EP1321948A1 - Method and device for generating radioisotopes from a target - Google Patents
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- G—PHYSICS
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- G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
- G21G1/04—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators
- G21G1/10—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators by bombardment with electrically charged particles
Definitions
- the present invention relates to a process and device for the production of radioisotopes from an essentially constituted target of an isotope precursor which is irradiated by a beam of accelerated particles, the radioisotope once produced being separated from its precursor.
- a particular application of this The invention relates to the production of palladium 103 from of rhodium 103.
- the rhodium-palladium 103 pair can be cited.
- the target consists of rhodium, as an isotope precursor, deposited on a copper support.
- This target is subjected to irradiation with a 14 MeV proton beam for 6 days, which induces a 103 Rh ⁇ 103 Pd reaction and makes it possible to obtain that approximately 1% of the rhodium 103 is transformed into palladium 103.
- the target is discharged and brought to an armored enclosure called a "hot cell" which is intended to allow the separation of the isotope from its precursor.
- the separation procedure described above is used.
- the target consisting of the copper support and of the rhodium-palladium mixture is dissolved in solid form with a solution of strong acid such as a NH 3 + H 2 SO 4 mixture.
- This dissolves the copper and keeps the rhodium and palladium in the form of precipitates. It then suffices to carry out a filtration at this time.
- the separation of palladium from the palladium-rhodium mixture will be obtained by electro-dissolution of the mixture in a hydrochloric acid solution with chlorine flow to improve the yield (Applied Radiat. Isot. 38 (2), pp.
- a final precipitation ends the process to isolate the palladium 103 from the rhodium 103 and condition it in the desired form.
- the present invention aims to provide a process and device for producing radioisotopes which does not have the disadvantages of the state of the technical.
- the present invention aims to provide a solution that reduces waste generation radioactive.
- the present invention further aims to provide a process in which the target is not destroyed, and can therefore be reused for a new production of radioisotope.
- the present invention further aims to provide a radioisotope with activity specific high.
- radioisotope and “radioisotope” of interest "will be used interchangeably to designate the radioisotope that we are trying to produce, while the "precursor” will mean, as its name suggests, the element from which it is sought to obtain said radioisotope interest.
- the radioisotope of interest is usually obtained by irradiation at using a proton beam from a solid target containing the precursor, the radioisotope of interest being produced within said target, also preferably in solid form.
- the separation of the radioisotope of interest and of the precursor will therefore be to subject the solid target to heat treatment to obtain a reaction effusion, i.e. thermal separation of the radioisotope of interest.
- the heat treatment used to getting this shedding can be any treatment operating by Joule effect.
- the energy intended for heat treatment can come from irradiation with a beam of charged particles such as electrons, by the beam used for the nuclear reaction, by infrared radiation, by laser treatment, by plasma treatment or any other heat treatment adequate.
- vacuum heating or under controlled inert atmosphere will provide quickly the desired bestowal effect.
- the heat treatment will occur at within an effusion chamber separate from the chamber irradiation in order to obtain said effusion.
- the collection and condensation stage can be carried out also within said effusion enclosure.
- this effusion chamber will be provided with means for collecting and condensing said radioisotope extract.
- Collection and condensation means can consist of a collection substrate such a ceramic, metallic or polymeric support, cold or cooled. Preferably, this substrate will have low adhesion characteristics.
- this separation step could be carried out within a separation enclosure separate from the effusion chamber.
- this separation enclosure includes an acid solution bath in which we can dip the collection substrate in view of obtaining a separation of the radioisotope from said collection substrate. Then it will be necessary to filter and separate said radioisotope for the purpose of condition in the desired form.
- the heat treatment can be done directly within of the irradiation chamber, for example directly by irradiation by the charged particle beam which has allowed to transmute the radioisotope.
- the means of collecting and condensation of the extracted radioisotope consist of a cold collection substrate.
- the collection substrate has an interlayer with low adhesion characteristics with the radioisotope.
- the device according to the invention further comprises means for separation of the radioisotope from said substrate collection.
- the means of decoupling consist of an enclosure of separation comprising an acid solution bath in which is arranged the collection substrate with the radioisotope.
- the present invention also relates in particular to the use of said method and of said device for the production of palladium 103 from rhodium 103.
- it relates to the reaction 103 Rh ( p, n ) 103 Pd by irradiation of a proton beam.
- pairs of metals can of course be envisaged for the implementation of the method (the couples 111 In / 111 Cd, 197 Hg / 197 Au, 95 Tc / 95 Mo, ).
- Figures 1a and 1b describe so schematic the various stages of the preparation process of the radioisotope according to a first and a second form of the present invention, respectively.
- FIGS 2a and 2b respectively describe effusion and separation chambers used for implementation of the methods according to the present invention.
- Figure 3 describes a second form of execution in which the irradiation steps and effusion can be performed directly on-line at within the irradiation chamber.
- Figures 4a and 4b describe so schematic a particle accelerator which can be used for the implementation of the method.
- Figure 4a corresponds to a perspective view of this device, while Figure 4b corresponds to a top view.
- FIG. 1a schematically describes the various stages of a first embodiment of the method for producing a radioisotope according to the present invention.
- step A-target preparation a question of target 3 comprising precursor 1 of the radioisotope 4 (step A-target preparation).
- Rh on a metal plate 2 which is in this case a copper plate. This is done usually by electrolysis, so as to obtain a depositing a thickness such as the proton beam used during irradiation (e.g. a beam of 14 MeV protons) loses at least three quarters of its energy within the target.
- other techniques deposits such as evaporation, deposition techniques by plasma (direct current (DC), radio frequency or microwave) vacuum or atmospheric plasma (plasma spraying) can be used.
- step B-irradiation Once the target 3 has been made, it is loaded into a cyclotron and subjected to a proton beam with an energy of 14 MeV for 6 days (step B-irradiation).
- the transmutation of 103 Rh into 103 Pd takes place at the rate of 0.225 mCi / mAH.
