色谱分离柱通过管道与所述靶管清洗装置连通； [0016] 所述色谱分离柱的出水端分别连接所述靶料回收柱和第一转体系柱，所述第一转体系柱通过管道与所述第二转体系柱相连接； [0017] 所述色谱分离柱入口通过管道分别连接有第一有机羧酸淋洗液罐、第二有机羧酸淋洗液罐。 [0018] 进一步地，在所述的高比活度Tb‑161溶液的制备装置中，所述色谱分离柱和所述第一转体系柱分别通过管道连接有第二酸液罐，所述色谱分离柱的出口端、所述第一转体系柱分别通过管道连接有废液罐，所述靶料回收柱通过管道连接有待回收液罐。 [0019] 进一步地，在所述的高比活度Tb‑161溶液的制备装置中，所述放射性检测系统包括：采用碲锌镉为探头的探测器。 [0020] 本发明还提供一种高比活度Tb‑161溶液的制备方法，包括： [0021] 将辐照后的富集Gd‑160靶料溶解后，调节pH至2‑5，获得靶料溶液用作上柱液； [0022] 将上柱液经过滤后送入到色谱分离柱中吸附，采用pH值为3‑6的有机羧酸淋洗液淋洗，获得含Tb‑161淋洗液； [0023] 将淋洗液送入到第一转体系柱中采用第一盐酸淋洗液进行淋洗将洗脱液中的有机酸转换成无机酸，再送入第二转体系中洗脱液中以降低淋洗液中无机酸的浓度，得到获得含Tb‑161溶液。 [0024] 进一步地，在所述的高比活度Tb‑161溶液的制备方法中，所述有机羧酸淋洗液包括：醋酸、柠檬酸、酒石酸、α‑HIBA、草酸、乳酸中的一种或几种；所述有机羧酸淋洗液的浓度为0.05‑0.6mol/L。 [0025] 进一步地，在所述的高比活度Tb‑161溶液的制备方法中，采用的第一盐酸淋洗液的浓度为2‑5mol/L。 [0026] 进一步地，在所述的高比活度Tb‑161溶液的制备方法中，所述色谱分离柱的柱温为30～50℃，色谱分离柱的淋洗流速为8～16min/BV。 [0027] 进一步地，在所述的高比活度Tb‑161溶液的制备方法中，所述色谱分离采用的分离材料为阳离子交换树脂，第一转体系柱的分离材料为阳离子交换树脂，第二转体系的分离材料为酰胺树脂。 [0028] 本发明具有以下有益效果： [0029] 本发明提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，基于离子色谱法从辐照后的富集含‑Gd‑160靶料分离获得出Tb‑161，可显著提升铽‑161的收率和比活度，简化分离流程。采用色谱分离实现钆铽分离，其填料粒径分布均一，分离柱内表面光滑，故减少了多路径效应的影响；分离时柱温恒定。大幅度降低了废液体积，缩短了分离时间，避免了钆拖尾现象造成的铽‑161比活度不足问题。 [0030] 本发明提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，基于离子色谱分离实现钆铽分离，其填料粒径分布均一，分离柱内表面光滑，故减少了多路径效应的影响；分离时柱温恒定。大幅度降低了废液体积，缩短了分离时间，避免了钆拖尾现象造成的铽‑161比活度不足问题。设计的淋洗液回收系统还可以进一步减少淋洗体积。 [0031] 本发明提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，通过在线放射性检测系统对整个分离过程中的流出液中射线强度及对应射线的计数变化检测，并将变化传至上位机，由上位机根据探测结果，准确及时的切换分离过程，实现了连续分离，避免了使用人工进行阀门的切换这一操作步骤，大幅降低了人员的放射性照射时间。 [0032] 本发明提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，由于离子色谱淋洗剂为有机羧酸，且浓度较低，分离柱温较低，填料可以反复使用数十次以上；分离柱所用填料离径分布均一，柱内表面光滑，多路径效应影响显著下降，这显著提高了分离效率，降低淋洗液消耗体积和分离用时。 [0033] 本发明提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，通过酰胺树脂为分离材料的第二转换柱实现酸浓度的降低，从而代替加热蒸发后再次加稀酸这一传统方式；通过稀酸直接溶解靶料代替浓酸溶解后蒸干随后再用稀酸溶解这一传统方式。上述的操作可以减少操作步骤并有效降低放射性照射风险。 [0034] 本发明提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，高压泵无需耐强酸，同时实现了靶管转运、清洗、溶解等高放射性靶料的前处理操作，不需要复杂的电气设备即可完成靶料的前处理。