Сцинтиграфия, радионуклидная диагностика в ЦКБ РАН (Москва) – Записаться на обследование
Сцинтиграфия (радионуклидная диагностика) — современный метод лучевой диагностики, который используется для оценки функционирования различных органов и тканей. Такие методы диагностики, как рентген, УЗИ, КТ или МРТ ориентированы на выявление структурных изменений в тканях организма, и не всегда способны различить болезнь на ранних её стадиях, когда отклонения проявились на уровне биохимических изменений в тканях. В это время приходит на помощь сцинтиграфия, которую поэтому и называют молекулярной диагностикой. Радионуклидные методы исследования показаны при болезнях сердца, головного мозга, заболеваниях почек и печени, а также являются незаменимым методом в выявлении и оценке распространённости онкологических процессов.
Преимущества и подготовка к сцинтиграфии:
Выгодным отличием сцинтиграфии от других методов диагностики является распознавание патологического процесса на ранних стадиях заболевания, т.е. до того момента, как болезнь успела себя проявить.
Информация о функции органа и получение количественных характеристик степени его поражения на самых ранних стадиях.
В большинстве случаев сцинтиграфия не требует специальной подготовки, а противопоказанием к проведению сцинтиграфии является только беременность.
Радиофармпрепарат, который вводится при исследовании, обычно не вызывает никаких побочных эффектов, а лучевая нагрузка при сцинтиграфии сопоставима с рентгенографическими исследованиями.
Как проводится сцинтиграфия в Москве?
Сцинтиграфия проводится по современным протоколам и клиническим рекомендациям Европейского общества ядерной медицины (EANM) и Общества ядерной медицины и молекулярной визуализации (SNMMI).
В кровь пациента вводится небольшое количество вещества с радиоактивной меткой, которое накапливается в поврежденных или здоровых тканях.
Накопление регистрируется специальным чувствительным прибором – гамма-камерой.
Гамма-камера создает «фотографическое» изображение органов человека, накопивших введённый препарат.
Вводимое вещество практически безопасно для пациента, не вызывает аллергические реакции и быстро выводится из организма после исследования, что обеспечивает минимальную лучевую нагрузку. Процедура сканирования костей скелета и других органов протекает комфортно и безболезненно.
Сама процедура от введения радиофарм препарата до начала сцинтиграфического исследования занимает от 30 минут до 3 часов, в зависимости от вида исследования. Это необходимо для того, чтобы введенное вещество распределилось в теле человека. Исследование анализируют квалифицированные специалисты, врачи – радиологи, которые работают с каждым пациентом индивидуально. При необходимости результаты исследования консультируются сотрудниками кафедры лучевой диагностики и терапии Российского Национального Исследовательского Медицинского Университета (РНИМУ) им. Н.И. Пирогова в Москве, которая располагается на базе отделения. Заключение по результатам сцинтиграфии выдается в день исследования.
Можно обследовать практически любой орган, включая кости скелета, причём сделать обследование можно несколькими способами. При четко поставленной задаче и непрерывной обратной связи между врачом-радиологом и врачами клинических отделений, возможности сцинтиграфии практически безграничны, а помощь в постановке сложных диагнозов – неоценима, при этом цена обследования доступна для каждого пациента.
Показания и противопоказания к проведению исследования
Сканирование костей скелета рекомендуется сделать в следующих случаях:
- для выявления онкологических патологий с метастазированием в кости;
- для диагностики переломов и опухолевых процессов в костях;
- в качестве контролирующего метода за динамикой лечения;
- для определения зон с измененной костной тканью при дистрофических процессах.
Также сканирование костей скелета незаменимо, если рентгенография не смогла выявить трещины, переломы и прочие травмы костей.
Преимущества проведения сцинтиграфии у нас:
Наше отделение оснащено однофотонным эмиссионным компьютерным томографом, совмещенным с рентгеновским компьютерным томографом, что позволяет проводить исследования практически всех органов и систем человека, включая сканирование скелета, получая посрезовые изображения органов для точной локализации патологического процесса.
Каждое заключение подготавливается двумя врачами отделения (метод «двойного прочтения»), при необходимости с привлечением сотрудников кафедры лучевой диагностики и терапии ведущего медицинского университета России — РНИМУ им. Н.И. Пирогова.
Заключение выдаётся в день исследования, как правило, в течение 40-60 минут после завершения исследования.
При необходимости, бесплатно выполняются снимки в дополнительных проекциях или ОФЭКТ.
Современное отделение, построенное по современным строительным и санитарным нормам, оборудованное комнатой ожидания перед исследованием, обеспечит комфорт проведения процедуры, будь то сканирование скелета или любого другого органа.
Скачать брошюру «Сцинтиграфия»
В ЦКБ РАН проводятся разные типы сцинтиграфии:
Что такое радионуклидная диагностика? — НЦЗД
Радионуклидная диагностика (сцинтиграфия) это раздел лучевой диагностики, в котором для получения информации о строении и функции органа используется специальное вещество – радиофармпрепарат. Радиофармпрепарат в очень маленькой дозе, чаще всего это десятые доли миллилитра, вводится внутривенно в организм ребенка. Данное исследование позволяет получить уникальную информацию о функции органа, которую нельзя получить никаким другим способом.
Для проведения исследования применяется специальный аппарат – гамма-камера, которая имеет, так называемые, головки. Головки размещены на круглом основании – гентри гамма-камеры. Сама гамма-камера во время исследования не излучает никакой энергии и не шумит. В ее головки вмонтированы специальные приемники – детекторы, которые улавливают энергию от радиофармпрепарата. Специальное программное обеспечение преобразовывает эти импульсы в изображения.
Во время исследования ребенок лежит на столе гамма-камеры. Головки гамма-камеры могут располагаться под разными углами по отношению к ребенку (например, при нефросцинтиграфии они расположены сверху и снизу) или вращаться вокруг (при выполнении однофотонной эмиссионной компьютерной томографии, например, при сцинтиграфии миокарда). Само исследование, как и введение радиофармпрепарата, не сопровождается никакими субъективными ощущениями. Важно, чтобы ребенок сохранял неподвижность. Мы не используем наркоз для своих исследований. Самым маленьким пациентам исследования проводятся в состоянии сна.
ЭКГ — синхронизированная перфузионная ОФЭКТ миокарда в покое (перфузионная сцинтиграфия миокарда).
ЭКГ- синхронизированная перфузионная ОФЭКТ миокарда в покое малоинвазивный метод исследования, позволяющий оценить миокардиальную перфузию и сократимость в рамках одного исследования. Для проведения перфузионной сцинтиграфии миокарда мы применяем технециевый комплекс — 99mTc – метилизобутил изонитрила (99mТс – МИБИ). Данный препарат включается в миокард и печень, но из печени он быстро выводится, при этом уровень его захвата миокардом сохраняется неизменным в течение трех часов. Длительная фиксация препарата в миокарде связана с тем, что он включается в митохондрии кардиомиоцитов, пропорционально функциональной активности мышечной ткани. Оптимальные сцинтиграфические изображения получают через 60-90 минут после внутривенного введения препарата. Время записи томографического изображения на нашем аппарате составляет 33 минуты.
Показания к проведению перфузионной сцинтиграфии миокарда: кардиомиопатии различных фенотипов, некомпактный миокард, врожденные пороки сердца, воспалительные заболевания миокарда, состояния после оперативных вмешательств на сердце.
Диагностические возможности ЭКГ — синхронизированной перфузионной ОФЭКТ миокарда в покое: оценка перфузии миокарда на клеточном уровне, определение конечного систолического и диастолического объемов, определение фракции выброса левого желудочка, оценка подвижности сердечной стенки, выявление зон гипо-, акинеза и дискинеза, определение систоло-диастолического утолщения миокарда. Таким образом, данное исследование применяется для: оценки жизнеспособности миокарда, выявления признаков воспалительных изменений, определения характера и степени нарушения перфузии миокарда левого желудочка, выявление очагов фиброза, наблюдение в динамике для оценки эффективности терапии и определения прогноза заболевания.
Мы проводим исследование без наркоза, что накладывает ограничение по минимальному возрасту детей – целесообразно проводить данное исследование, начиная с пятилетнего возраста. В ряде случаев можно сделать исключение, тогда исследование выполняется в состоянии естественного сна.
Статическая нефросцинтиграфия
Статическая нефросцинтиграфия применяется для оценки размера, формы и расположения почек. В результате данного исследования оценивается количество функционирующей паренхимы как для обеих почек, так и для каждой отдельно. По равномерному или неравномерному включению радиофармпрепарата можно определить наличие очаговых изменений, которые могут быть связаны с рубцовыми изменениями почечной паренхимы. Проводится оценка жизнеспособности почки, наличия признаков ее функционирования. Показанием к проведению статической нефросцинтиграфии является: воспалительные заболевания почек, повреждение почек при нарушении уродинамики (пузырно-мочеточниковый рефлюкс и связанная с ним нефропатия), хронические инфекции мочевыделительной системы, аномалии развития мочевыделительной системы (гипоплазия почки, подковообразная почка, дистопированная почка и др.).
Для проведения исследования внутривенно вводится радиофармпрепарат 99мТс ДМСА (2,3-димеркаптоянтарная кислота). Особенностью этого препарата является его длительная фиксация в функционирующей почечной ткани. Исследование проводится через два-три часа после внутривенной инъекции радиофармпрепарата. Это время необходимо, чтобы препарат накопился в ткани почек. Длительность самого исследования составляет 20 минут. В результате мы получаем изображение почек в трех проекциях.
Мы проводим исследование без наркоза. Самым маленьким пациентам исследование выполняется в состоянии естественного сна.
Динамическая гепатобилисцинтиграфия
(динамическая сцинтиграфия печени с определением функции желчевыводящих путей)
Гепатобилисцинтиграфия проводится натощак, с пробным желчегонным завтраком на 30-й минуте (сливки 20%, для грудных детей — сцеженное молоко или смесь). Исследование начинается сразу в момент введения радиофармпрепарата (в количестве менее одного миллилитра). Внутривенно вводится радиофармпрепарат, который захватывается клетками печени и показывает функцию желчевыведения. Само исследование длится 60 минут. Такая продолжительность необходима для оценки функции печени и желчных проток. В случаях с нарушением оттока желчи может потребоваться дополнительный досмотр без повторного введения радиофармпрепарата.
Показаниями к проведению гепатобилисцинтиграфии являются: диффузные заболевания печени (гепатит, цирроз), состояния после трансплантации, заболевания желчного пузыря и желчевыводящих путей, нарушение транспорта желчи, склерозирующий холангит, желтухи, пороки развития печени, желчного пузыря, атрезия желчевыводящих путей.
В результате данного малоинвазивного исследования получаем уникальную информацию о проходимости желчных протоков, функционировании ткани печени, сократимости желчного пузыря, нарушении в работе сфинктеров.
Если у Вас возникли вопросы, Вы можете позвонить в наше отделение, и мы с радость на них ответим. Телефон: 8 (499) 132-34-29 с 10 до 15 часов.