- a production of 28.8 Ci will be obtained for a continuous current of 1 mA, and taking into account the decrease.
- the amount of 103 Pd (radioisotope 4) harvested corresponds to less than 1% of the initial amount of 103 Rh (precursor 1) present on target 3.
- the irradiated target 3 is then discharged and transferred (step C-extraction and transfer) to a effusion chamber 17 as shown in FIG. 2a.
- This effusion enclosure is a shielded enclosure in which is carried out the bestowal (step D).
- the bestowal of a constituent out of an alloy is based on the phenomena following physical.
- the most volatile constituent here the palladium
- goes into the gas phase from the surface which results in a difference in concentration volatile constituent between the surface and the interior of the target.
- a flow of volatile constituent, from inside the target, towards the surface then takes birth. Evaporation of the volatile component continues, and reduces the concentration of volatile constituent within the target. Finally, the vapor of the volatile constituent is condensed and collected on a cold surface.
- the volatile constituent has a melting temperature lower than that of the other constituents of the alloy, or a higher partial spray pressure for a given temperature.
- Palladium and rhodium have melting temperatures of 1554.9 ° C and 1964 ° C.
- target 3 for example by heating electric, by Joule effect or by induction, of a beam electrons, infrared, laser, or DC plasma or radio frequency or microwave.
- the next step is then to collect and condense the palladium 4 extracted from the target 3 on a collection support 5 (step E) to then separate and collect it (step F), for example in the form of PdCl 2 .
- Figure 2a describes an effusion chamber 17 used according to the first embodiment of the method of the invention. It is of course a shielded enclosure in which the irradiated target 3 is transferred (step C of figure 1a) and which makes it possible to carry out the steps effusion (step D) of the radioisotope 4 out of the target 3 but also of capture and condensation (step E) of said radioisotope 4 extract.
- This target 3 is preferably heated under vacuum or under controlled atmosphere using means of heat treatment 18 in order to cause the diffusion of the palladium 4 within target 3 to its surface and its evaporation / sublimation out of it.
- the processing means thermal 18 are in the form of a simple electrical resistance. They must act in a minimum of time and should be very simple to regulate. In addition, they must allow target 3 to be preserved and saved integrity to allow its later use for future irradiations.
- Vacuuming and maintaining vacuum of the effusion chamber 17 are provided by a vacuum pump 19.
- Palladium 4 present in the the effusion chamber 17 in gaseous form is captured and condensed (step E of FIG. 1a) on a support 5 of collection.
- the collection support 5 is cold or cooled, to a temperature below the temperature of condensation of palladium 4.
- Palladium 4 is collected in solid or liquid form.
- Said substrate 5 is arranged close to the target under a protective bell 20.
- the collection substrate 5 is a cold ceramic support or metal and it has poor adhesion. he can for example present a non-adherent interlayer (not shown). By way of example, soluble polymers or fats can be used to achieve this interlayer.
- target 3 still contains practically the initial amount of rhodium, and it has not affected mechanically or chemically. She can therefore advantageously be reinstalled in the room of irradiation, for a new production campaign of palladium (step G).
- the collection substrate 5 is transferred using one transfer system to another enclosure called separation enclosure 21 in which the separation step (step F of FIG. 1a) of the radioisotope 4 and collection substrate 5 is performed.
- FIG. 2b describes such an enclosure of separation 21 towards which the collection substrate is bring.
- this separation enclosure 21 comprises a bath 22 of a solution so as to release the 103 Pd (radioisotope 4) in said solution.
- This separation can be obtained by chemical means, such as dissolving the interlayer and / or palladium, and / or mechanical means such as stirring.
- this solution is treated so as to isolate the 103 Pd (radioisotope 4) (step F of FIG. 1a) which is packaged in small vials using dose dispensers (“doses dispenser”).
- doses dispenser doses dispenser
- the activity of each vial is measured for control, and the product can then be used as a radiochemical.
- effusion chambers 17 and separation chambers 21 must be such that they can be easily decontaminated, can be integrated into a shielded "hot-cell" enclosure, equipped with an adequate target 3 transfer system, the irradiation chamber 10 towards the effusion chamber 17, and collection substrate 5 of the effusion chamber 17 to the separation enclosure 21 and are easy maintenance.
- the target 3 and collection substrate 5 should be itself easily removable, for example for verification, and easily decontaminable. It must also be secure.
- the effusion chamber 17 and separation chamber 21 can be combined into a single enclosure.
- Figure 1b schematically describes the various stages of a second embodiment of the process for producing a radioisotope according to the present invention in which the bestowal step is carried out on-line, i.e. directly within the room irradiation.
- step A The constitution of the target (step A) is done in the same way as in the first form of production.
- a substrate of collection 5 is installed in the irradiation chamber. he therefore it is not necessary to extract the target 3 for proceed to effusion-collection.
- This device allows simultaneously perform irradiation and effusion-collection (steps B, D and E simultaneously). energy necessary to heat the target is brought in all or partly by the beam of accelerated particles.
- the collection substrate 5 is extract from the irradiation chamber 10.
- the separation of palladium deposited (step F) is then carried out in the same way way as in the first embodiment.
- Target 3 can remain within the irradiation chamber 10.
- Figure 3 therefore describes a device suitable for the implementation of the second form of carrying out the method of the invention.
- the bedroom irradiation 10 are installed target 3 as well as the collection substrate 5.
- a set of vacuum pumps allows you to gradually reach the vacuum level important required within the accelerator.
- Figures 4a and 4b describe so schematic a particle accelerator which can be used for the implementation of the method. More precisely, Figure 24a is a perspective view of this accelerator, while Figure 4b is a top view of this same device.
- the device 7 further comprises a series auxiliary magnets which correspond to quadrupoles 13 and to sextupoles 14 and which have the function to focus the beam.
- a scanning magnet 16 allows, as its name suggests, to sweep target 3 using the radiation beam.
