葛巨龍

(中國核動力研究設(shè)計院，成都 610041)

125I是一種半衰期較長的放射性核素(T1/2=59.407 d)，通過電子俘獲釋放能量為27.0 keV的γ射線，伴隨發(fā)射能量35.5 keV的γ射線。由于125I半衰期較長、γ射線能量低、無β輻射，對人體組織產(chǎn)生的輻射損傷小，因此125I在生物醫(yī)學(xué)、放射免疫體外診斷和近距離植入治療腫瘤等方面得到了廣泛應(yīng)用。了解125I的生產(chǎn)工藝和國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀、國內(nèi)市場對該核素的需求情況以及前景，對開展125I的應(yīng)用研究有重要的參考價值。

1 125I生產(chǎn)工藝

這兩個次級核反應(yīng)，產(chǎn)生半衰期為13.11 d且能量較高的126I，降低了125I的產(chǎn)額，對125I產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響，天然124Xe的豐度僅為0.096%，往往需要采用高富集度的124Xe作為靶材料在反應(yīng)堆內(nèi)進行短時間照射，以增加125I的產(chǎn)量，降低126I含量。

目前利用124Xe氣體在反應(yīng)堆中輻照生產(chǎn)125I的方法有高壓靶筒分批輻照法、連續(xù)循環(huán)回路法和間歇循環(huán)回路法。

1.1 高壓靶筒分批輻照法[1]

高壓靶筒分批輻照法的主要特點是要制備高壓124Xe的氣體靶，設(shè)計加工一種特殊結(jié)構(gòu)的耐高壓的鋁筒，經(jīng)清洗、烘干后連接到真空系統(tǒng)中，抽空靶筒內(nèi)的空氣，用液氮冷卻靶筒，充入一定數(shù)量濃縮124Xe后焊接密封。在常溫下靶筒內(nèi)壓強往往有幾個或幾十個大氣壓，高壓124Xe靶筒經(jīng)檢漏合格，放入反應(yīng)堆適當(dāng)?shù)目椎纼?nèi)進行輻照。經(jīng)反應(yīng)堆照射一定時間后，取出124Xe靶筒放置冷卻一個月，125Xe盡可能全部衰變成125I，副反應(yīng)由125I生成的126I衰變至允許水平。將124Xe靶筒運回生產(chǎn)車間，用液氮冷阱冷卻124Xe靶筒，降低靶筒內(nèi)壓力，使125I盡可能多地吸附在靶筒內(nèi)壁上，然后進行切割，放走天然124Xe氣體或回收濃縮124Xe氣體。最后用0.1 mol/L的NaOH(或添加適當(dāng)濃度的亞硫酸鈉)溶液提取125I，再通過蒸餾、離子交換或吸附等方法純化得到125I產(chǎn)品。

該生產(chǎn)方法的主要缺點是：125Xe和125I的熱中子反應(yīng)截面比124Xe大很多，在長時間輻照下，次級核反應(yīng)使得125I的產(chǎn)額下降造成損失；125I(n,γ)126I反應(yīng)生成的126I含量往往占125I的百分之幾到十幾，需要通過較長時間衰變使126I在125I產(chǎn)品中的含量降至1%以下來滿足使用要求，因此125I產(chǎn)品的衰變損失也很大。

1.2 連續(xù)循環(huán)回路法[3]

為了降低126I產(chǎn)生的影響，盡可能減少125I的損失，提出了一種在反應(yīng)堆旁邊設(shè)計建造一個密閉回路系統(tǒng)來生產(chǎn)125I的連續(xù)循環(huán)回路。布置在反應(yīng)堆中輻照位置的輻照瓶內(nèi)124Xe氣體受到熱中子輻照產(chǎn)生125Xe，然后125Xe連續(xù)不斷地被轉(zhuǎn)移到位于非中子活性區(qū)的衰變瓶內(nèi)衰變產(chǎn)生125I，而衰變瓶內(nèi)的124Xe包括一小部分125Xe再返回中子活性區(qū)繼續(xù)輻照，如此循環(huán)。為了使125Xe在非活性區(qū)停留足夠長的時間讓其衰變并減少衰變瓶的容積，設(shè)計了一個6.8×105Pa、-80 ℃低溫的裝置，使Xe保持在液體狀態(tài)。Xe在環(huán)路內(nèi)的流動，主要依靠衰變瓶出口一端加熱蒸發(fā)少量液態(tài)Xe產(chǎn)生的壓差來實現(xiàn)。

由于循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，很多反應(yīng)堆旁邊也不便建立這種裝置，因此連續(xù)循環(huán)法在國內(nèi)沒有在生產(chǎn)實踐中得到推廣。

1.3 間歇循環(huán)回路法[4]

間歇循環(huán)回路是一種密閉的常壓回路系統(tǒng)，其生產(chǎn)原理介于高壓靶筒分批輻照法和連續(xù)循環(huán)回路法之間。該循環(huán)回路系統(tǒng)內(nèi)的124Xe氣體不連續(xù)循環(huán)，而是讓124Xe氣體在反應(yīng)堆活性區(qū)輻照一定時間后，將124Xe(包括125Xe)氣體全部轉(zhuǎn)移到反應(yīng)堆活性區(qū)以外的衰變瓶(置于液氮冷阱)內(nèi)，待125Xe充分衰變成125I以后，用液氮或干冰冷卻衰變瓶，125I被吸附在衰變瓶的內(nèi)壁上，然后讓124Xe氣體重新回到反應(yīng)堆活性區(qū)的輻照瓶內(nèi)。每批生產(chǎn)可進行一次循環(huán)或多次循環(huán)，每批操作循環(huán)完成以后，取下衰變瓶，送到生產(chǎn)車間進行125I提取、純化和分裝。