Радионуклидная диагностика. Общие понятия
Радионуклидная диагностика (как диагностическая составляющая ядерной медицины) — неинвазивный высокочувствительный диагностический метод молекулярной визуализации, позволяющий получить ценную функциональную и анатомо-топографическую информацию, обеспечивающую выбор оптимальных лечебных мероприятий, оценку их эффективности и снижение числа осложнений. Это отличает его от методов анатомо-морфологической визуализации (КТ, УЗИ, МРТ), которые при их высокой чувствительности и специфичности не способны отразить динамику физиологических и биохимических процессов.
Именно возможность визуализации функциональных процессов дает преимущество методам радионуклидной диагностики по сравнению с другими методами лучевой диагностики.
Сцинтиграммы способны отражать физиологические и патофизиологические изменения, происходящие в организме. Это достигается за счет использования радиофармпрепаратов (РФП), способных накапливаться в определенных морфологических структурах, отражая физиологические и биохимические процессы и их динамику в органах и тканях.
Радиофармпрепарат (РФП) – тропное к органам и тканям или инертное химическое соединение, предназначенное для введения человеку с диагностической или лечебной целью и содержащее в своей молекуле определенный радиоактивный нуклид.
Практическое применение для радионуклидной диагностики имеют в основном Технеций99mTc, Йод123I и, в меньшей степени, Йод131I, Галлий67Ga, индий111In, Таллий 201Tl, которые по своим физическим, химическим и биологическим свойствам признаны оптимальными для проведения сцинтиграфических исследований.
Основным прибором для проведения сцинтиграфических (радионуклидных) исследований является гамма камера, позволяющая оценить распределение РФП в органах и тканях человека в пространстве и времени за счет статических и динамических исследований.
При статической сцинтиграфии запись проводится в такой отрезок времени, когда в исследуемой зоне перераспределение РФП и изменение радиоактивности будут мало изменяться, что позволит оценить количественно и качественно распределение РФП в органе, определенном участке тела или во всем организме. Сроки исследования пациента после введения РФП в каждой конкретной методики отличаются.
При динамической сцинтиграфии получение ряда изображений распределения РФП проводится в различные отрезки времени. Фактически происходит снятие серий статических сцинтиграмм, что позволяет изучить фазу биомеханического транспорта РФП (по просвету сосудов, бронхов; лимфатическим, желчным и мочевыводящим путям, кишечнику и т.д.) и фазу метаболического транспорта (через мембраны клеток, межклеточное пространство).
В 70-80 годы прошлого столетия появилась однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), которая позволила визуализировать распределение радиофармпрепарата, введенного в объект исследования, в виде сечений в различных плоскостях. С этого момента появляется возможность реконструировать сцинтиграфические изображения в трех основных (ортогональных) плоскостях, избегая наложения на исследуемый орган изображений соседних объектов, что на порядок увеличило пространственную разрешающую способность радионуклидной диагностики.
© В.Ю. Сухов, В.А. Поспелов «Методики радионуклидной диагностики», СПб, 2015 г.
Радионуклидная диагностика перфузии и вентиляции легких
Показания
- Метод выбора для подтверждения или исключения диагноза ТЭЛА, динамический контроль лечения ТЭЛА.
- Интерстициальные заболевания легких
- Предоперационная оценка пациентов при необходимости установить функциональный статус легких и объем планируемого оперативного вмешательства в пределах тканей с достаточно сохраненным кровоснабжением (перед трансплантацией, резекцией)
- Оценка причин легочной гипертензии
- Оценка врожденных пороков сердца и заболеваний легких (сердечные шунты, стеноз легочной артерии, артериовенозные свищи)
- Подтверждения наличия бронхоплеврального свища
- Диагностика хронических обструктивных болезней легких, диагностика сердечной недостаточности
Цель
Оценка перфузии и вентиляции легких.
РФП
Макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки крови (МАА), меченные 99m-Технецием (99mТс-МАА). Биологический период полувыведения РФП от 2 до 9 часов.
Микросферы человеческого альбумина (МСА) меченные, 99m-Технецием (99mТс-МСА)
Методика
Перфузионная сцинтиграфия легких
Принцип метода основан на временной эмболизации РФП артериоло-капиллярного русла (примерно 0,0001 его объема).
Подготовка: Специальной подготовки не требуется. Желательно наличие данных рентгенологических методов исследования.
Интерпретация изображений
Перфузионная сцинтиграфия легких
Отсутствие накопления РФП в какой либо области легких свидетельствует о нарушении кровотока в указанном регионе.
В левом легком интенсивность накопления РФП в норме может быть на 5%-7% ниже, чем в правом, что обусловлено строением самого органа и сосудистого русла легких.
Градиент распределения активности зависит от положения пациента.
В вертикальном положении – активность базальных сегментов выше, чем апикальных
В положении лежа на спине – активность задне-базальных сегментов нижних долей выше, чем передних (боковые проекции).
Существует ряд ограничений, при которых количество вводимых частиц агрегированного альбумина должно составлять не более 100 000 на одно исследование:
- дети до 15 лет
- больные с тяжелой легочно-артериальной гипертензией
- пациенты с пороками сердца, сопровождающимися сбросом крови справа налево
В некоторых случаях у больных с тяжелой бронхо-легочной патологией ингаляционную процедуру рекомендуется выполнять с небольшими перерывами для отдыха пациента.
ОФЭКТ
Применение ОФЭКТ предпочтительно при подозрении на наличии эмбола в просвете сегментарных и субсегментарных артерий. При планарных изображениях мелкие дефекты накопления РФП могут быть «замаскированы» прилежащими отделами нормально функционирующей паренхимы легких.
© В.Ю. Сухов, В.А. Поспелов «Методики радионуклидной диагностики», СПб, 2015 г.
Примеры изображений:
Нормальная сцинтиграмма легких
Фиброзно-кавернозный туберкулез правого легкого с отсутствием кровотока в нем (разрушенное легкое), туберкулема средней трети левого легкого
Фиброзно-кавернозный туберкулез обоих легких с нарушением кровотока в обоих легких
Снижение кровотока в верхних долях обоих легких при туберкулемах верхних долей
ТЭЛА (тромбоэмболия мелких ветвей легочной артерии обоих легких)
Подразделения
Телефоны отделения
Рентген-архив: +7 (4012) 578-423
Группа радиационной безопасности:
+7 (4012) 578-472
Ультразвуковая диагностика:
+7 (4012) 578-628
Медсестра, диспетчер диагностический центр:
+7 (4012) 578-461.
Радиоизотопная диагностика:
+7 (4012) 578-506, 578-533, 578-466.
Отдел Диагностики оснащен современным оборудованием российских и ведущих мировых производителей, что позволяет проводить широкий спектр современных диагностических обследований с использованием как традиционных рентгенологических, ультразвуковых и томографических методов, так и новых методик, таких как КТ — коронарография, КТ — перфузия головного мозга, виртуальная колоноскопия.
Проведение высокотехнологичных методов исследования помимо наличия специализированного оборудования требуют высокой квалификации специалистов. Врачи отделения постоянно повышают свой профессиональный уровень, участвуют в Российских и международных конференциях, проходят тематические курсы усовершенствования.
При обращении в диагностический кабинет пациент должен представить:
1. Направление установленного образца с реквизитами территориального ЛПУ (печать учреждения, подпись и личная печать врача) или направление от главного специалиста Министерства здравоохранения области или врача-консультанта поликлиники ОКБ. Срок действия направления 14 дней.
2. Паспорт.
3. Полис медицинского страхования.
4. Амбулаторную карту или выписку из неё с обоснованием назначения на лучевую диагностику, данными проведённых обследований и лечения, заключение (рекомендацию) врача-консультанта Калининградской ОКБ.
5. Результаты предыдущих лучевых исследований.
Приём пациентов заведующим отделом диагностики:
вторник-пятница 10.00 — 12.00
(каб. 501, диагностический центр т.: (4012) 578-691).
Старшая медсестра отдела, медсестра высшей категории — Решихина Алина Анатольевна
КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ
МЕТОД КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ основан на технике последовательного просвечивания тонким рентгеновским лучом объекта исследования (голова, шея, гортань, грудная полость, брюшная полость, органы таза, отделы позвоночника, суставы и т.д.) и математическом восстановлении изображения полученного «среза» на экране рабочей станции.
Принципом работы компьютерного томографа в общем виде является непрерывное послойное сканирование исследуемого пациента. При спиральной КТ возможно построение информативных двух — и трехмерных изображений внутренних органов, сосудов, костей и суставов.
ОБОРУДОВАНИЕ:
Компьютерный томограф DiscoveriCT 750HD— 64-срезовый, единственный в мире компьютерный томограф с гранатовым детектором, который позволяет получать исследования с очень высоким качеством и позволяет видеть более детальные анатомические изображения
РКТ SomatomSensation 40 — современный высокопроизводительный спиральный мультисрезовый компьютерный томограф с субмиллиметровым изотропным разрешением, уникальной концепцией безопасных низкодозных КТ обследований, оптимальной организацией всех рабочих процессов, обеспечением превосходного диагностического качества изображения
РКТ SomatomDefinitionAS 128 –спиральный мультисрезовый компьютерный томограф
Все исследования с использование источника ионизирующего излучения проводятся по обоснованному направлению лечащего врача.
ПРОВОДИМЫЕ КТ ИССЛЕДОВАНИЯ
НАТИВНЫЕ КТ ИССЛЕДОВАНИЯ (БЕЗ КОНТРАСТНОГО УСИЛЕНИЯ)
· КТ головного мозга
· КТ придаточных пазух носа, орбит
· КТ лицевого черепа
· КТ органов грудной клетки
· КТ исследования позвоночника (шейный, грудной, поясничный, пояснично-крестцовый отделы)
· КТ костно- суставной системы
· КТ органов грудной клетки
· КТ сердца для оценки коронарного кальциноза
· КТ органов брюшной полости и забрюшинного пространства без контрастирования
ИССЛЕДОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ РЕНТГЕНКОНТРАСТНЫХ ВЕЩЕСТВ
Для получения качественных изображений при исследовании сосудистых структур, сердца, а также для проведения дифференциальной диагностики заболеваний органов брюшной полости и малого таза проводятся исследования с внутривенным контрастным усилением. Контрастные препараты для КТ представляют собой соединения йода, наиболее безопасными из которых являются неионные контрастные вещества. Болюсное введение рентгенконтрастных препаратов осуществляется инжекторами фирмы «NEMOTO».
· КТ головного мозга с внутривенным контрастированием
· КТ ангиография сосудов головного мозга, шеи
· КТ ангиография грудной аорты, легочных артерий
· КТ сердца с внутривенным контрастированием
· КТ органов брюшной полости и забрюшинного пространства с внутривенным контрастированием
· КТ ангиография брюшного отдела аорты, висцеральных ветвей аорты
· КТ почек, почечных артерий с контрастированием
· КТ ангиография периферических сосудов
· Виртуальная колоноскопия
ПРИМИТЕ ВО ВНИМАНИЕ
Компьютерная томография связана с лучевой нагрузкой — проводятся по направлению врача, рекомендовавшего обследование при наличии строгих показаний. Объем исследования и необходимые методы дообследования определяет врач рентгенолог.