- the accelerator 6 can be constituted by a cyclotron which generates a proton beam exhibiting some discrepancy and which is corrected by the presence of collimators 15.
- collimators 15 The main purpose of these collimators 15 is to prevent part of the beam (20%) from hitting elements of the beam line and damaging them.
- collimators 15 can be removable and themselves coated with a layer of rhodium, so as to take advantage of the beam loss to directly produce 103 Pd (radioisotope 4).
- the collimators 15 must ability to meet the following requirements: ease of assembly / disassembly and placement in the line, very good cooling of the irradiated surface, ease of transfer to a lead container, easy disassembly in a "hot cell", mass of copper substrate minimal, surface to be covered with minimal rhodium, reuse for each irradiation of a maximum of components.
- Target 3 can also be installed directly inside the particle accelerator 6.
- target 3 and the collection substrate 5 can be used multiple successively. We thus have a process economical in rhodium, and producing little waste.
- the target can be made up entirely in the isotope precursor, or in an alloy comprising this isotope precursor.
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour la production de radio-isotopes à partir d'une cible essentiellement constituée d'un précurseur d'isotope que l'on irradie par un faisceau de particules accélérées, le radio-isotope une fois produit étant séparé de son précurseur.The present invention relates to a process and device for the production of radioisotopes from an essentially constituted target of an isotope precursor which is irradiated by a beam of accelerated particles, the radioisotope once produced being separated from its precursor.
Une application particulière de la présente invention concerne la production de palladium 103 à partir de rhodium 103.A particular application of this The invention relates to the production of palladium 103 from of rhodium 103.
La production habituelle de radio-isotopes s'effectue par bombardement ou irradiation d'une cible essentiellement constituée d'un précurseur d'isotope à l'aide d'un faisceau de particules accélérées.Usual production of radioisotopes by bombardment or irradiation of a target essentially consisting of an isotope precursor to using a beam of accelerated particles.
Il s'y produit une réaction nucléaire qui fait qu'une fraction du précurseur d'isotope présent est transformée en un radio-isotope. Il convient de noter que dans la plupart des cas, le radio-isotope créé est intimement mêlé au matériau précurseur d'isotope constituant la cible et reste de ce fait dans ladite cible.There is a nuclear reaction that fact that a fraction of the isotope precursor present is transformed into a radioisotope. It should be noted that in most cases the radioisotope created is intimately mixed with isotope precursor material constituting the target and therefore remains in said target.
Il convient également de noter qu'habituellement seuls quelques pour cents du précurseur sont transformés en radio-isotopes exploitables. It should also be noted that usually only a few percent of the precursor are transformed into exploitable radioisotopes.
Plusieurs types de procédés ont été proposés pour séparer le radio-isotope de son précurseur. L'un d'entre eux consiste essentiellement en une séparation chimique selon laquelle on dissout totalement la cible par exemple dans un acide fort. On effectue ensuite une filtration et éventuellement une électro-dissolution du radio-isotope et enfin une précipitation de ce dernier.Several types of process have been proposed to separate the radioisotope from its precursor. Mon of them basically consists of a separation chemical according to which the target is completely dissolved by example in a strong acid. We then perform a filtration and possibly electro-dissolution of the radioisotope and finally a precipitation of the latter.
On peut citer à titre d'exemple de cette méthode de séparation chimique, le couple rhodium-palladium 103. La cible est constituée par le rhodium, en tant que précurseur d'isotope, déposé sur un support de cuivre. Cette cible est soumise à une irradiation par un faisceau de protons de 14 MeV pendant 6 jours, ce qui induit une réaction 103 Rh → 103 Pd et permet d'obtenir qu'environ 1% du rhodium 103 soit transformé en palladium 103. Une fois l'irradiation terminée, la cible est déchargée et amenée vers une enceinte blindée appelée "hot cell" qui est destinée à permettre la réalisation de la séparation de l'isotope de son précurseur.As an example of this chemical separation method, the rhodium-palladium 103 pair can be cited. The target consists of rhodium, as an isotope precursor, deposited on a copper support. This target is subjected to irradiation with a 14 MeV proton beam for 6 days, which induces a 103 Rh → 103 Pd reaction and makes it possible to obtain that approximately 1% of the rhodium 103 is transformed into palladium 103. Once once the irradiation is complete, the target is discharged and brought to an armored enclosure called a "hot cell" which is intended to allow the separation of the isotope from its precursor.
Afin de séparer le rhodium du palladium, on utilise la procédure de séparation décrite ci-dessus. En particulier, on dissout la cible constituée du support cuivre et de mélange rhodium - palladium sous forme solide avec une solution d'acide fort tel qu'un mélange NH3 + H2SO4. Ceci permet de dissoudre le cuivre et de maintenir le rhodium et le palladium sous forme de précipités. Il suffit alors d'effectuer à ce moment une filtration. La séparation du palladium du mélange palladium - rhodium sera obtenue par électro-dissolution du mélange dans une solution d'acide chlorhydrique avec flux de chlore pour améliorer le rendement (Applied Radiat. Isot. 38(2), pp.151-157 (1987)), suivie par une étape de séparation effectuée par exemple par complexation du palladium à l'aide d'alpha-furil dioxine (AFD) afin d'extraire sélectivement le palladium par la méthode d'extraction liquide-liquide (Radiochim. Radioanal. Lett. 48(1), pp.15-19 (1981)). Une dernière précipitation termine le processus pour isoler le palladium 103 du rhodium 103 et le conditionner sous la forme désirée.In order to separate rhodium from palladium, the separation procedure described above is used. In particular, the target consisting of the copper support and of the rhodium-palladium mixture is dissolved in solid form with a solution of strong acid such as a NH 3 + H 2 SO 4 mixture. This dissolves the copper and keeps the rhodium and palladium in the form of precipitates. It then suffices to carry out a filtration at this time. The separation of palladium from the palladium-rhodium mixture will be obtained by electro-dissolution of the mixture in a hydrochloric acid solution with chlorine flow to improve the yield (Applied Radiat. Isot. 38 (2), pp. 151-157 (1987 )), followed by a separation step carried out for example by complexation of palladium using alpha-furil dioxin (AFD) in order to selectively extract the palladium by the liquid-liquid extraction method (Radiochim. Radioanal. Lett. 48 (1), pp. 15-19 (1981)). A final precipitation ends the process to isolate the palladium 103 from the rhodium 103 and condition it in the desired form.