分离过程采用以多通阀为连接的分离系统屏蔽箱内包括分离柱，泵，阀门在内的装置数量大幅降低，降低了器件故障率，提高了生产效率。附图说明 [0036] 图1为本发明的高比活度Tb‑161溶液的制备装置的结构示意图一； [0037] 图2为本发明的高比活度Tb‑161溶液的制备装置的结构示意图二。 [0038] 附图中标记及对应的零部件名称： [0039] 图中：100‑屏蔽箱体，110‑靶料处理系统，111‑靶管清洗装置，112‑靶料罐，113‑过滤器，114‑第一酸液罐，120‑分离系统，121‑色谱分离柱，122‑靶料回收柱，123‑第一转体系柱，124‑第二转系统柱，125‑第一有机羧酸淋洗液罐，126‑第二有机羧酸淋洗液罐，127‑第二酸液罐，128‑废液罐，129‑待回收液罐，130‑放射性检测系统，140‑控制系统。 具体实施方式[0040] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0041] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0042] 实施例1 [0043] 请参照图1和图2，本发明实施例提供的一种高比活度Tb‑161溶液的制备装置，包括：屏蔽箱体100以及设在所述屏蔽箱体100内设有靶料处理系统110、分离系统120、放射性检测系统130和控制系统140； [0044] 所述靶料处理系统110，用于清洗和破碎靶管，并加入第一酸液对辐照后的富集含Gd‑160靶料溶解，获得靶料溶液； [0045] 所述分离系统120，与所述靶料处理系统110连通，用于对靶料溶液进行吸附，并加入有机羧酸淋洗液进行淋洗，对获得的含Tb‑161洗脱液进行转有体系处理，将含Tb‑161洗脱液的有机酸转换成无机酸并降低无机酸浓度，获得含Tb‑161溶液； [0046] 所述放射性检测系统130，与所述分离系统120连通，用于监测分离过程中溶液的射线强度及对应射线的计量率的变化； [0047] 所述控制系统140，根据所述放射性检测系统130检测结果对所述分离系统120运行流程进行控制。 [0048] 本发明提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，通过靶管清洗装置111将装有靶料的石英管通过进行清洗，随后在靶料罐112中对靶管进行破碎及加入第一酸液对靶料进行溶解，获得用于制备铽‑161溶液的靶料溶液。完成上样后，通过有机酸羧酸对色谱分离柱121进行淋洗及浓度较高的盐酸对转体系柱的淋洗，完成钆铽的分离，随后将含铽‑161的较高的盐酸溶液通过第二转系统柱124杜作业，降低溶液盐酸浓度，获得可用于标记的铽‑161溶液。在分离过程中，通过放射性检测系统130对色谱分离柱121，靶料回收柱122，转体系柱的出液管路进行放射性检测，让操作人员即时了解钆铽分离进程，上位机可根据结果自动进行阀门通切换等操作，也可以由人工控制上位机进行相关操作。 [0049] 在本发明中，放射性屏蔽箱体100用于安装放置装置，并提供厚度≥20mm铅当量的屏蔽能力，降低操作人员受到放射性射线的剂量照射。箱体具有废液槽用于排放放射性废液至废液罐128。箱体背面安装有一条小车运输轨道，可实现箱体间的物料传输。相邻箱体间安装有贯穿孔，用于安装溶液管路、信号或电源线等。具体地，屏蔽箱体100尺寸为：宽2500×深1500×高1800mm，配套关节机械手2支，夹持力≥7kg，正面配制两块铅玻璃窥视窗，尺寸为500×600mm。配备废物丢弃孔道和地漏各1个，尺寸Ф150mm。背部配备小车运输轨道。运输小车及轨道与箱体背部平行，可在箱体小车门处停留，从而实现箱体间运输物料的目的。 [0050] 在本发明中，靶料处理系统110，具有靶管清洗和破碎及靶料溶解功能，靶管清洗后清洗液通过管线输送至废液罐128中收集，通过破碎靶管和第一酸液的加入对靶料溶解。 [0051] 在本发明中，分离系统120，主要由色谱分离柱121，第一转体系柱123、第二转系统柱124和靶料回收柱122组成，采用精简的泵、阀设计，通过不同阀组合实现用三台泵完成4根分离柱流程的运行，且仅有一个为要求较高的高压恒流泵。和高压泵及色谱分离柱121直接相连的阀需耐高压，其余阀对耐压无过多要求。色谱分离柱121材料为不锈钢，显著降低了装置的成本。