При любом КТ-исследовании необходимо представить историю болезни (амбулаторную карту), иметь на руках всю Rg-документацию, данные УЗИ, ФГДС, ФБС, колоноскопии, сцинтиографии.
При повторном МСКТ-исследовании НЕОБХОДИМО ПРЕДОСТАВИТЬ КТ-ГРАММЫ ВСЕХ ПРЕДЫДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
МРТ — МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ (МРТ) в настоящее время является одним из самых высоко информативных неинвазивных методов диагностики. При МР–томографии Rg излучение отсутствует, используется магнитное поле. Для проведения МРТ томографии существует ряд противопоказаний — клаустрофобия, наличие металлоконструкций в организме человека (вопрос о возможности проведения исследование решается индивидуально), установленные кардиостимуляторы.
ОБОРУДОВАНИЕ:
МРТ Optima 450W — высокопольный компьютерный томограф мощностью 1,5 Тесла, формирует изображения непревзойденного качества, учитывая геометрические особенности каждого пациента
МРТ SignaOvation— высокопольный компьютерный томограф
ПРОВОДИМЫЕ МРТ ИССЛЕДОВАНИЯ:
· МРТ головного мозга,
· МРТ гипофиза,
· МРТ позвоночника (шейного, грудного и поясничного отделов),
· МРТ мягких тканей,
· МРТ сустава,
· МРТ почек,
· МРТ простаты, мочевого пузыря, параректальной клетчатки,
· МРТ слуховых нервов,
· магнитно-резонансная перфузия центральной нервной системы,
· магнитно-резонансная диффузия центральной нервной системы.
Обследования проводятся, в том числе и с применением парамагнитных контрастных веществ.
ОБРАЩАЕМ ВНИМАНИЕ
Вы должны информировать персонал кабинета МРТ о наличие у вас каких-либо серьёзных проблем со здоровьем или о недавно перенесённых хирургических операциях. Некоторые болезни, такие как болезни почек, определяют выбор контрастного вещества. Пациенту желательно иметь с собой всю медицинскую документацию, относящуюся к зоне интереса: послеоперационные выписки, данные предыдущих исследований, таких как МРТ (снимки и заключения, если таковые имеются), УЗИ, КТ, направление лечащего врача. Эта информация нужна врачу до проведения диагностической процедуры, чтобы продумать и оптимально спланировать ход магнитно-резонансного исследования.
ПОДГОТОВКА К МРТ-ИССЛЕДОВАНИЮ
Указания по поводу принятия пищи или питья жидкости перед МРТ зависят от типа исследования. Если вам не дали специальных указаний, то вы можете следовать своему обычному распорядку дня и принимать лекарства в обычном режиме.
1. МРТ головного мозга, позвоночника, суставов
Специальная подготовка не требуется.
2. МРТ малого таза
· Мужчинам. За два часа до обследования не мочиться.
· Женщинам. Накануне диета, не способствующая газообразованиюкишечнике (сырые овощи, богатые растительной клетчаткой, цельное молоко, чёрный хлеб, бобовые, газированные напитки, а также высококалорийные кондитерские изделия — пирожные, торты). Обследование проводиться не натощак. За два часа до обследования 2 таблетки Но-шпы (любой другой спазмолитик). За два часа до обследования рекомендуется выпить 1 литр ананасового сока. Исследование проводится при среднем наполнении мочевого пузыря. Женщинам важно указать день менструального цикла.
3. МРТ органов брюшной полости (печень, желчный пузырь, поджелудочная железа, селезенка)
Исключить из рациона продукты, усиливающие газообразование в кишечнике (сырые овощи, богатые растительной клетчаткой, цельное молоко, чёрный хлеб, бобовые, газированные напитки, а также высококалорийные кондитерские изделия — пирожные, торты). Перед исследованием допускается лёгкий завтрак.
4. МРТ при беременности
Если Вы беременны, обязательно сообщите об этом врачу перед исследованием. Беременность не является противопоказанием к МРТ, но не совсем ясно какое воздействие оказывает магнитное поле на плод. МРТ не рекомендуют проводить в первые 3 месяца беременности — лучше отложить обследование или выбрать альтернативный метод.
ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ:
Абсолютно ПРОТИВОПОКАЗАНО проходить МРТ исследование пациентам, имеющим следующие импланты:
1. Внутренний (встроенный) дефибриллятор,
2. кардиостимулятор,
3. кохлеарный (ушной) имплант,
4. клипсы, используемые при мозговой аневризме,
5. дозаторы медикаментозных средств (вшитые инсулиновые помпы).
Некоторые лица, страдающие клаустрофобией (боязнь закрытых пространств), испытывают беспокойство. Но вы можете быть уверены, что находитесь в постоянном контакте с помощью системы внутренней связи с операторами в пультовой, которые могут помочь вам в любой момент. В некоторых случаях есть возможность другу или родственнику находиться рядом во время исследования. Человек может сидеть в комнате сканирования и разговаривать с вами.
Металлические объекты, которые используются в ортопедической хирургии не вызывают риска, но они могут помешать МРТ (если речь идет именно об исследовании места стояния металлической конструкции). С магнитным полем взаимодействуют металлы: железо, кобальт, никель. И именно эти металлы часто используются при изготовлении эндопротезов коленного, тазобедренного суставов, других суставов, пластин, винтов и штифтов. Титановые конструкции менее всего искажают изображение.
Вам НЕОБХОДИМО СООБЩИТЬ врачу МРТ о наличии в Вашем теле таких устройств как:
· эндопротезы, винты, пластины, хирургические крепления
· скобки, несъемные зубные протезы, импланты в зубах
Эпилепсия.
Если Вы страдаете эпилептическими припадками, обязательно примите антиконвульсивные препараты и обязательно предупредите об этом персонал кабинета МРТ.
Отсутствие возможности обеспечить неподвижное положение (например, в результате сильных болей).
Могут возникнуть и другие противопоказания к проведению исследования, например, при крайних степенях ожирения, пациент просто может не поместиться на томографе, поэтому необходимость и возможность проведения магнитно-резонансной томографии оценивается врачом.
МРТ БЕЗОПАСНО для пациентов, имеющим следующие импланты:
· искусственные клапаны в сердце
· стенты, имплантируемые в коронарные сосуды (Для полной безопасности в инструкции к стенту указывается срок, в который следует воздержаться от проведения МРТ. Он может составлять примерно 8 недель, иногда до 6 месяцев).
РЕНТГЕНОДИАГНОСТИКА
РЕНТГЕНОДИАГНОСТИКА — доступный и надежный метод лучевой диагностики, дающий возможность распознавать повреждения и заболевания различных органов и систем человека с помощью рентгенологического исследования.
ОБОРУДОВАНИЕ:
Аппарат рентгенографический СД-РА — ТМО, Флюорограф цифровой Пульмоскан-760, Аппарат рентгенодиагностический КРД ОКО, Аппарат рентгенодиагностическийКРД ОКО «Эксперт», Передвижной рентгенаппаратC-дуга CARMEXR9, Передвижной рентгенаппаратC- дуга Veradius, Передвижной рентгенаппаратPractix 360, Передвижной рентгенаппарат АПР-ОКО
ПРОВОДИМЫЕ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
· рентгеноскопия пищевода, желудка, брюшной полости, тонкой кишки
· фистулоскопия
· рентгеноскопия легких
· ирригоскопия
· дуоденоскопия
· рентгенография черепа, челюстно-лицевой области
· фистулография
· томограмма костей
· рентгенография брюшной полости, легких
· томограммы легких
· обзорная урография
· внутривенная урография
· цисто-уретрография (проводится только в условиях стационара)
· ЭРПХГ (проводится только в условиях стационара)
· папиллосфинктеротомия под контролем рентгеновских лучей (проводится только в условиях стационара)
· рентгенография почек
· томография гортани
· исследования в специальных укладках
На бесплатной основе исследования проводятся для пациентов стационара областной больницы по назначению лечащего врача и для амбулаторных пациентов по направлению врача областной поликлиники и поликлиники по месту жительства.
В связи с наличием лучевой нагрузки рентгенологические исследования проводятся при наличии показаний и только по направлению врача, рекомендовавшего обследование. Объем рентгенологического исследования определяется врач рентгенолог.
Памятка для подготовки к рентгенологическим исследованиям
1. Рентгенологические исследования органов грудной полости, гортани, околоносовых пазух, костей черепа, конечностей, шейного и грудного отделов позвоночника проводятся без специальной подготовки пациента.
2. Для обследования пищевода, желудка и 12-ти перстной кишки пациенту необходимо явиться на исследование натощак (не пить, не курить, не принимать пищу). Дополнительная подготовка пациенту не требуется. При отсутствии противопоказаний первично проводится эндоскопическое исследование желудка.
3. При исследовании пояснично-крестцового отдела позвоночника, костей таза, мочевого пузыря, матки, при проведении обзорной урографии необходима очистительная клизма накануне вечером и утром за 2 часа до исследования, либо прием препарата «Фортранс» по схеме. Пациенты прибывают в рентгенологический кабинет после легкого завтрака.
4. Для проведения ирригоскопии накануне вечером проводится очистительная клизма. Подготовиться к ирригоскопии можно и с использованием Фортранса. Фортранс позволяет избежать соблюдения 2-х дневной диеты, приема касторового масла и выполнения клизм. Вечером можно принять легкий ужин (манная каша на воде и фруктовое желе). Пациент может выпить любое количество жидкости без ограничения (вода, чай на травах). Один пакетик препарата растворяется в одном литре кипяченой или минеральной негазированной воды. Всего необходимо выпить 3-4 литра в течение 3-4 часов.
Пациент на исследование прибывает натощак. Если ирригоскопия проводится в первой половине дня, пациент выпивает фортранс накануне во второй половине дня. Ирригоскопия делается только после выполненной ректороманоскопии с отметкой в направительных документах о ее результатах. При отсутствии противопоказаний первично проводится колоноскопия.
5. Внутривенная урография проводится натощак. Необходима очистительная клизма накануне вечером и утром за 2 часа до исследования либо подготовкас помощью Фортранса. Подготовка играет роль при очищении кишечника от газа и кала. Процедура предполагает исключение «голодных» газов, поэтому за 1,5 часа до выполнения урографического обследования пациент должен выпить чай без сахара.
Подготовка к радиоизотопным методам исследования
Общие положения.
Радиоизотопные методы исследования проводятся согласно назначению лечащего врача на основании записи в истории болезни или амбулаторной карте с обоснованием назначения.