Il est également possible de provoquer une dissolution chimique du rhodium 103 en vue de récupérer seulement le palladium 103 au moyen d'une solution de NaAuCl4 (Appl. Radiat. Isot. 48(3), pp.327-331 (1997)) et de séparer le rhodium du palladium en utilisant une solution d'α-benzoinoxime (ABO).It is also possible to cause a chemical dissolution of rhodium 103 in order to recover only palladium 103 using a solution of NaAuCl4 (Appl. Radiat. Isot. 48 (3), pp. 327-331 (1997)) and to separate rhodium from palladium using a α-benzoinoxime solution (ABO).
Cependant, on observe tout d'abord, que quelles que soient les méthodes de séparation utilisées, le rendement maximum jamais atteint décrit dans la littérature se situe aux alentours des 90%.However, we observe first of all, that whatever the separation methods used, the maximum yield ever achieved described in the literature is around 90%.
En outre, la mise en oeuvre de telles techniques est complexe et il y a génération d'effluents qui peuvent se révéler dangereux et polluants.In addition, the implementation of such techniques is complex and there is generation of effluents which can be dangerous and polluting.
Il convient également de noter que malheureusement, ce procédé de séparation détruit totalement la cible, et de ce fait le rhodium, qui est un matériau particulièrement onéreux. Par conséquent, la cible ne pourra être réutilisée pour une prochaine irradiation.It should also be noted that unfortunately this separation process destroys totally the target, and therefore rhodium, which is a particularly expensive material. Therefore, the target cannot be reused for a future irradiation.
En outre, les solutions acides utilisées pour la séparation seront polluées par des déchets radioactifs et nécessiteront une décontamination, ce qui augmente de manière importante le coût du procédé.In addition, the acid solutions used for separation will be polluted with radioactive waste and will require decontamination, which increases by significantly the cost of the process.
Enfin, pour effectuer la dernière précipitation, un entraíneur est nécessaire, par exemple le palladium 102, dont l'utilisation réduit l'activité spécifique du palladium 103. Finally, to perform the last precipitation, a trainer is required, for example the palladium 102, the use of which reduces activity specific for palladium 103.
La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de production de radio-isotopes qui ne présente pas les inconvénients de l'état de la technique.The present invention aims to provide a process and device for producing radioisotopes which does not have the disadvantages of the state of the technical.
La présente invention vise à fournir une solution qui permet de réduire la production de déchets radioactifs.The present invention aims to provide a solution that reduces waste generation radioactive.
La présente invention vise en outre à fournir un procédé dans lequel la cible n'est pas détruite, et peut donc être réutilisée pour une nouvelle production de radio-isotope.The present invention further aims to provide a process in which the target is not destroyed, and can therefore be reused for a new production of radioisotope.
La présente invention vise en outre à permettre d'obtenir un radio-isotope avec une activité spécifique élevée.The present invention further aims to provide a radioisotope with activity specific high.
La présente invention se rapporte à un procédé de production d'un radio-isotope d'intérêt à partir d'une cible comportant un précurseur dudit radio-isotope, à l'aide d'un faisceau de particules accélérées, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- préparation d'une cible comportant le précurseur du radio-isotope, éventuellement lié à un support métallique,
- irradiation, au sein d'une chambre d'irradiation, de ladite cible par un faisceau de particules accélérées, en vue d'induire la transmutation du précurseur en le radio-isotope,
- chauffage de ladite cible en vue de provoquer l'effusion du radio-isotope hors de la cible,
- collecte dudit radio-isotope extrait sous forme gazeuse et condensation dudit radio-isotope sous forme solide ou liquide.
- preparation of a target comprising the precursor of the radioisotope, optionally linked to a metal support,
- irradiation, within an irradiation chamber, of said target with a beam of accelerated particles, with a view to inducing the transmutation of the precursor into the radioisotope,
- heating said target in order to cause the radioisotope to effuse out of the target,
- collecting said extracted radioisotope in gaseous form and condensing said radioisotope in solid or liquid form.
On notera que dans la description qui suit, les expressions « radio-isotope » et « radio-isotope d'intérêt » seront indifféremment utilisées pour désigner le radio-isotope que l'on cherche à produire, tandis que le terme « précurseur » désignera, comme son nom l'indique, l'élément à partir duquel on cherche à obtenir ledit radio-isotope d'intérêt.Note that in the following description, the expressions "radioisotope" and "radioisotope" of interest "will be used interchangeably to designate the radioisotope that we are trying to produce, while the "precursor" will mean, as its name suggests, the element from which it is sought to obtain said radioisotope interest.
Dans le procédé selon l'invention, le radio-isotope d'intérêt est généralement obtenu par irradiation à l'aide d'un faisceau de protons d'une cible solide contenant le précurseur, le radio-isotope d'intérêt étant produit au sein de ladite cible, également de préférence sous forme solide.In the method according to the invention, the radioisotope of interest is usually obtained by irradiation at using a proton beam from a solid target containing the precursor, the radioisotope of interest being produced within said target, also preferably in solid form.
La séparation du radio-isotope d'intérêt et du précurseur consistera donc à soumettre la cible solide à un traitement thermique pour obtenir une réaction d'effusion, c'est-à-dire de séparation thermique du radio-isotope d'intérêt.The separation of the radioisotope of interest and of the precursor will therefore be to subject the solid target to heat treatment to obtain a reaction effusion, i.e. thermal separation of the radioisotope of interest.
