Desenvolvimento de alvos de Cr natural e enriquecido para produção de Manganês

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 1167 (2023) Citar este artigo

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52Mn é um radiometal PET promissor com meia-vida de 5,6 dias e energia média de pósitrons de 242 keV. Normalmente, o cromo com 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 poderia ser produzido através da transição para alvos de 52Cr enriquecidos para evitar a coprodução de 54Mn de longa vida (t1/2 = 312 dias). Infelizmente, as metas de 52Cr não são rentáveis ​​sem processos de reciclagem em vigor, portanto, este trabalho visa explorar rotas para preparar metas de Cr que possam ser recicladas. Folhas naturais de Cr, pellets de pó metálico, óxido de cromo-52 enriquecido e alvos galvanizados com Cr (III) foram investigados neste trabalho. Cada um desses alvos cíclotron foi irradiado, e o 52Mn produzido foi purificado, quando possível, utilizando um sistema semiautomático. Uma purificação melhorada por troca aniônica em fase sólida de misturas de 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, como o Mn não radioativo foi usado anteriormente como agente intensificador 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 intensificador de sinal de dupla modalidade para 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 utilizaram alvos de vanádio para produzir 52Mn através do bombardeamento com 3He, no entanto, existe apenas um número limitado de aceleradores que têm a capacidade de acelerar estas partículas2.

O Cr natural 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 através deste material alvo irradiado, como mostrado na Tabela 2. Se as seções transversais e os limiares dessas reações forem levados em consideração e o feixe de prótons a energia é mantida abaixo de ~ 13 MeV, apenas duas dessas impurezas, 52mMn e 54Mn, são observadas nos espectros gama após irradiação do cromo natural . Estudos anteriores otimizaram os parâmetros de bombardeio através de medições de seção transversal . Outra solução para evitar a produção destas impurezas de longa duração seria utilizar um alvo enriquecido com 52Cr.

Portanto, nosso objetivo era desenvolver alvos enriquecidos de 52Cr usando produtos químicos que permitiriam a reciclagem do material alvo para criar novos alvos a um custo reduzido. As metas de Cr Natural foram usadas para realizar estudos de viabilidade para processos de produção, purificação e reciclagem antes da transição para o 52Cr. O Cr pode ser adquirido em muitas formas diferentes, incluindo pó, folhas e bastões; no entanto, o 52Cr é normalmente obtido na forma de pó metálico. Os pós de Cr podem ser prensados ​​em alvos de pó usando uma prensa hidráulica, reagir para produzir outras formas químicas, como Cr2O3 ou CrCl3, ou galvanizados para aumentar o potencial de alvos recicláveis ​​enriquecidos com 52Cr. 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 recicláveis ​​enriquecidos com 52Cr.