Следует помнить, что большинство исследований в отделении радиоизотопной диагностики осуществляется в плановом порядке (определяется сроками поставки изотопов). Поэтому заявка на исследование оформляется предварительно по телефону диспетчера отделения 764-255. Необходимо сообщить следующие сведения: метод исследования, Ф.И.О. пациента, фамилия врача, назначившего исследование. Диспетчер отделения изотопной диагностики сообщает о дате и времени явки пациента на исследование. Необходимо знать, что качественное проведение исследования зависит от своевременной, в строго назначенное время, явки пациента и наличия у него направления и амбулаторной карты или выписки из неё.
При отмене исследования или задержке его проведения по каким-либо причинам пациент должен немедленно сообщить об этом в отделение изотопной диагностики.
Исследования в срочном порядке согласуются лечащим врачом с заведующим отделением изотопной диагностики.
Радиоизотопные исследования не мешают проведению других диагностических и лечебных мероприятий.
Методы и исследования, требующие специальной подготовки.
Функциональное исследование щитовидной железы с помощью 131-йодида натрия.
В течение 3-х месяцев перед проведением исследования пациентам запрещается:
- проведение рентгеноконтрастного исследования;
- прием препаратов, содержащих йод;
- за 10 дней до исследования отменяются седативные препараты, содержащие йод в высоких концентрациях.
Пациент приходит на исследование в отделение радиоизотопной диагностики утром натощак. Через 30 минут после приема радиоактивного йода можно завтракать.
Сцинтиграфия щитовидной железы с помощью 131-йодида натрия
Пациент приходит на исследование утром натощак. Через 30 мин. после приема радиоактивного йода можно завтракать. Сцинтиграфию щитовидной железы проводят через 24 часа после приема препарата.
Сцинтиграфия миокарда с помощью 201-Таллия хлорида.
Проводится натощак.
Динамическая сцинтиграфия желчевыводящих протоков с ХИДА.
Исследование проводится натощак. Для исследования необходимо принести с собой 2 сырых яйца.
Сцинтиграфия костной системы с пирофосфатом.
Пациент приходит в отделение изотопной диагностики для проведения внутривенного введения препарата утром. Исследование проводится через 3 часа. Перед началом исследования больной должен опорожнить мочевой пузырь.
Методы и исследования, не требующие специальной подготовки.
- Сцинтиграфия печени.
- Ренография и сцинтиграфия почек.
- Ангиография почек и брюшной аорты.
- Ангиография сосудов шеи и головного мозга.
- Сцинтиграфия головного мозга.
- Сцинтиграфия поджелудочной железы.
- Сцинтиграфия легких.
- ОЦК (определение объема циркулирующей крови).
- Трансмиссионно-эмиссионное исследование сердца, легких и крупных сосудов.
- Радиометрическое исследование опухолей кожи.
- Сцинтиграфия щитовидной железы с помощью пертехнетата.
- Флебография.
- Лимфография.
- Определение фракции выброса.
Отделение радиоизотопной диагностики | Клиническая больница №122 имени Л.Г.Соколова Федерального Медико-Биологического Агентства
Новый эмиссионный томограф работает в
ФГБУ СЗОНКЦ им. Л.Г. Соколова ФМБА России
Радионуклидные исследования внутренних органов, эндокринных желез, опорно-двигательного аппарата, лимфатической системы. Отделение располагает современной гамма-камерой. В отделении работают врачи и медицинские сестры имеющие сертификаты и высшую квалификационную категорию. Входит в состав отдела лучевой диагностики ФГБУ СЗОНКЦ им. Л.Г. Соколова ФМБА России.
Отделение радиоизотопной диагностики является многопрофильным диагностическим отделением, в котором выполняются различные комплексные исследования с использованием однофотонного эмиссионного томографа последнего поколения экспертного класса. Диагностическое оборудование лицензировано и сертифицировано.
Радионуклидный (радиоизотопный) метод диагностики
Является одним из наиболее распространенных лучевых методов, уступая лишь традиционной рентгенодиагностике и служит для распознавания патологических изменений органов и систем человека с помощью радиофармпрепаратов (РФП), в которые входят соединения, меченые радионуклидами.
Радионуклидная диагностика охватывает все виды применения открытых радиоактивных веществ в диагностических целях. Развивающиеся методы клинического применения радиоизотопов позволяют определять наличие (радиометрия), транспорт (радиография) и распределение (сцинтиграфия) радиоиндикаторов в различных органах и тканях.
Создание современных сцинтилляционных устройств, представляющих собой компьтерно-сцинтиграфические комплексы, позволяет получать, хранить, и обрабатывать изображения отдельных органов и всего тела в широком диапазоне режимов: динамическом, статическом и томографическом. В любом случае при получении сцинтиграфического изображения картина всегда отражает функцию исследуемого органа и ткани. Именно в функциональном аспекте на молекулярном уровне заключается принципиальная отличительная особенность сцинтиграфии от других методов визуализации.
Диагностическая направленность радионуклидного исследования определяется применением радиофармацевтических препаратов, которые представляют собой химические соединения с известными фармакологическими характеристиками.
От обычных фармпрепаратов РФП отличаются не только радиоактивностью, но и еще одной важной особенностью – количество основного вещества настолько мало, что при введении в организм, они не вызывают побочных эффектов (например, аллергических).
Специфичность РФП по отношению к определенным тканевым структурам определяет его органотропность. Понимание механизмов распределения РФП служит основой для интерпретации получаемых результатов. Введение РФП связано с небольшой дозой облучения, не вызывающей неблагоприятных эффектов.
Сегодняшний день радионуклидной диагностики – использование ультракороткоживущих радиоизотопов и современных радиодиагностических систем, которые, благодаря комплексным технологиям, ориентированы на сокращение расстояния между детектором и источником излучения, предлагая клинике изумительное, ранее недостижимое для гамма-камер качество визуализации.
Большую роль в получении таких изображений играют принципиально новые, более эффективные алгоритмы обсчета данных. Новые принципы, реализованные в современных радиодиагностических системах резко увеличивают входящий поток информации, не искажая её.
Общие показания для проведения радионуклидных методов исследования
- В кардиологии: Сцинтиграфия миокарда проводится для выявления очаговых изменений сердечной мышцы по нарушениям перфузии у больных с острым инфарктом миокарда для диагностики и дифференциальной диагностики ишемической болезни сердца и некоторых некоронарогенных поражений миокарда, для выявления скрытых нарушений коронарного кровотока, выявление жизнеспособности миокарда в сегментах с нарушенной сократимостью, для оценки эффективности лечения.
- В ангиологии: Оклюзионные поражения аорты и магистральных сосудов, сцинтиграфия при заболеваниях вен и лимфатической системы.
- В гастроэнтерологии: Сцинтиграфия слюнных желез проводится для получения информации о топографии, размерах, форме, состояния паренхимы слюнных желез при заболеваних онкологического и неопухолевого характера, сопровождающихся деструктивными изменениями паранхимы. Исследование моторно-эвакуаторной функции желудка и пищевода в физиологических условиях при заболеваниях органов, сопровождающихся нарушением указанной функции, при пострезекционных состояниях. Радионуклидная гепатография для определения поглотительно-эвакуаторной функции клеток печени, проходимости желчевыводящих путей, функции желчного пузыря, а также при состояниях, вызывающих нарушение их функций, для оценки эффективности лечения. Статическая сцинтиграфия печени и селезенки с коллоидными препаратами проводится для получения информации для выявления диффузных и объемных поражений при различных заболеваниях печени и селезенки. Определение желудочно-кишечных кровоточений.
- В пульмонологии: Тромбэмболия легочной артерии (ТЭЛА)
Перфузионная сцинтиграфия при диагностике тромэмболии ветвей легочной артерии. Онкологические заболевания легких. Воспалительные заболевания легких. При заболеваниях сердца и сосудов, реснитчатого эпителия бронхов. - В нефрологии: Статическая сцинтиграфия при патологии развития почек, изменения в локализации органов, очаговых и диффузных поражениях с определением количества функционирующей паренхимы. Динамическая сцинтиграфия почек проводится для определения секреторно-эвакуаторной функции по показателям почечного плазмотока, клубочковой фильтрации и уродинамики при заболеваниях мочеполовой, сердечно-сосудистой системы при заболеваниях, сопровождающихся нарушением функции почек, для оценки эффективности лечения.
- В эндокринологии: Токсическая аденома щитовидной железы
Наличие узлового зоба. Для оценки функционального состояния узлов в щитовидной железе. Диагностики загрудинного зоба и другой эктопической локализации щитовидной железы. Контроль качества лечения, выявление рецидивов узлового токсического зоба, рецидивов и поиска метастазов рака щитовидной железы. Диагностика аденом паращитовидных желез и выявление патологии надпочечников. - В неврологии: Статическая сцинтиграфия для оценки перфузии головного мозга диагностики ликворный свищей, дифференциальная диагностика демиелинизирующий заболеваний мозга, оценки состояния макрофагальной системы при антифосфолипидном синдроме.
- В остеологии: Поиск и исключение метастатического поражения костей. Оценка результатов химио- и лучевой терапии. Воспалительные заболевания костей и суставов. Травматические переломы костей.
- В отоларингологии: Диагностика поражения околоносовых пазух, дифференциальная диагностика кондуктивной тугоухости, исследование мукоцилиарного клиренса.
- В онкологии: Метастазы рака предстательной железы в кости
Сцинтиграфия опухолей с туморотропными препаратами для диагностики и дифференциальной диагностики злокачественных новообразований, уточнение локализации и степени распространенности опухолевого процесса, выявление регионарных т отдаленных метастазов. Для оценки эффективности лечения опухолей и распознавания рецидивов.
Противопоказания
Противопоказанием для проведения радионуклидных исследований является наличие беременности. При диагностике заболеваний желудочно-кишечного тракта исследования проводятся натощак, а выполнение других радионуклидных процедур подготовки не требует.
Методики и технологии
ФГБУ СЗОНКЦ им. Л.Г. Соколова ФМБА России.
Отделение радиоизотопной диагностики.
Запись на исследования по телефону: +7(812)559-99-01 (09:00-15:00 в будние дни).
Должность:
Заведующий радиоизотопным отделением, врач-радиолог, к.м.н.
Доступность радионуклидов для исследований в области ядерной медицины — Развитие ядерной медицины посредством инноваций
В этой главе рассматривается часть четвертого заряда постановки задачи. В нем изучается, существует ли нехватка радионуклидов для исследований в области ядерной медицины, и если да, то какое влияние он оказывает на фундаментальные и перспективные исследования, открытие лекарств и уход за пациентами, и какие краткосрочные и долгосрочные стратегии могут быть реализованы для смягчения такого дефицита. дефицит. Глава состоит из следующих разделов:
5.1. ИСТОРИЯ ВОПРОСА
В основе всех процедур ядерной медицины лежит необходимость круглогодичного надежного наличия радионуклидов. В настоящее время более 70 процентов всех процедур в ядерной медицине основаны на технеции-99m (Nuclear Energy Agency 2000), радионуклиде, производимом отдельными генераторами, которые используют материалы, произведенные в реакторах за пределами Соединенных Штатов. 1 Растущее использование позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и целевой радионуклидной терапии создало потребность в стабильных поставках ряда других радионуклидов, и ожидается, что спрос будет расти (Wagner et al.1999).