Dans ce but, il doit s'agir de couples précurseur/radio-isotope d'intérêt qui présentent des températures de fusion et d'ébullition relativement différentes l'une de l'autre, de telle sorte que le traitement d'effusion permette d'obtenir une diffusion du radio-isotope au sein même de la cible, son extraction ou échappement par évaporation et sublimation, tandis que le précurseur de la cible reste présent au sein de ladite cible de préférence sous forme solide.For this purpose, they must be couples precursor / radioisotope of interest which exhibit relatively melting and boiling temperatures different from each other, so that the effusion treatment allows diffusion of the radioisotope within the target itself, its extraction or exhaust by evaporation and sublimation, while the target precursor remains present within said preferably in solid form.
Le traitement thermique mis en oeuvre pour obtenir cette effusion peut être tout traitement fonctionnant par effet Joule. The heat treatment used to getting this shedding can be any treatment operating by Joule effect.
A titre d'exemple, l'énergie destinée au traitement thermique peut provenir de l'irradiation par un faisceau de particules chargées telles des électrons , par le faisceau utilisé pour la réaction nucléaire, par rayonnement infrarouge, par un traitement au laser, par traitement plasma ou tout autre traitement thermique adéquat.For example, the energy intended for heat treatment can come from irradiation with a beam of charged particles such as electrons, by the beam used for the nuclear reaction, by infrared radiation, by laser treatment, by plasma treatment or any other heat treatment adequate.
A titre d'exemple, un chauffage sous vide ou sous atmosphère inerte contrôlée permettra d'obtenir rapidement l'effet d'effusion désiré.For example, vacuum heating or under controlled inert atmosphere will provide quickly the desired bestowal effect.
Selon une première forme d'exécution de la présente invention, le traitement thermique se produira au sein d'une enceinte d'effusion distincte de la chambre d'irradiation en vue d'obtenir ladite effusion.According to a first embodiment of the present invention, the heat treatment will occur at within an effusion chamber separate from the chamber irradiation in order to obtain said effusion.
Selon une forme d'exécution encore préférée, l'étape de collecte et de condensation pourra s'effectuer également au sein de ladite enceinte d'effusion.According to a still preferred embodiment, the collection and condensation stage can be carried out also within said effusion enclosure.
Dans ce but, et de manière particulièrement avantageuse, cette enceinte d'effusion sera pourvue de moyens de collecte et de condensation dudit radio-isotope extrait.For this purpose, and particularly advantageous, this effusion chamber will be provided with means for collecting and condensing said radioisotope extract.
Les moyens de collecte et de condensation peuvent être constitués par un substrat de collection tel un support céramique, métallique ou polymérique, froid ou refroidi. De préférence, ce substrat présentera de faibles caractéristiques d'adhérence.Collection and condensation means can consist of a collection substrate such a ceramic, metallic or polymeric support, cold or cooled. Preferably, this substrate will have low adhesion characteristics.
Selon cette forme d'exécution, une étape supplémentaire de séparation du radio-isotope extrait, collecté et condensé sur le substrat de collection devra se produire. Éventuellement, cette étape de séparation pourra être effectuée au sein d'une enceinte de séparation distincte de l'enceinte d'effusion. Avantageusement, cette enceinte de séparation comprend un bain de solution acide dans laquelle on peut tremper le substrat de collection en vue d'obtenir une désolidarisation du radio-isotope dudit substrat de collection. Ensuite, il sera nécessaire de filtrer et séparer ledit radio-isotope en vue de le conditionner sous la forme désirée.According to this embodiment, a step additional separation of the extracted radioisotope, collected and condensed on the collection substrate should be produce. Eventually, this separation step could be carried out within a separation enclosure separate from the effusion chamber. Advantageously, this separation enclosure includes an acid solution bath in which we can dip the collection substrate in view of obtaining a separation of the radioisotope from said collection substrate. Then it will be necessary to filter and separate said radioisotope for the purpose of condition in the desired form.
Selon une autre forme d'exécution, le traitement thermique peut s'effectuer directement au sein de la chambre d'irradiation, par exemple directement par irradiation par le faisceau de particules chargées qui a permis de réaliser la transmutation du radio-isotope.According to another embodiment, the heat treatment can be done directly within of the irradiation chamber, for example directly by irradiation by the charged particle beam which has allowed to transmute the radioisotope.
Un autre objet de l'invention concerne un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de production d'un radio-isotope, ledit dispositif comprenant les moyens suivants :
- des moyens d'irradiation d'une cible comportant un précurseur d'isotope en vue d'induire une transmutation du précurseur en le radio-isotope,
- des moyens de chauffage en vue de provoquer l'effusion du radio-isotope au sein de ladite cible,
- des moyens de collecte et de condensation du radio-isotope extrait.
- means for irradiating a target comprising an isotope precursor in order to induce a transmutation of the precursor into the radioisotope,
- heating means with a view to causing the radioisotope to shed within said target,
- means for collecting and condensing the extracted radioisotope.
De préférence, les moyens de collecte et de condensation du radio-isotope extrait sont constitués par un substrat de collection froid.Preferably, the means of collecting and condensation of the extracted radioisotope consist of a cold collection substrate.
De préférence, le substrat de collection présente une inter-couche présentant de faibles caractéristiques d'adhérence avec le radio-isotope.Preferably, the collection substrate has an interlayer with low adhesion characteristics with the radioisotope.
De préférence, le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens de désolidarisation du radio-isotope dudit substrat de collection.Preferably, the device according to the invention further comprises means for separation of the radioisotope from said substrate collection.
De manière avantageuse, les moyens de désolidarisation sont constitués par une enceinte de séparation comprenant un bain de solution acide dans laquelle est disposé le substrat de collection avec le radio-isotope.Advantageously, the means of decoupling consist of an enclosure of separation comprising an acid solution bath in which is arranged the collection substrate with the radioisotope.