2 國內(nèi)125I生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 高壓靶筒分批輻照法生產(chǎn)125I

中國核動力研究設(shè)計研究院和中國原子能科學(xué)研究院都曾采用高壓靶筒分批輻照法生產(chǎn)125I。 劉宜樹等[5]采用冷焊密封124Xe靶件工藝，向4個100 mL的靶容器中裝入總質(zhì)量50 g濃縮124Xe氣體，在中子注量率約為2.5×1014n/cm2·s的高通量反應(yīng)堆內(nèi)輻照4～5 d，出堆冷卻50～60 d，用液氮冷凍靶件20 min，打孔排放124Xe氣體，用含有一定量還原劑的0.1 mol/L NaOH溶液提取125I，再用銅基鉑(PCC)作為吸附劑純化。單個靶件得到125I活度167～219 GBq，放化純度大于98.5%，126I雜質(zhì)小于1.0%。

2.2 間歇循環(huán)回路法生產(chǎn)125I

中國原子能科學(xué)研究院繆增星等[6-7]依托492游泳池反應(yīng)堆，開展了堆照生產(chǎn)125I的間歇循環(huán)回路法工藝研究，優(yōu)化設(shè)計了包含一個輻照瓶、三個收集(衰變)瓶的125I間歇循環(huán)回路系統(tǒng)，建立了包括124Xe氣體輻照、125Xe氣體收集(衰變)、124Xe和125I分離、125I溶液提取的整套生產(chǎn)裝置，實現(xiàn)了高質(zhì)量125I自主安全生產(chǎn)。124Xe氣體富集度為20%，每次循環(huán)的輻照時間為1 d。反應(yīng)堆運行周期為10 d，每批生產(chǎn)可進行4～6次循環(huán)，具備了每批生產(chǎn)30 Ci125I的能力。Na125I溶液無載體、無還原劑，放化純度高于98.0%，125I核純度高于99.99%(不包括126I)，與進口Na125I溶液指標相當(dāng)。2008年5月實現(xiàn)正式生產(chǎn)，生產(chǎn)的Na125I溶液已用于原子高科125I密封籽源生產(chǎn)，替代了進口。

3 市場需求

125I在生物醫(yī)學(xué)、放射免疫體外診斷和近距離植入治療腫瘤方面得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是近年來，在放射物理和放射生物學(xué)蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)上，粒子植入治療計劃系統(tǒng)不斷提高與完善，植入治療設(shè)備不斷改進，近距離治療取得良好的臨床療效[8]。臨床上125I密封籽源適用于分化較好、分裂較慢的腫瘤細胞，已廣泛用于前列腺癌、肝癌、肺癌、胰腺癌、軟組織肉瘤、骨腫瘤、早期乳腺癌等近距離植入治療[9-16]。

目前，國內(nèi)125I密封籽源的生產(chǎn)廠家主要有原子高科、北京智博、上海欣科、天津賽德、寧波君安、成都云克、深圳阿爾文等。據(jù)不完全統(tǒng)計, 全國每月125I密封籽源的銷售量大約8萬粒，對125I原料的需求已超過每月5.55 TBq(150 Ci)，目前原料絕大部分依靠進口。

4 前景展望

中國核動力研究設(shè)計院擁有高通量工程試驗堆(HFETR)和岷江試驗堆(MJTR)，HFETR的功率為125 MW，最大熱中子注量率為6.2×1014n/cm2·s，MJTR的功率為5 MW，最大熱中子注量率為8.03×1013n/cm2·s。經(jīng)過分析，可以在MJTR反應(yīng)堆旁建設(shè)間歇循環(huán)回路系統(tǒng)，生產(chǎn)高品質(zhì)125I。

中國先進研究堆(CARR)功率為60 MW，重水反射層最高未擾熱中子注量率達8×1014n/cm2·s[17]，主要技術(shù)指標和性能達到當(dāng)前世界已建成的先進研究堆的水平，已于2012年3月實現(xiàn)滿功率運行。CARR已經(jīng)為125I生產(chǎn)預(yù)留了輻照孔道和場所，為實現(xiàn)百居里級125I的大規(guī)模生產(chǎn)提供了有利的條件。

中國工程物理研究院新建的CMRR已于2011年6月達到滿功率運行，配套的同位素生產(chǎn)線將在2013年竣工[18]。醫(yī)用放射性核素原料生產(chǎn)方面，計劃在生產(chǎn)線投產(chǎn)的初期開展125I生產(chǎn)，預(yù)計年產(chǎn)量100 Ci。

5 結(jié)束語

綜上所述，間歇循環(huán)回路系統(tǒng)可以生產(chǎn)高品質(zhì)的125I，但由于國內(nèi)僅中國原子能科學(xué)研究院依托游泳池式反應(yīng)堆建立了相應(yīng)系統(tǒng)，產(chǎn)能遠不能滿足國內(nèi)市場對高品質(zhì)125I原料的需求，大部分125I原料長期依賴進口。充分利用MJTR、CMRR和CARR三座反應(yīng)堆的輻照能力，建立相應(yīng)的間歇循環(huán)回路系統(tǒng)開展高品質(zhì)125I生產(chǎn)，替代進口，保障人民群眾健康的需要，不僅可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，而且將產(chǎn)生巨大的社會效益。

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