Développement de cibles de Cr naturel et enrichi pour la production de Manganèse

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1167 (2023) Citer cet article

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Le 52Mn est un radiométal PET prometteur avec une demi-vie de 5,6 jours et une énergie moyenne des positrons de 242 keV. Généralement, le chrome d'abondance isotopique naturelle est utilisé comme matériau cible pour produire cet isotope par la réaction nat/52Cr(p,n)52Mn. Bien que le Cr naturel soit un matériau cible approprié, du 52Mn de plus grande pureté pourrait être produit en passant à des cibles enrichies en 52Cr pour empêcher la coproduction de 54Mn à vie longue (t1/2 = 312 jours). Malheureusement, les cibles 52Cr ne sont pas rentables sans processus de recyclage en place. Ce travail vise donc à explorer les voies permettant de préparer des cibles Cr qui pourraient être recyclées. Des feuilles de Cr naturel, des pastilles de poudre métallique, de l'oxyde de chrome 52 enrichi et des cibles électrolytiques de Cr (III) ont été étudiées dans ce travail. Chacune de ces cibles cyclotroniques a été irradiée et le 52Mn produit a été purifié, lorsque cela était possible, à l'aide d'un système semi-automatique. Une purification améliorée par échange d'anions en phase solide à partir de mélanges éthanol-HCl a abouti à des récupérations de 94,5 ± 2,2 % de 52Mn. La configuration de cible la plus prometteuse pour produire une cible recyclable était le Cr(III) électrolytique. Ce travail présente plusieurs voies pour optimiser les cibles enrichies en Cr pour la production de 52Mn de haute pureté.

Le manganèse-52 (52Mn) est un radiométal émetteur de positons qui peut être utilisé pour des études de longue durée utilisant la tomographie par émission de positons (TEP). De plus, étant donné que le Mn non radioactif a déjà été utilisé comme agent améliorant le contraste pour l'IRM améliorée au manganèse (MEMRI), le 52Mn radioactif peut être combiné avec le Mn non radioactif pour créer un agent de contraste améliorant le signal à double modalité pour l'imagerie avec PET/IRM1.

L’une des voies de production les plus courantes du 52Mn est le nat/52Cr(p,n)52Mn. Plusieurs chercheurs ont rendu compte de la préparation et de la caractérisation de cibles de Cr d'abondance isotopique naturelle (Cr naturel). (Tableau 1). D'autres méthodes ont utilisé des cibles en vanadium pour produire du 52Mn via un bombardement avec du 3He. Cependant, il n'existe qu'un nombre limité d'accélérateurs capables d'accélérer ces particules2.

Le Cr naturel se compose de 4 isotopes du Cr dont 50Cr (4,35 %), 52Cr (83,79 %), 53Cr (9,50 %) et 54Cr (2,37 %). Étant donné que le Cr naturel contient un pourcentage élevé de 52Cr, il s’agit d’une voie peu coûteuse pour produire du 52Mn. Malheureusement, les réactions qui se produisent sur les trois autres isotopes stables du Cr peuvent conduire à la production de plusieurs radiocontaminants via ce matériau cible irradié comme le montre le tableau 2. Si les sections efficaces et les seuils de ces réactions sont pris en compte et que le faisceau de protons l'énergie est maintenue en dessous de ~ 13 MeV, seules deux de ces impuretés, 52mMn et 54Mn, sont observées dans les spectres gamma après irradiation du chrome naturel1,9,10,11. Des études antérieures ont optimisé les paramètres du bombardement grâce à des mesures de section efficace10. Une autre solution pour empêcher la production de ces impuretés à vie longue serait d’utiliser une cible enrichie en 52Cr.

Par conséquent, nous visions à développer des cibles enrichies en 52Cr en utilisant une chimie qui permettrait de recycler le matériau cible pour fabriquer de nouvelles cibles à un coût réduit. Des cibles de Cr naturel ont été utilisées pour réaliser des études de faisabilité des procédés de production, de purification et de recyclage avant le passage au 52Cr. Le Cr peut être acheté sous de nombreuses formes différentes, notamment de la poudre, des feuilles et des tiges. Cependant, le 52Cr est généralement obtenu sous forme de poudre métallique. Les poudres de Cr peuvent être pressées dans des cibles de poudre à l'aide d'une presse hydraulique, réagies pour produire d'autres formes chimiques, telles que Cr2O3 ou CrCl3, ou déposées par galvanoplastie pour augmenter le potentiel de cibles recyclables enrichies en 52Cr. Étant donné que le Cr(VI) est considéré comme ayant une toxicité plus élevée, ce travail a évité cet état d'oxydation et s'est concentré sur le Cr(III), moins toxique. Ce travail a examiné diverses espèces et configurations cibles de Cr pour explorer des cibles recyclables enrichies en 52Cr.