La présente invention se rapporte également en particulier à l'utilisation dudit procédé et dudit dispositif pour la production de palladium 103 à partir de rhodium 103. En d'autres termes, elle concerne la réaction 103Rh (p,n) 103Pd par irradiation d'un faisceau de protons.The present invention also relates in particular to the use of said method and of said device for the production of palladium 103 from rhodium 103. In other words, it relates to the reaction 103 Rh ( p, n ) 103 Pd by irradiation of a proton beam.
D'autres exemples de couples de métaux peuvent être bien entendu envisagés pour la mise en oeuvre du procédé (les couples 111In/111Cd, 197Hg/197Au, 95Tc/95Mo,...).Other examples of pairs of metals can of course be envisaged for the implementation of the method (the couples 111 In / 111 Cd, 197 Hg / 197 Au, 95 Tc / 95 Mo, ...).
Les figure 1a et 1b décrivent de manière schématique les diverses étapes du procédé de préparation du radio-isotope selon une première et une seconde forme d'exécution de la présente invention, respectivement.Figures 1a and 1b describe so schematic the various stages of the preparation process of the radioisotope according to a first and a second form of the present invention, respectively.
Les figures 2a et 2b décrivent respectivement les enceintes d'effusion et de séparation utilisées pour la mise en oeuvre des procédés selon la présente invention.Figures 2a and 2b respectively describe effusion and separation chambers used for implementation of the methods according to the present invention.
La figure 3 décrit une seconde forme d'exécution dans laquelle les étapes d'irradiation et d'effusion peuvent être effectuées directement on-line au sein de la chambre d'irradiation.Figure 3 describes a second form of execution in which the irradiation steps and effusion can be performed directly on-line at within the irradiation chamber.
Les figures 4a et 4b décrivent de manière schématique un accélérateur de particules qui peut être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé. La figure 4a correspond à une vue en perspective de ce dispositif, tandis que la figure 4b correspond à une vue de dessus. Figures 4a and 4b describe so schematic a particle accelerator which can be used for the implementation of the method. Figure 4a corresponds to a perspective view of this device, while Figure 4b corresponds to a top view.
La figure 1a décrit de manière schématique
les diverses étapes d'une première forme d'exécution du
procédé de production d'un radio-isotope selon la présente
invention. On se réfère à la préparation du radio-isotope
103Pd, référencé 4, à partir d'une cible 3 comportant du
rhodium 103Rh, précurseur d'isotope, référencé 1, par
irradiation par un faisceau de protons.FIG. 1a schematically describes the various stages of a first embodiment of the method for producing a radioisotope according to the present invention. Reference is made to the preparation of the radioisotope 103 Pd, referenced 4, from a
Au départ, il s'agit tout d'abord de préparer
la cible 3 comportant le précurseur 1 du radio-isotope 4
(étape A-préparation de la cible). Pour ce faire, on
effectue un dépôt de Rh sur une plaque métallique 2 qui est
dans le présent cas une plaque en cuivre. Ceci se fait
habituellement par électrolyse, de manière à obtenir un
dépôt d'une épaisseur telle que le faisceau de protons
utilisé pendant l'irradiation (par exemple un faisceau de
protons de 14 MeV) perde au moins les trois quarts de son
énergie au sein de la cible. Cependant, d'autres techniques
de dépôts comme l'évaporation, les techniques de dépôts par
plasma (courant continu (DC), radiofréquence ou micro-ondes)
sous vide ou plasma atmosphérique (plasma spraying)
peuvent être utilisées.Initially, it is first of all a question of
Dans le cas d'une cible 3 inclinée à 10° par
rapport à la direction du faisceau, une épaisseur de 50 µm
suffit pour des protons de 14 MeV.In the case of a
Une fois la cible 3 réalisée, celle-ci est
chargée dans un cyclotron et soumise à un faisceau de
protons d'une énergie de 14 MeV pendant 6 jours (étape B-irradiation).
La transmutation du 103Rh en 103Pd s'effectue
au taux de 0,225 mCi/mAH. Au terme de 144 heures, on
obtiendra, pour un courant de 1 mA continu, et en tenant
compte de la décroissance, une production de 28,8 Ci. Once the
Il convient de noter que la quantité de 103Pd
(radio-isotope 4) récoltée correspond à moins de 1 % de la
quantité initiale de 103Rh (précurseur 1) présente sur la
cible 3.It should be noted that the amount of 103 Pd (radioisotope 4) harvested corresponds to less than 1% of the initial amount of 103 Rh (precursor 1) present on
Dans cette première forme d'exécution de
l'invention, il convient de maintenir la température de la
cible 3 à tout moment inférieure à la température
d'effusion du palladium au sein du rhodium. S'il n'en était
pas ainsi, le palladium sortirait de la cible, et se
condenserait sur les parois environnantes.In this first embodiment of
the invention, the temperature of the
La cible 3 irradiée est alors déchargée et
transférée (étape C-extraction et transfert) vers une
enceinte d'effusion 17 telle que représentée à la fig. 2a.
Cette enceinte d'effusion est une enceinte blindée dans
laquelle est effectuée l'effusion (étape D).The
L'effusion d'un constituant hors d'un alliage (en dehors de cet alliage) est basée sur les phénomènes physiques suivants. Le constituant le plus volatil (ici le palladium) passe en phase gazeuse, à partir de la surface, ce qui entraíne une différence de concentration en constituant volatil entre la surface et l'intérieur de la cible. Un flux de constituant volatil, de l'intérieur de la cible, vers la surface, prend alors naissance. L'évaporation du constituant volatil se poursuit, et réduit la concentration en constituant volatil au sein de la cible. Finalement, la vapeur du constituant volatil est condensée et recueillie sur une surface froide.The bestowal of a constituent out of an alloy (apart from this alloy) is based on the phenomena following physical. The most volatile constituent (here the palladium) goes into the gas phase from the surface, which results in a difference in concentration volatile constituent between the surface and the interior of the target. A flow of volatile constituent, from inside the target, towards the surface, then takes birth. Evaporation of the volatile component continues, and reduces the concentration of volatile constituent within the target. Finally, the vapor of the volatile constituent is condensed and collected on a cold surface.