Производство радионуклидов в Соединенных Штатах можно проследить до графитового реактора в Окриджской национальной лаборатории (ORNL) вскоре после Второй мировой войны. За первый год работы были осуществлены сотни отгрузок 60 различных радионуклидов. Производство радионуклидов для биомедицинских исследований продолжалось до тех пор, пока реактор не был остановлен в 1963 году. На основе достигнутых успехов и интереса, вызванного этой ранней работой, радионуклиды производились на протяжении 1960-х и 1970-х годов в университетах и национальных лабораториях, у которых были реакторы, циклотроны и т. Д. доступны другие ускорители (боковая панель 5.1).
SIDEBAR 5.1
Типы машин, производящих радионуклиды, и способы их образования. Есть два основных способа производства радионуклидов с помощью ядерного реактора или ускорителя частиц. Эти два метода дополняют друг друга в предоставлении широкого спектра (подробнее …)
Коммерческие производители и дистрибьюторы сыграли важную роль в поставках радионуклидов, таких как молибден-99 / технеций-99m, таллий-201, галлий-67, индий. -111 и йод-123.С появлением технологии ПЭТ, начавшейся в конце 1970-х годов, потребность в более надежных поставках радионуклидов с коротким периодом полураспада побудила промышленность разработать небольшие циклотроны для поставки основного радиофармпрепарата — фтор-18-фтордезоксиглюкозы (ФДГ). Однако рынок радионуклидов, таких как медь-67 и астат-211, никогда не был достаточно большим, чтобы стимулировать их производство в промышленности, 2 , и их нелегко получить на циклотронах с низким энергопотреблением. Проблема таких «экзотических» радионуклидов, или радионуклидов, запрошенных довольно небольшим числом исследователей для их научных исследований, преследует эту область в течение многих лет.Многие из этих радионуклидов никогда не будут пользоваться большим спросом, но могут быть важны для углубления понимания фундаментальной биологии или терапевтической эффективности (например, бром-76 и медь-67).
5.2. ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ОТКРЫТИЯ
Многие открытия, связанные с радионуклидами, стали возможными благодаря государственному финансированию исследований, в частности, исследованиям Министерства энергетики США. Следующие примеры показывают разнообразие и сложность исследований и открытий, которые стали возможными благодаря этим инвестициям:
Генератор молибдена-99 / технеция-99m
Как упоминалось ранее, технеций-99m является наиболее широко используемым радионуклидом для ядерной энергетики. медицинские процедуры в мире, составляющие более 70 процентов всех процедур ядерной медицины (Nuclear Energy Agency 2000).Генератор молибдена-99 / технеция-99m был изобретен в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL). Эта система генератора популярна, потому что у родительского радионуклида (молибден-99) период полураспада составляет 66 часов, а у продукта его распада (технеция-99m) период полураспада составляет 6 часов. Различия в периодах полураспада и химических свойствах молибдена и технеция используются для их разделения в генераторе (врезка 5.2). Это разделение можно повторять много раз, и эта система обеспечивает почти непрерывную подачу радионуклидов по невысокой цене.Основные усилия были затрачены на развитие химии для включения технеция-99m в полезные биологические молекулы. Результаты включают радиофармпрепараты, которые оценивают сердечную функцию, кровоток и метастазы в кости.
SIDEBAR 5.2
Генераторы. Генератор — это устройство, которое используется для извлечения одного нуклида из другого. Например, технеций-99m извлекается из генераторов технеция, которые представляют собой экранированные картриджи, содержащие молибден-99. Солевые растворы можно пропускать (подробнее…)
Carbon-11 Hot Atom Chemistry
Работа Альфреда Вольфа и его сотрудников на протяжении 1960-х и начала 1970-х годов в BNL заложила основу для производства и маркировки углерода-11 в различных биологически активных молекулах. Как показано на боковой панели 5.1, атом углерода-11, полученный в ускорителе частиц, будет иметь большое количество кинетической энергии, более чем достаточное для разрыва обычных химических связей. Эти частицы называются горячими атомами . Большая часть науки о радиоактивных индикаторах / радиофармацевтических препаратах, включая радионуклидную терапию, уходит своими корнями в химию горячего атома.
Функции возбуждения производства
3 для фтора-18, углерода-11 и кислорода-15
В основе исследований радиоактивных индикаторов лежит способность производить достаточное количество радионуклида для включения в биологически полезные молекулы. В конце 1970-х группа исследователей под руководством Альфреда Вольфа из BNL изучила ряд функций возбуждения, чтобы продемонстрировать, что простой низкоэнергетический ускоритель только для протонов может производить необходимые количества наиболее широко используемых радионуклидов для ПЭТ. .Эта работа подтолкнула коммерческую компанию к разработке и созданию небольшого циклотрона, предназначенного для доставки больших количеств фтора-18, углерода-11 и кислорода-15 в центры ПЭТ. В настоящее время почти 200 таких циклотронов расположены по всему миру, обеспечивая инфраструктуру для поставки ФДГ и других индикаторов ПЭТ (географическое распределение циклотронов в Соединенных Штатах см. На Рисунке 6.1).
Разработка практических систем генераторов
Возможность доступа к радионуклидам ПЭТ без использования ускорителей или реакторов на месте зависит от наличия радионуклидов, произведенных генератором.Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли разработала первые практические генераторы пар германий-68 / галлий-68 и стронций-82 / рубидий-82. Стронций-82 в настоящее время все чаще используется для клинических исследований сердца. В настоящее время он поставляется через консорциум ускорителей по всему миру, которые работают паразитно и не находятся под контролем сообщества пользователей. С увеличением спроса на генератор стронция-82 источников тока может оказаться недостаточно для поддержания доступности этого радионуклида.
Производство генератора вольфрам-188 / рений-188
ORNL разработала систему генератора перреновой кислоты на основе вольфрама-188 / рения-188 без носителя. Изотопы рения имеют химический состав, аналогичный химическому составу технеция, и поэтому представляют интерес для адаптации обширных инструментов маркировки, созданных для технеция-99m. Рений-188, в частности, привлекателен для некоторых терапевтических применений, поскольку он испускает высокоэнергетические бета-частицы и имеет относительно короткий период полураспада.
5.3. ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ДОСТУПНОСТИ РАДИОНУКЛИДОВ В СОЕДИНЕННЫХ ШТАТАХ
Национальные лаборатории Министерства энергетики (МЭ) остаются основным источником менее широко используемых или экзотических радионуклидов, производимых на их крупных реакторах и ускорительных установках.Эти объекты включают в себя реактор с высоким потоком изотопов (HFIR) в ORNL, Brookhaven Linac по производству изотопов (BLIP) в BNL, завод по производству изотопов в Лос-Аламосском центре ядерных наук (LANSCE) в Национальной лаборатории Лос-Аламоса (LANL) и Advanced Test Реактор (ATR) 4 в Национальной лаборатории Айдахо (INL). Помещения национальных лабораторий были спроектированы и эксплуатировались для выполнения своих задач в области физики, материаловедения и других исследовательских программ. Помимо выполнения своих основных задач, эти реакторы и ускорители были доступны для производства радионуклидов в паразитном режиме (т.е., а ускорители работают не по назначению). Однако по мере роста интереса к экзотическим радионуклидам национальные лаборатории оказались не в состоянии удовлетворить потребности исследовательского сообщества в регулярной и постоянной доступности этих радионуклидов. Не только рабочие графики диктовались основными пользователями, но и производство радионуклидов было ограничено из-за возрастной деградации объектов и продолжительных остановок для обслуживания объектов. Из основных действующих установок, поддерживающих производство радионуклидов, HFIR в ORNL впервые был запущен в 1965 году, ATR в INL в 1970 году, калютроны ORNL в 1944 году, BLIP в BNL в 1972 году и LANSCE в LANL в 1974 году.В настоящее время нет планов по замене этих объектов. 5
Исследовательские реакторы среднего размера, расположенные в университетских городках, также дополнили крупные объекты Министерства энергетики, обеспечивая исследовательское количество медицинских изотопов. Одним из успешных примеров является радиохимическая и радиофармацевтическая программа исследований, производства и обучения на исследовательском реакторе Миссурийского университета (MURR). Подкомитет Консультативного комитета по исследованиям в области ядерной энергии (NERAC) оценил MURR и признал его лучшей программой в США (Reba et al.2000), а Национальная программа по увеличению производства радионуклидов недавно рекомендовала, чтобы MURR получил федеральную поддержку в размере 7 миллионов долларов для модернизации своего предприятия с целью повышения качества и количества производства радионуклидов для исследований и клинических применений (SNM 2005). Однако количество исследовательских реакторов в университетах США неуклонно сокращалось с начала 1970-х годов. Из 25 действующих в настоящее время университетских исследовательских реакторов 11 имеют лицензию на мощность не менее 1 МВт; остальные 14 реакторов являются реакторами малой мощности, пригодными только для учебных целей (Бернард и Ху, 2000, Роджерс, 2002).Большинство этих реакторов были построены в конце 1950-х или 1960-х годов и требуют постоянной модернизации и технического обслуживания для выполнения своих исследовательских и образовательных задач. перечисляет реакторные и ускорительные установки в Соединенных Штатах, которые могут производить медицинские радионуклиды.
ТАБЛИЦА 5.1
Реакторные и ускорительные установки в США с возможностью производства медицинских радионуклидов.
Эти проблемы инфраструктуры усугубляются озабоченностью по поводу наличия обогащенных стабильных изотопов 6 , которые используются в качестве целевых материалов для производства радионуклидов, независимо от метода.Почти все обогащенные стабильные изотопы, которые используются в ядерной медицине, импортируются от иностранных поставщиков. Первичный внутренний источник, calutrons 7 в ORNL, находится в режиме ожидания с 1998 года из-за конкурентоспособных цен иностранных поставщиков (Reba et al. 2000). Согласно отчету, подготовленному NERAC (Wagner et al. 1999), ORNL имеет значительный запас обогащенных стабильных изотопов. Хотя в ближайшем будущем это предложение не исчезнет, есть опасения, что без четкого плана удовлетворения будущих потребностей исследователи как в Соединенных Штатах, так и во всем мире столкнутся с нехваткой обогащенных стабильных изотопов.
На распределение исследовательских радионуклидов также повлиял Закон 1990 г. об ассигнованиях на развитие энергетики и водных ресурсов (Публичный закон 101-101), который требует от Министерства энергетики использовать модель 8 с полным возмещением затрат (врезка 5.3). Следствием этого закона стал конкурирующий спрос между производством дорогостоящих некоммерческих радионуклидов для исследователей и поставкой больших объемов радионуклидов коммерческого использования частному сектору. Требование полного возмещения затрат сделало доступ к новым радионуклидам недоступным по стоимости для подавляющего большинства лабораторий и клиник и является одним из основных препятствий на пути прогресса исследований в области ядерной медицины.