在分离系统120中，由分离柱采用有机酸淋洗强酸性阳离子交换树脂，同时阳离子交换树脂也可以作为第一转体系柱123实现溶液体系由有机酸向盐酸溶液的转变，DGA树脂用于将溶液体系由高无机酸度转变为低无机酸酸度。具体地，色谱柱尺寸为Ф50×250mm，不锈钢材质，靶料回收柱122尺寸为Ф20×600mm，转体系柱为Ф10×60mm，均为PEEK材质。泵工作压力不低于15Mpa。 [0052] 在本发明中，放射性监控系统，采用多管线集中采集，由于铽‑161γ射线强度较低，如溴化镧一类的探头无法实现，故采用碲锌镉为探头的探测器检测，仅用1个探头完成多条管线放射性强度变化情况的效果的检测，并根据核素组成的变化由计算机系统控制实现阀门，泵的切换。 [0053] 进一步地，所述靶料处理系统110包括：靶管清洗装置111、靶料罐112和过滤器113； [0054] 所述靶管清洗装置111通过管道与所述靶料罐112连通，所述靶料罐112的进液口连通有第一酸液罐114，所述靶料罐112的出液口连通所述过滤器113。具体地，靶料溶解过程采用酸度为0.05‑0.1mol/L的盐酸直接搅拌溶解，不需要进行加热、蒸干后溶解的步骤来制备上样液，从第一转体系柱123中流出的Tb‑161溶液经过酰胺树脂柱实现酸度由高到低的转变，不需要蒸干后在加稀酸溶解的方式实现酸度的转变。 [0055] 进一步地，所述分离系统120包括：色谱分离柱121、靶料回收柱122、第一转体系柱123和第二转系统柱124； [0056] 所述色谱分离柱121通过管道与所述靶管清洗装置111连通； [0057] 所述色谱分离柱121的出水端分别连接所述靶料回收柱122和第一转体系柱123，所述第一转体系柱123通过管道与所述第二转体系柱相连接； [0058] 所述色谱分离柱121入口通过管道分别连接有第一有机羧酸淋洗液罐125、第二有机羧酸淋洗液罐126。其中，在色谱分离柱121后通过阀门控制，将第一有机羧酸淋洗液罐125中经过色谱分离柱121不含钆铽部分的淋洗液重复利用，进行循坏淋洗。 [0059] 进一步地，所述色谱分离柱121和所述第一转体系柱123分别通过管道连接有第二酸液罐127，所述色谱分离柱121的出口端、所述第一转体系柱123分别通过管道连接有废液罐128，所述靶料回收柱122通过管道连接有待回收液罐129。 [0060] 进一步地，所述放射性检测系统130包括：采用碲锌镉为探头的探测器。放射性检测系统130用于检测钆‑160和铽‑161核素，色谱分离柱121，靶料回收柱122，转体系柱出液管路穿过铅圆柱底座，可实现仅通过一个探测器检测所有柱子流出液中核素组成情况，并根据核素组成的变化由计算机系统控制实现阀门，泵的切换。 [0061] 在本发明装置中，还包括用于调节pH值的氨水罐，图中未指出 [0062] 本发明实施例提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置的操作流程为： [0063] 步骤1：利用机械手从运输小车上取下装有石英靶管的转运内桶，将内桶置于靶管清洗装置111中，加入去离子水至靶管清洗装置111内，当石英管浸泡完毕后，排出清洗溶液。通过机械手，将装有石英靶管的内桶从靶管清洗装置111中提起，并其通过机械手夹起转移至靶料罐112中。完成石英管转移后，用机械手操作砸锤将靶料罐112中石英靶管砸碎解体，反复砸5～10次后移走砸锤。随后加入第一酸液罐114中的稀盐酸(0.05‑0.1mol/L)进行搅拌溶解，待溶解完全加入浓氨水调节pH值到3，获得上柱液。 [0064] 步骤2：预处理后进行上柱操作； [0065] 步骤3：随后进行色谱分离柱121的预处理过程，色谱分离柱121用适量0.05mol/L的氯化铵进行淋洗，第一转体系柱123使用浓度为0.13mol/L，经过氨水调节pH至4.5的第一有机羧酸进行淋洗，第二转体系柱使用第二盐酸罐中较浓盐酸进行淋洗和靶料回收柱122用适量浓度为0.13mol/L，经过氨水调节pH至4.5的第一有机羧酸进行淋洗，淋洗液流入废液罐128中。 [0066] 通过高压泵将靶料罐112中液体经过滤器113后打入到色谱分离柱121中，使用过滤器113的目的是防止玻璃碎渣损坏高压泵，上柱后的废液流入废液罐128。进行上柱操作后，使用第一有机羧酸罐中0.13mol/L，经过浓氨水调节pH至4.5的第一有机羧酸进行淋洗，淋洗柱温度为40℃。此时根据在线放射性监测系统检测射线强度及对应射线的剂量率的变化情况，从而通过计算机控制切换分离流程。 [0067] 当色谱分离柱121流出液没有检测到钆‑159和铽‑161信号时，从色谱分离柱121中流出的淋洗液可用于对色谱分离柱121的循坏洗脱； [0068] 当色谱分离柱121流出液检测到铽‑161信号出现时，切换相应的阀门使得从色谱分离柱121流出液的走向从用于循坏洗脱转变至流入第一转体系柱123，最终产生的废液流入废液罐128。 [0069] 当色谱分离柱121流出液铽‑161信号消失时，使用第一有机羧酸罐中0.5mol/L，经过氨水调节pH至4.5的α‑HIBA淋洗色谱分离柱123，淋洗液流入废液罐128。当色谱分离柱121流出液被线放射性监测系统检测到钆‑159的信号出现后，切换相应的阀门使得色谱分离柱121的流出液走向从废液罐128变为靶料回收柱122，流经靶料回收柱122后最终产生的废液仍然流入废液罐128。 [0070] 当色谱分离柱121流出液中检测到的钆‑159信号迅速上升再下降至一个较低的平缓水平时，停止色谱分离柱121的淋洗过程。开始进行转体系操作，通过低压泵将第二盐酸罐127中的较浓盐酸(浓度2‑5mol/L)打入第一转体系柱123，第一转体系柱123流出液通入第二转体系柱中，随后流入废液罐128。 [0071] 当第一转体系柱123流出液检测到铽‑161信号出现后再次消失时，停止第一转体系柱123的淋洗，随后使用第一酸液罐114中的较稀盐酸(浓度0.05‑0.1mol/L)淋洗第二转体系柱，得到可用于标记的高比活度铽‑161。 [0072] 步骤4：通过低压泵将第二酸液罐127中的较浓盐酸(浓度2‑5mol/L)打入靶料回收柱122中，流出液进入待回收液罐129中，衰变数月后即可进行靶料回收有关操作。 [0073] 实施例2 [0074] 本发明实施例提供的一种高比活度Tb‑161溶液的制备方法，基于实施例1提供的高比活度Tb‑161溶液的制备装置，包括： [0075] 步骤1：将辐照后的富集Gd‑160靶料溶解后，调节pH至2‑5，获得靶料溶液用作上柱液； [0076] 步骤2：将上柱液经过滤后送入到色谱分离柱中吸附，采用pH值为3‑6的有机羧酸淋洗液淋洗，获得含Tb‑161淋洗液； [0077] 步骤3：将淋洗液送入到第一转体系柱中采用第一盐酸淋洗液进行淋洗将洗脱液中的有机酸转换成无机酸，再送入第二转体系柱，通过采用稀盐酸淋洗第二转体系柱的方法以降低淋洗液中无机酸的浓度，获得可用于标记的含Tb‑161溶液。 [0078] 进一步地，所述有机羧酸淋洗液包括：醋酸、柠檬酸、酒石酸、α‑HIBA、草酸、乳酸中的一种或几种；所述有机羧酸淋洗液的浓度为0.05‑0.6mol/L，可以为0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L等浓度。 [0079] 进一步地，采用的第一盐酸淋洗液的浓度为2‑5mol/L，可以为2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L、5mol/L等浓度。 [0080] 进一步地，所述色谱分离柱的柱温为30～50℃，可以为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃等温度。由色谱分离柱箱进行控制，整个上柱及淋洗过程中柱温度保持恒定，温度浮动小于±0.1摄氏度，柱温优选40℃。转体系柱和靶料回收柱均为常温。所述色谱分离柱填料粒径平均大小5‑20μm,粒径分布(d90‑d10)/d50≤1.5，色谱分离柱柱高为250‑350mm，柱直径25‑75mm，耐压性≥10Mpa；填料质量和具体柱直径根据上样量确认，填料质量不得小于上样量的1000倍。色谱柱内壁表面粗糙度小于0.4微米，其材质为不锈钢。 [0081] 色谱分离柱的淋洗流速为8～16min/BV，可以为8min/BV、10min/BV、12min/BV、14min/BV、16min/BV。 [0082] 进一步地，所述色谱分离采用的分离材料为阳离子交换树脂，该阳离子交换树脂可选型号为BioAG50W‑X8、AMINE*A6、Sykam Resin等；第一转体系柱的分离材料为阳离子交换树脂，该阳离子交换树脂可选型号为BioAG50W‑X8、AMINE*A6、Sykam Resin等；第二转体系的分离材料为酰胺树脂。 [0083] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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