On notera qu'il est nécessaire que le constituant volatil ait une température de fusion inférieure à celle des autres constituants de l'alliage, ou une pression partielle de vaporisation supérieure pour une température donnée. Le palladium et le rhodium ont respectivement des températures de fusion de 1554.9°C et 1964°C.Note that it is necessary that the volatile constituent has a melting temperature lower than that of the other constituents of the alloy, or a higher partial spray pressure for a given temperature. Palladium and rhodium have melting temperatures of 1554.9 ° C and 1964 ° C.
Au sein de l'enceinte d'effusion 17, on
chauffe la cible 3 par exemple au moyen d'un chauffage
électrique, par effet Joule ou par induction, d'un faisceau
d'électrons, d'infrarouges, d'un laser, ou d'un plasma DC
ou radio-fréquence ou micro-onde.Within the
L'étape suivante consiste ensuite à collecter
et condenser le palladium 4 extrait de la cible 3 sur un
support de collection 5 (étape E) pour ensuite le séparer
et le recueillir (étape F), par exemple sous forme de
PdCl2.The next step is then to collect and condense the
La figure 2a décrit une enceinte d'effusion
17 utilisée selon la première forme d'exécution du procédé
de l'invention. Il s'agit bien sûr d'une enceinte blindée
dans laquelle la cible 3 irradiée est transférée (étape C
de la figure 1a) et qui permet de réaliser les étapes
d'effusion (étape D) du radio-isotope 4 hors de la cible 3
mais également de captation et condensation (étape E) dudit
radio-isotope 4 extrait.Figure 2a describes an
Cette cible 3 est chauffée de préférence sous
vide ou sous atmosphère contrôlée à l'aide de moyens de
traitement thermique 18 en vue de provoquer la diffusion du
palladium 4 au sein de la cible 3 jusqu'à sa surface et son
évaporation / sublimation hors de celle-ci. Une température
comprise entre 800°C et 1750°C convient pour provoquer
l'effusion du palladium 4 hors de la matrice de rhodium
(cible 3).This
Avantageusement, les moyens de traitement
thermique 18 se présentent sous la forme d'une simple
résistance électrique. Ils doivent agir en un minimum de
temps et doivent être très simples à réguler. En outre, ils
doivent permettre de préserver la cible 3 et d'en sauver
l'intégrité afin de permettre son utilisation ultérieure
pour de prochaines irradiations.Advantageously, the processing means
thermal 18 are in the form of a simple
electrical resistance. They must act in a minimum of
time and should be very simple to regulate. In addition, they
must allow
La mise sous vide et le maintien sous vide de
l'enceinte d'effusion 17 sont assurés par une pompe à vide
19.Vacuuming and maintaining vacuum of
the
Le palladium 4 présent au sein de la
l'enceinte d'effusion 17 sous forme gazeuse est capté et
condensé (étape E de la figure 1a) sur un support 5 de
collection. Le support de collection 5 est froid ou
refroidi, à une température inférieure à la température de
condensation du palladium 4. Le palladium 4 est recueilli
sous forme solide ou liquide.
Ledit substrat 5 est disposé à proximité de
la cible sous une cloche de protection 20.Said
De manière particulièrement avantageuse, le
substrat de collection 5 est un support froid en céramique
ou en métal et il présente une mauvaise adhérence. Il peut
par exemple présenter une intercouche non adhérente (non
représentée). A titre d'exemple, des polymères solubles ou
des graisses peuvent être utilisés pour réaliser cette
intercouche.Particularly advantageously, the
A l'issue de l'opération d'effusion et de
collecte (étapes D et E), la cible 3 contient encore
pratiquement la quantité initiale de rhodium, et elle n'a
pas été affectée mécaniquement ou chimiquement. Elle peut
donc avantageusement être réinstallée dans la chambre
d'irradiation, pour une nouvelle campagne de production de
palladium (étape G).At the end of the bestowal operation and
collection (steps D and E),
Ensuite, le substrat 5 de collection est
transféré à l'aide d'un système de transfert vers une autre
enceinte appelée enceinte de séparation 21 dans laquelle
l'étape de séparation (étape F de la figure 1a) du
radio-isotope 4 et du substrat de collection 5 est
effectuée. La figure 2b décrit une telle enceinte de
séparation 21 vers laquelle le substrat de collection est
amené.Then, the
De manière avantageuse, cette enceinte de
séparation 21 comprend un bain 22 d'une solution de manière
à libérer le 103Pd (radio-isotope 4) dans ladite solution.
Cette séparation peut être obtenue par des moyens
chimiques, tels qu'une dissolution de l'intercouche et/ou
du palladium, et/ou des moyens mécaniques tels qu'une
agitation.Advantageously, this
Ensuite, cette solution est traitée de manière à isoler le 103Pd (radio-isotope 4) (étape F de la figure 1a) qui est conditionné dans de petites fioles à l'aide de distributeurs de doses (« doses dispenser »). L'activité de chaque fiole est mesurée pour contrôle, et le produit peut ensuite être utilisé en tant que produit radio-chimique.Then, this solution is treated so as to isolate the 103 Pd (radioisotope 4) (step F of FIG. 1a) which is packaged in small vials using dose dispensers (“doses dispenser”). The activity of each vial is measured for control, and the product can then be used as a radiochemical.