SIDEBAR 5.3
Закон 1990 года об ассигнованиях на развитие энергетики и водоснабжения (публичный закон 101-101). П.Л. 101-101 — один из двух основных законов, которые предоставляют полномочия по регулированию производства и распределения радионуклидов в Соединенных Штатах. В отличие от Закона об атомной энергии (подробнее …)
В ряде исследований, проведенных различными организациями, включая Институт медицины, изучались потребности страны в изотопах (т.е. радионуклидах и стабильных изотопах) (врезка 5.4 содержит список литературы). Все эти исследования пришли к одному и тому же выводу: срочно необходима специализированная установка по производству радионуклидов для стимулирования и облегчения исследований и обучения использованию радионуклидов в биологических науках, а также для обеспечения круглогодичного внутреннего снабжения радионуклидами для ядерной медицины. упражняться.
SIDEBAR 5.4
Исследования по изучению предложения изотопов в США. Разделенные изотопы: жизненно важные инструменты для науки и медицины, отчет Национального исследовательского совета, National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия.C., 1982. (NRC 1982) Adelstein SJ, Manning JF, eds. (подробнее …)
5.4. ТЕКУЩИЕ И БУДУЩИЕ ПОТРЕБНОСТИ
Чтобы определить текущие и будущие потребности в производстве радионуклидов для продолжения исследований в области ядерной медицины, комитет запросил мнения экспертов в этой области. это список радионуклидов, наиболее часто описываемых как важные для исследований в области ядерной медицины. Некоторые из этих исследовательских радионуклидов не производятся в достаточных количествах для удовлетворения исследовательских потребностей.Технические и нетехнические потребности и препятствия кратко описаны в разделах 5.4.1 и 5.4.2, соответственно.
ТАБЛИЦА 5.2
Терапевтические радионуклиды, используемые для исследований в области ядерной медицины.
5.4.1. Технические потребности и препятствия
Нет внутреннего (то есть в США) источника для большинства медицинских радионуклидов, используемых в повседневной практике ядерной медицины. Кроме того, отсутствие специализированных отечественных ускорителей и реакторов для круглогодичного производства медицинских радионуклидов для исследований ограничивает разработку и оценку новых радиофармпрепаратов.Паразитическое использование физических машин не отвечало требованиям медицинского исследовательского сообщества по типу, количеству, своевременности производства и стоимости радионуклидов. Например, медь-67 показала большие перспективы в качестве терапевтического радионуклида, но она доступна только в результате паразитического использования ускорителей с задачами, отличными от производства радионуклидов. 9 Другим примером является астат-211, альфа-излучающий радионуклид, для производства которого требуется ускоритель альфа-частиц средней энергии.В Соединенных Штатах осталось всего несколько ускорителей, способных производить астат-211, и они в основном используются для клинических программ ПЭТ и для лучевой терапии.
Хотя закупка изотопов в зарубежных странах, таких как Германия и Россия, и расширение международного сотрудничества являются стоящими альтернативами, полагаться исключительно на иностранные источники имеет ряд недостатков. К ним относятся увеличение времени прохождения через международные границы, что для радионуклидов, распадающихся во время транспортировки, является важным соображением; и возможные изменения в приоритетах производства радионуклидов, которые могут отрицательно повлиять на U.С. исследователи. Ряд исследований, в которых рассматривалась эта проблема, пришли к выводу, что в Соединенных Штатах должен быть специальный завод по производству радионуклидов для удовлетворения потребностей исследовательского сообщества (IOM 1995, Wagner et al. 1999, Reba et al. 2000). Эксплуатация такой установки должна быть субсидирована, чтобы исследователи могли исследовать новые и новаторские применения радионуклидов. 10
Для исследований, в которых используются короткоживущие радионуклиды, очень важно иметь на месте ускоритель для обеспечения этими радионуклидами, когда это необходимо.Существующие больничные циклотроны, как правило, полностью привержены своим собственным программам и не могут рассматриваться как надежный источник экзотических радионуклидов для исследований. Кроме того, многие из этих радионуклидов могут быть получены только на ускорителях с энергией 30 МэВ или выше или для них требуются частицы, отличные от протонов, ни один из которых не может быть получен с помощью текущих больничных циклотронов.
5.4.2. Нетехнические потребности и препятствия
Программа по изотопам DOE-NE не отвечает потребностям исследовательского сообщества, потому что усилия не координируются должным образом с деятельностью NIH или с Управлением биологических и экологических исследований DOE.Кроме того, P. L. 101-101 (врезка 5.3), который требует полного возмещения затрат на радионуклиды, поставляемые Министерством энергетики, будь то для клинического использования или исследований, сдерживает производство исследовательских радионуклидов и радиофармацевтические исследования. Как следствие, за последнее десятилетие на рынке появилось мало новых радиоактивных индикаторов, и на коммерческой основе их не хватает.
С точки зрения исследований, сообщество пользователей — это один исследователь или небольшое количество исследователей, для которых стоимость производства экзотических радионуклидов превышает доступные бюджеты.Было трудно включить такие расходы в гранты на исследования, потому что их долларовая стоимость непропорционально выше, чем другие расходы на исследования. Следовательно, в отличие от коммерческих поставщиков, которые могут переложить расходы на более широкое сообщество пользователей, исследователи, изучающие новые способы использования радионуклидов для диагностики и лечения, не могут позволить себе полную стоимость радионуклидов, продаваемых Министерством энергетики. Такой барьер снижает потребность в новых радионуклидах. Это также создало впечатление, что сообщество ядерной медицины не заинтересовано, потому что оно не запрашивает радионуклиды.Хотя верно то, что не существует новых радионуклидов с необходимыми физическими и химическими свойствами для использования в визуализации и терапии, исследования новых применений известных радионуклидов будут продолжаться. Таким образом, можно привести аргумент, что предприятие по производству радионуклидов Министерства энергетики, которое может получить выгоду от новых видов использования, должно нести все или, по крайней мере, часть затрат на разработку. Однако производственное предприятие не является исследовательской организацией, и поэтому потребуется создать какой-то механизм для проверки заявок на получение субсидии.
5.5. РЕКОМЕНДАЦИИ
РЕКОМЕНДАЦИЯ 1:
Улучшение производства отечественных медицинских радионуклидов
т. Для устранения дефицита производимых ускорителями и ядерными реакторами
медицинских радионуклидов, необходимых для исследований, специальный ускоритель и
Следует рассмотреть возможность модернизации до ядерного реактора.
Эта рекомендация согласуется с другими исследованиями, в которых изучались поставки медицинских изотопов в США и делались те же выводы (IOM 1995, Wagner et al.1999, Реба и др. 2000).
РЕКОМЕНДАЦИЯ 2:
Проверить инвентарь обогащенных стабильных изотопов и
при необходимости оценить варианты поставок на внутреннем рынке. Текущий инвентарь EN
богатых стабильных изотопов сокращается, и растет беспокойство, что
Калютроны не могут быть экономически эффективными для удовлетворения спроса, если
открыт.Министерству энергетики следует оценить возможность отечественного обогащенного
Источник изотопов для обеспечения доступности для медицинских исследований.
- 1
Доступность технеция-99m в настоящее время изучается под эгидой отдельного исследования Национального исследовательского совета и выходит за рамки настоящего отчета.
- 2
Список коммерчески доступных радиофармпрепаратов приведен в Приложении C.
- 3
Количество производимого радионуклида зависит от энергии частицы, которая используется для бомбардировки цели. Зависимость выхода радиоактивного продукта от энергии частицы называется функцией возбуждения.
- 4
Хотя ATR в INL является крупнейшим исследовательским реактором в Соединенных Штатах, он не предназначен для производства медицинских изотопов с коротким периодом полураспада. Тем не менее, штат Айдахо планирует инвестировать 2 миллиона долларов в модернизацию производственных мощностей, которые позволят производить медицинские изотопы к 2008 году (пресс-релиз, дек., 29, 2006). В частности, финансирование позволяет установить установку для облучения с шаттлом, которая будет производить медицинские и другие изотопы.
- 5
Планируется инвестировать 200 миллионов долларов в модернизацию LANSCE.
- 6
Обогащенные стабильные изотопы относятся к увеличению содержания определенного изотопа до уровней, превышающих его естественное содержание.
- 7
Калютроны — это устройства, используемые для увеличения изотопного состава элемента, основанные на электромагнитном разделении молекул разной массы.
- 8
Полное возмещение затрат означает возмещение или финансирование полной стоимости проекта или услуги, включая накладные расходы.
- 9
BNL, LANL и Tri-University Meson Facility (TRIUMF) доступны для производства радионуклидов менее чем на полгода.
- 10
Преимущества обеспечения радионуклидов по низкой цене очевидны из опыта Вашингтонского университета, который получил финансирование от Национального института рака для производства нетрадиционных радионуклидов ПЭТ, таких как медь-64, галлий-66, бром- 76 и йод-124 для пользователей.Вашингтонский университет предоставил эти нетрадиционные радионуклиды по низкой цене (т. Е. С высокой степенью субсидирования) более чем 30 исследовательским учреждениям, которые ранее не имели технических возможностей для их производства. Тем самым он создал достаточно большой спрос, чтобы стимулировать коммерческое участие. Сегодня медь-64 и йод-124 коммерчески доступны от MDS-Nordion и IBA Molecular соответственно.
Доступность радионуклидов для исследований в области ядерной медицины — Развитие ядерной медицины посредством инноваций
В этой главе рассматривается часть четвертого заряда постановки задачи.В нем изучается, существует ли нехватка радионуклидов для исследований в области ядерной медицины, и если да, то какое влияние он оказывает на фундаментальные и перспективные исследования, открытие лекарств и уход за пациентами, и какие краткосрочные и долгосрочные стратегии могут быть реализованы для смягчения такого дефицита. дефицит. Глава состоит из следующих разделов:
5.1. ИСТОРИЯ ВОПРОСА
В основе всех процедур ядерной медицины лежит необходимость круглогодичного надежного наличия радионуклидов. В настоящее время более 70 процентов всех процедур в ядерной медицине основаны на технеции-99m (Nuclear Energy Agency 2000), радионуклиде, производимом отдельными генераторами, которые используют материалы, произведенные в реакторах за пределами Соединенных Штатов. 1 Растущее использование позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и целевой радионуклидной терапии создало потребность в стабильных поставках множества других радионуклидов, и ожидается, что спрос будет расти (Wagner et al. 1999).
Производство радионуклидов в Соединенных Штатах можно проследить до графитового реактора в Окриджской национальной лаборатории (ORNL) вскоре после Второй мировой войны. За первый год работы были осуществлены сотни отгрузок 60 различных радионуклидов.Производство радионуклидов для биомедицинских исследований продолжалось до тех пор, пока реактор не был остановлен в 1963 году. На основе достигнутых успехов и интереса, вызванного этой ранней работой, радионуклиды производились на протяжении 1960-х и 1970-х годов в университетах и национальных лабораториях, у которых были реакторы, циклотроны и т. Д. доступны другие ускорители (боковая панель 5.1).