Il convient de noter que les différents
éléments des enceintes d'effusion 17 et de séparation 21
doivent être tels qu'ils soient facilement décontaminables,
intégrables au sein d'une enceinte blindée "hot-cell",
équipés d'un système de transfert adéquat de la cible 3, de
la chambre d'irradiation 10 vers l'enceinte d'effusion 17,
et du substrat de collection 5 de l'enceinte d'effusion 17
vers l'enceinte de séparation 21 et soient faciles
d'entretien.It should be noted that the different
elements of
Le système de transfert de la cible 3 et du
substrat de collection 5 doit être lui-même facilement
démontable, par exemple en vue d'une vérification, et
facilement décontaminable. Il doit en outre être sécurisé.The
L'enceinte d'effusion 17 et de séparation 21
peuvent être combinées en une seule et unique enceinte.The
La figure 1b décrit de manière schématique les diverses étapes d'une seconde forme d'exécution du procédé de production d'un radio-isotope selon la présente invention, dans laquelle l'étape d'effusion est réalisée on-line, c'est-à-dire directement au sein de la chambre d'irradiation.Figure 1b schematically describes the various stages of a second embodiment of the process for producing a radioisotope according to the present invention in which the bestowal step is carried out on-line, i.e. directly within the room irradiation.
La constitution de la cible (étape A) se fait
de la même manière que dans la première forme de
réalisation. Comme montré à la figure 3, un substrat de
collection 5 est installé dans la chambre d'irradiation. Il
n'est donc pas nécessaire d'extraire la cible 3 pour
procéder à l'effusion-collecte. Ce dispositif permet de
réaliser simultanément l'irradiation et l'effusion-collecte
(étapes B, D et E simultanées). L'énergie
nécessaire pour chauffer la cible est apportée en tout ou
en partie par le faisceau de particules accélérées. A
l'issue de l'irradiation, le substrat de collection 5 est
extrait de la chambre d'irradiation 10. La séparation du
palladium déposé (étape F) est ensuite réalisée de la même
manière que dans la première forme de réalisation. La cible
3 peut rester au sein de la chambre d'irradiation 10.The constitution of the target (step A) is done
in the same way as in the first form of
production. As shown in Figure 3, a substrate of
La figure 3 décrit donc un dispositif
approprié à la mise en oeuvre de la seconde forme
d'exécution du procédé de l'invention. Dans la chambre
d'irradiation 10 sont installés la cible 3 ainsi que le
substrat de collection 5. Un ensemble de pompes à vides
permet d'atteindre de proche en proche le niveau de vide
important requis au sein de l'accélérateur.Figure 3 therefore describes a device
suitable for the implementation of the second form
of carrying out the method of the invention. In the
Les figures 4a et 4b décrivent de manière schématique un accélérateur de particules qui peut être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé. Plus précisément, la figure 24a est une vue en perspective de cet accélérateur, tandis que la figure 4b est une vue de dessus de ce même dispositif.Figures 4a and 4b describe so schematic a particle accelerator which can be used for the implementation of the method. More precisely, Figure 24a is a perspective view of this accelerator, while Figure 4b is a top view of this same device.
Comme illustré sur ces figures, l'accélérateur de particules 7 comprend :
- une source capable de générer un faisceau de particules,
l'accélérateur 6 lui-même,un circuit 9 d'acheminement du faisceau,- un aimant de déviation 11 qui permet de diriger le faisceau de particules soit vers un système de pompage 12 destiné à contrôler la qualité des paramètres du faisceau, soit vers une enceinte blindée 10 constituant la chambre d'irradiation placée en bout de ligne.
- a source capable of generating a particle beam,
- the
accelerator 6 itself, - a
beam routing circuit 9, - a
deflection magnet 11 which makes it possible to direct the particle beam either to apumping system 12 intended to control the quality of the parameters of the beam, or to a shieldedenclosure 10 constituting the irradiation chamber placed at the end of the line.
Entre l'accélérateur 6 et l'aimant de
déviation 11, le dispositif 7 comprend en outre une série
d'aimants auxiliaires qui correspondent à des quadrupôles
13 et à des sextupôles 14 et qui ont pour fonction
d'assurer une focalisation du faisceau.Between the
On notera également que juste à la sortie de
l'accélérateur 6 se trouvent des collimateurs 15.Note also that just outside of
there are
Par ailleurs un aimant de balayage 16 permet,
comme son nom l'indique, de balayer la cible 3 à l'aide du
faisceau d'irradiation.Furthermore, a
De manière classique, on dispose la cible 3
obtenue dans la chambre 10 en bout de ligne de faisceau de
l'accélérateur 6 de particules chargées. De manière
avantageuse, l'accélérateur 6 peut être constitué par un
cyclotron qui permet de générer un faisceau de protons
présentant une certaine divergence et qui est corrigé par
la présence des collimateurs 15.Conventionally, we have
Ces collimateurs 15 ont essentiellement pour
but d'empêcher qu'une partie du faisceau (20%) ne frappe
des éléments de la ligne du faisceau et ne les endommage.
Avantageusement, ces collimateurs 15 peuvent être amovibles
et eux-mêmes revêtus d'une couche de rhodium, de manière à
profiter de la perte de faisceau pour produire directement
du 103Pd (radio-isotope 4). The main purpose of these
Dans ce but, les collimateurs 15 doivent
pouvoir répondre aux exigences suivantes: facilité de
montage / démontage et placement dans la ligne, très bon
refroidissement de la surface irradiée, facilité de
transfert vers un container en plomb, facilité de démontage
dans une « hot cell », masse de substrat en cuivre
minimale, surface à recouvrir en rhodium minimale,
réutilisation pour chaque irradiation d'un maximum de
composants.For this purpose, the
La cible 3 peut également être installée
directement à l'intérieur de l'accélérateur de particules
6.
Tant dans la première que dans la seconde
forme de réalisation de l'invention, la cible 3 et le
substrat de collection 5 peuvent être utilisés plusieurs
fois successivement. On dispose ainsi d'un procédé
économique en rhodium, et produisant peu de déchets.Both in the first and in the second
embodiment of the invention,
L'invention ne doit pas être considérée comme limitée aux exemples de réalisation préférés décrits ci-dessus. En particulier, la cible peut être constituée entièrement en le précurseur d'isotope, ou en un alliage comprenant ce précurseur d'isotope.The invention should not be considered as limited to the preferred embodiments described above. In particular, the target can be made up entirely in the isotope precursor, or in an alloy comprising this isotope precursor.
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