SIDEBAR 5.1
Типы машин, производящих радионуклиды, и способы их образования. Есть два основных способа производства радионуклидов с помощью ядерного реактора или ускорителя частиц.Эти два метода дополняют друг друга в предоставлении широкого спектра (подробнее …)
Коммерческие производители и дистрибьюторы сыграли важную роль в поставках радионуклидов, таких как молибден-99 / технеций-99m, таллий-201, галлий-67, индий. -111 и йод-123. С появлением технологии ПЭТ, начавшейся в конце 1970-х годов, потребность в более надежных поставках радионуклидов с коротким периодом полураспада побудила промышленность разработать небольшие циклотроны для поставки основного радиофармпрепарата — фтор-18-фтордезоксиглюкозы (ФДГ).Однако рынок радионуклидов, таких как медь-67 и астат-211, никогда не был достаточно большим, чтобы стимулировать их производство в промышленности, 2 , и их нелегко получить на циклотронах с низким энергопотреблением. Проблема таких «экзотических» радионуклидов, или радионуклидов, запрошенных довольно небольшим числом исследователей для их научных исследований, преследует эту область в течение многих лет. Многие из этих радионуклидов никогда не будут пользоваться большим спросом, но могут быть важны для углубления понимания фундаментальной биологии или терапевтической эффективности (например,г., бром-76 и медь-67).
5.2. ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ОТКРЫТИЯ
Многие открытия, связанные с радионуклидами, стали возможными благодаря государственному финансированию исследований, в частности, исследованиям Министерства энергетики США. Следующие примеры показывают разнообразие и сложность исследований и открытий, которые стали возможными благодаря этим инвестициям:
Генератор молибдена-99 / технеция-99m
Как упоминалось ранее, технеций-99m является наиболее широко используемым радионуклидом для ядерной энергетики. медицинские процедуры в мире, составляющие более 70 процентов всех процедур ядерной медицины (Nuclear Energy Agency 2000).Генератор молибдена-99 / технеция-99m был изобретен в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL). Эта система генератора популярна, потому что у родительского радионуклида (молибден-99) период полураспада составляет 66 часов, а у продукта его распада (технеция-99m) период полураспада составляет 6 часов. Различия в периодах полураспада и химических свойствах молибдена и технеция используются для их разделения в генераторе (врезка 5.2). Это разделение можно повторять много раз, и эта система обеспечивает почти непрерывную подачу радионуклидов по невысокой цене.Основные усилия были затрачены на развитие химии для включения технеция-99m в полезные биологические молекулы. Результаты включают радиофармпрепараты, которые оценивают сердечную функцию, кровоток и метастазы в кости.
SIDEBAR 5.2
Генераторы. Генератор — это устройство, которое используется для извлечения одного нуклида из другого. Например, технеций-99m извлекается из генераторов технеция, которые представляют собой экранированные картриджи, содержащие молибден-99. Солевые растворы можно пропускать (подробнее…)
Carbon-11 Hot Atom Chemistry
Работа Альфреда Вольфа и его сотрудников на протяжении 1960-х и начала 1970-х годов в BNL заложила основу для производства и маркировки углерода-11 в различных биологически активных молекулах. Как показано на боковой панели 5.1, атом углерода-11, полученный в ускорителе частиц, будет иметь большое количество кинетической энергии, более чем достаточное для разрыва обычных химических связей. Эти частицы называются горячими атомами . Большая часть науки о радиоактивных индикаторах / радиофармацевтических препаратах, включая радионуклидную терапию, уходит своими корнями в химию горячего атома.
Функции возбуждения производства
3 для фтора-18, углерода-11 и кислорода-15
В основе исследований радиоактивных индикаторов лежит способность производить достаточное количество радионуклида для включения в биологически полезные молекулы. В конце 1970-х группа исследователей под руководством Альфреда Вольфа из BNL изучила ряд функций возбуждения, чтобы продемонстрировать, что простой низкоэнергетический ускоритель только для протонов может производить необходимые количества наиболее широко используемых радионуклидов для ПЭТ. .Эта работа подтолкнула коммерческую компанию к разработке и созданию небольшого циклотрона, предназначенного для доставки больших количеств фтора-18, углерода-11 и кислорода-15 в центры ПЭТ. В настоящее время почти 200 таких циклотронов расположены по всему миру, обеспечивая инфраструктуру для поставки ФДГ и других индикаторов ПЭТ (географическое распределение циклотронов в Соединенных Штатах см. На Рисунке 6.1).
Разработка практических систем генераторов
Возможность доступа к радионуклидам ПЭТ без использования ускорителей или реакторов на месте зависит от наличия радионуклидов, произведенных генератором.Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли разработала первые практические генераторы пар германий-68 / галлий-68 и стронций-82 / рубидий-82. Стронций-82 в настоящее время все чаще используется для клинических исследований сердца. В настоящее время он поставляется через консорциум ускорителей по всему миру, которые работают паразитно и не находятся под контролем сообщества пользователей. С увеличением спроса на генератор стронция-82 источников тока может оказаться недостаточно для поддержания доступности этого радионуклида.
Производство генератора вольфрам-188 / рений-188
ORNL разработала систему генератора перреновой кислоты на основе вольфрама-188 / рения-188 без носителя. Изотопы рения имеют химический состав, аналогичный химическому составу технеция, и поэтому представляют интерес для адаптации обширных инструментов маркировки, созданных для технеция-99m. Рений-188, в частности, привлекателен для некоторых терапевтических применений, поскольку он испускает высокоэнергетические бета-частицы и имеет относительно короткий период полураспада.
5.3. ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ДОСТУПНОСТИ РАДИОНУКЛИДОВ В СОЕДИНЕННЫХ ШТАТАХ
Национальные лаборатории Министерства энергетики (МЭ) остаются основным источником менее широко используемых или экзотических радионуклидов, производимых на их крупных реакторах и ускорительных установках.Эти объекты включают в себя реактор с высоким потоком изотопов (HFIR) в ORNL, Brookhaven Linac по производству изотопов (BLIP) в BNL, завод по производству изотопов в Лос-Аламосском центре ядерных наук (LANSCE) в Национальной лаборатории Лос-Аламоса (LANL) и Advanced Test Реактор (ATR) 4 в Национальной лаборатории Айдахо (INL). Помещения национальных лабораторий были спроектированы и эксплуатировались для выполнения своих задач в области физики, материаловедения и других исследовательских программ. Помимо выполнения своих основных задач, эти реакторы и ускорители были доступны для производства радионуклидов в паразитном режиме (т.е., а ускорители работают не по назначению). Однако по мере роста интереса к экзотическим радионуклидам национальные лаборатории оказались не в состоянии удовлетворить потребности исследовательского сообщества в регулярной и постоянной доступности этих радионуклидов. Не только рабочие графики диктовались основными пользователями, но и производство радионуклидов было ограничено из-за возрастной деградации объектов и продолжительных остановок для обслуживания объектов. Из основных действующих установок, поддерживающих производство радионуклидов, HFIR в ORNL впервые был запущен в 1965 году, ATR в INL в 1970 году, калютроны ORNL в 1944 году, BLIP в BNL в 1972 году и LANSCE в LANL в 1974 году.В настоящее время нет планов по замене этих объектов. 5
Исследовательские реакторы среднего размера, расположенные в университетских городках, также дополнили крупные объекты Министерства энергетики, обеспечивая исследовательское количество медицинских изотопов. Одним из успешных примеров является радиохимическая и радиофармацевтическая программа исследований, производства и обучения на исследовательском реакторе Миссурийского университета (MURR). Подкомитет Консультативного комитета по исследованиям в области ядерной энергии (NERAC) оценил MURR и признал его лучшей программой в США (Reba et al.2000), а Национальная программа по увеличению производства радионуклидов недавно рекомендовала, чтобы MURR получил федеральную поддержку в размере 7 миллионов долларов для модернизации своего предприятия с целью повышения качества и количества производства радионуклидов для исследований и клинических применений (SNM 2005). Однако количество исследовательских реакторов в университетах США неуклонно сокращалось с начала 1970-х годов. Из 25 действующих в настоящее время университетских исследовательских реакторов 11 имеют лицензию на мощность не менее 1 МВт; остальные 14 реакторов являются реакторами малой мощности, пригодными только для учебных целей (Бернард и Ху, 2000, Роджерс, 2002).Большинство этих реакторов были построены в конце 1950-х или 1960-х годов и требуют постоянной модернизации и технического обслуживания для выполнения своих исследовательских и образовательных задач. перечисляет реакторные и ускорительные установки в Соединенных Штатах, которые могут производить медицинские радионуклиды.
ТАБЛИЦА 5.1
Реакторные и ускорительные установки в США с возможностью производства медицинских радионуклидов.
Эти проблемы инфраструктуры усугубляются озабоченностью по поводу наличия обогащенных стабильных изотопов 6 , которые используются в качестве целевых материалов для производства радионуклидов, независимо от метода.Почти все обогащенные стабильные изотопы, которые используются в ядерной медицине, импортируются от иностранных поставщиков. Первичный внутренний источник, calutrons 7 в ORNL, находится в режиме ожидания с 1998 года из-за конкурентоспособных цен иностранных поставщиков (Reba et al. 2000). Согласно отчету, подготовленному NERAC (Wagner et al. 1999), ORNL имеет значительный запас обогащенных стабильных изотопов. Хотя в ближайшем будущем это предложение не исчезнет, есть опасения, что без четкого плана удовлетворения будущих потребностей исследователи как в Соединенных Штатах, так и во всем мире столкнутся с нехваткой обогащенных стабильных изотопов.
На распределение исследовательских радионуклидов также повлиял Закон 1990 г. об ассигнованиях на развитие энергетики и водных ресурсов (Публичный закон 101-101), который требует от Министерства энергетики использовать модель 8 с полным возмещением затрат (врезка 5.3). Следствием этого закона стал конкурирующий спрос между производством дорогостоящих некоммерческих радионуклидов для исследователей и поставкой больших объемов радионуклидов коммерческого использования частному сектору. Требование полного возмещения затрат сделало доступ к новым радионуклидам недоступным по стоимости для подавляющего большинства лабораторий и клиник и является одним из основных препятствий на пути прогресса исследований в области ядерной медицины.
SIDEBAR 5.3
Закон 1990 года об ассигнованиях на развитие энергетики и водоснабжения (публичный закон 101-101). П.Л. 101-101 — один из двух основных законов, которые предоставляют полномочия по регулированию производства и распределения радионуклидов в Соединенных Штатах. В отличие от Закона об атомной энергии (подробнее …)
В ряде исследований, проведенных различными организациями, включая Институт медицины, изучались потребности страны в изотопах (т.е. радионуклидах и стабильных изотопах) (врезка 5.4 содержит список литературы). Все эти исследования пришли к одному и тому же выводу: срочно необходима специализированная установка по производству радионуклидов для стимулирования и облегчения исследований и обучения использованию радионуклидов в биологических науках, а также для обеспечения круглогодичного внутреннего снабжения радионуклидами для ядерной медицины. упражняться.
SIDEBAR 5.4
Исследования по изучению предложения изотопов в США. Разделенные изотопы: жизненно важные инструменты для науки и медицины, отчет Национального исследовательского совета, National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия.C., 1982. (NRC 1982) Adelstein SJ, Manning JF, eds. (подробнее …)
5.4. ТЕКУЩИЕ И БУДУЩИЕ ПОТРЕБНОСТИ
Чтобы определить текущие и будущие потребности в производстве радионуклидов для продолжения исследований в области ядерной медицины, комитет запросил мнения экспертов в этой области. это список радионуклидов, наиболее часто описываемых как важные для исследований в области ядерной медицины. Некоторые из этих исследовательских радионуклидов не производятся в достаточных количествах для удовлетворения исследовательских потребностей.Технические и нетехнические потребности и препятствия кратко описаны в разделах 5.4.1 и 5.4.2, соответственно.
ТАБЛИЦА 5.2
Терапевтические радионуклиды, используемые для исследований в области ядерной медицины.
5.4.1. Технические потребности и препятствия
Нет внутреннего (то есть в США) источника для большинства медицинских радионуклидов, используемых в повседневной практике ядерной медицины. Кроме того, отсутствие специализированных отечественных ускорителей и реакторов для круглогодичного производства медицинских радионуклидов для исследований ограничивает разработку и оценку новых радиофармпрепаратов.Паразитическое использование физических машин не отвечало требованиям медицинского исследовательского сообщества по типу, количеству, своевременности производства и стоимости радионуклидов. Например, медь-67 показала большие перспективы в качестве терапевтического радионуклида, но она доступна только в результате паразитического использования ускорителей с задачами, отличными от производства радионуклидов. 9 Другим примером является астат-211, альфа-излучающий радионуклид, для производства которого требуется ускоритель альфа-частиц средней энергии.В Соединенных Штатах осталось всего несколько ускорителей, способных производить астат-211, и они в основном используются для клинических программ ПЭТ и для лучевой терапии.
Хотя закупка изотопов в зарубежных странах, таких как Германия и Россия, и расширение международного сотрудничества являются стоящими альтернативами, полагаться исключительно на иностранные источники имеет ряд недостатков. К ним относятся увеличение времени прохождения через международные границы, что для радионуклидов, распадающихся во время транспортировки, является важным соображением; и возможные изменения в приоритетах производства радионуклидов, которые могут отрицательно повлиять на U.С. исследователи. Ряд исследований, в которых рассматривалась эта проблема, пришли к выводу, что в Соединенных Штатах должен быть специальный завод по производству радионуклидов для удовлетворения потребностей исследовательского сообщества (IOM 1995, Wagner et al. 1999, Reba et al. 2000). Эксплуатация такой установки должна быть субсидирована, чтобы исследователи могли исследовать новые и новаторские применения радионуклидов. 10
Для исследований, в которых используются короткоживущие радионуклиды, очень важно иметь на месте ускоритель для обеспечения этими радионуклидами, когда это необходимо.Существующие больничные циклотроны, как правило, полностью привержены своим собственным программам и не могут рассматриваться как надежный источник экзотических радионуклидов для исследований. Кроме того, многие из этих радионуклидов могут быть получены только на ускорителях с энергией 30 МэВ или выше или для них требуются частицы, отличные от протонов, ни один из которых не может быть получен с помощью текущих больничных циклотронов.
5.4.2. Нетехнические потребности и препятствия
Программа по изотопам DOE-NE не отвечает потребностям исследовательского сообщества, потому что усилия не координируются должным образом с деятельностью NIH или с Управлением биологических и экологических исследований DOE.Кроме того, P. L. 101-101 (врезка 5.3), который требует полного возмещения затрат на радионуклиды, поставляемые Министерством энергетики, будь то для клинического использования или исследований, сдерживает производство исследовательских радионуклидов и радиофармацевтические исследования. Как следствие, за последнее десятилетие на рынке появилось мало новых радиоактивных индикаторов, и на коммерческой основе их не хватает.
С точки зрения исследований, сообщество пользователей — это один исследователь или небольшое количество исследователей, для которых стоимость производства экзотических радионуклидов превышает доступные бюджеты.Было трудно включить такие расходы в гранты на исследования, потому что их долларовая стоимость непропорционально выше, чем другие расходы на исследования. Следовательно, в отличие от коммерческих поставщиков, которые могут переложить расходы на более широкое сообщество пользователей, исследователи, изучающие новые способы использования радионуклидов для диагностики и лечения, не могут позволить себе полную стоимость радионуклидов, продаваемых Министерством энергетики. Такой барьер снижает потребность в новых радионуклидах. Это также создало впечатление, что сообщество ядерной медицины не заинтересовано, потому что оно не запрашивает радионуклиды.Хотя верно то, что не существует новых радионуклидов с необходимыми физическими и химическими свойствами для использования в визуализации и терапии, исследования новых применений известных радионуклидов будут продолжаться. Таким образом, можно привести аргумент, что предприятие по производству радионуклидов Министерства энергетики, которое может получить выгоду от новых видов использования, должно нести все или, по крайней мере, часть затрат на разработку. Однако производственное предприятие не является исследовательской организацией, и поэтому потребуется создать какой-то механизм для проверки заявок на получение субсидии.
5.5. РЕКОМЕНДАЦИИ
РЕКОМЕНДАЦИЯ 1:
Улучшение производства отечественных медицинских радионуклидов
т. Для устранения дефицита производимых ускорителями и ядерными реакторами
медицинских радионуклидов, необходимых для исследований, специальный ускоритель и
Следует рассмотреть возможность модернизации до ядерного реактора.
Эта рекомендация согласуется с другими исследованиями, в которых изучались поставки медицинских изотопов в США и делались те же выводы (IOM 1995, Wagner et al.1999, Реба и др. 2000).
РЕКОМЕНДАЦИЯ 2:
Проверить инвентарь обогащенных стабильных изотопов и
при необходимости оценить варианты поставок на внутреннем рынке. Текущий инвентарь EN
богатых стабильных изотопов сокращается, и растет беспокойство, что
Калютроны не могут быть экономически эффективными для удовлетворения спроса, если
открыт.Министерству энергетики следует оценить возможность отечественного обогащенного
Источник изотопов для обеспечения доступности для медицинских исследований.
- 1
Доступность технеция-99m в настоящее время изучается под эгидой отдельного исследования Национального исследовательского совета и выходит за рамки настоящего отчета.
- 2
Список коммерчески доступных радиофармпрепаратов приведен в Приложении C.
- 3
Количество производимого радионуклида зависит от энергии частицы, которая используется для бомбардировки цели. Зависимость выхода радиоактивного продукта от энергии частицы называется функцией возбуждения.
- 4
Хотя ATR в INL является крупнейшим исследовательским реактором в Соединенных Штатах, он не предназначен для производства медицинских изотопов с коротким периодом полураспада. Тем не менее, штат Айдахо планирует инвестировать 2 миллиона долларов в модернизацию производственных мощностей, которые позволят производить медицинские изотопы к 2008 году (пресс-релиз, дек., 29, 2006). В частности, финансирование позволяет установить установку для облучения с шаттлом, которая будет производить медицинские и другие изотопы.
- 5
Планируется инвестировать 200 миллионов долларов в модернизацию LANSCE.
- 6
Обогащенные стабильные изотопы относятся к увеличению содержания определенного изотопа до уровней, превышающих его естественное содержание.
- 7
Калютроны — это устройства, используемые для увеличения изотопного состава элемента, основанные на электромагнитном разделении молекул разной массы.
- 8
Полное возмещение затрат означает возмещение или финансирование полной стоимости проекта или услуги, включая накладные расходы.
- 9
BNL, LANL и Tri-University Meson Facility (TRIUMF) доступны для производства радионуклидов менее чем на полгода.
- 10
Преимущества обеспечения радионуклидов по низкой цене очевидны из опыта Вашингтонского университета, который получил финансирование от Национального института рака для производства нетрадиционных радионуклидов ПЭТ, таких как медь-64, галлий-66, бром- 76 и йод-124 для пользователей.Вашингтонский университет предоставил эти нетрадиционные радионуклиды по низкой цене (т. Е. С высокой степенью субсидирования) более чем 30 исследовательским учреждениям, которые ранее не имели технических возможностей для их производства. Тем самым он создал достаточно большой спрос, чтобы стимулировать коммерческое участие. Сегодня медь-64 и йод-124 коммерчески доступны от MDS-Nordion и IBA Molecular соответственно.
Быстрые радиохимические методы для отдельных радионуклидов
Этот сборник документов в формате PDF предоставляет быстрые радиоаналитические методы для выбранных радионуклидов, применимые к промежуточной фазе и фазе восстановления после ядерного или радиологического инцидента, требующего комплексного лабораторного реагирования.Эти методы были разработаны для ускорения аналитического цикла и получения количественных результатов, соответствующих целям качества измерений. Документы по методам были разработаны, чтобы представить персоналу радиоаналитических лабораторий, начальникам управления инцидентами (и их назначенным) и другому персоналу, занимающемуся реагированием на местах, ключевые эксплуатационные соображения лаборатории и вероятные радиоаналитические требования, пути принятия решений, а также качество данных по умолчанию и целевые показатели качества измерений для проб, взятых после радиологический или ядерный инцидент, включая инциденты, вызванные террористическим нападением.
Следует отметить, что эти методы не были разработаны для мониторинга соответствия образцов питьевой воды, и их нельзя истолковывать как одобрение EPA для этой или какой-либо другой регулирующей программы.
Анализ гамма-спектрометрии высокого разрешения для нормальной работы и реагирования на радиологические инциденты (pdf)
(Октябрь 2019 г., EPA 402-B-17-001)
Документ содержит руководство для персонала радиологической лаборатории по анализу проб с помощью гамма-спектрометрии во время обычных лабораторных операций и после радиологических или ядерных инцидентов.Быстрый метод плавления известняковых матриц с гидроксидом натрия до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Август 2018, 402-Р-18-002)
Метод применим для плавления образцов известняка с гидроксидом натрия (NaOH) перед процедурами химического разделения. Это общий метод для проб известняка, взятых после радиологического или ядерного инцидента.Образцы известняка могут быть образцами керна, дроблеными образцами или кусками различного размера.Быстрые радиохимические методы, применимые к избранным радионуклидам для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Апрель 2014 г.)
Предисловие к третьему изданию: Вода, воздушные фильтры твердых частиц и салфетки, почва, строительные материалы и материалы для радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ)Быстрый метод кислотного разложения фильтров из стекловолокна и органических / полимерных композиций и мазков перед анализом изотопного урана, плутония, америция, стронция и радия для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Октябрь 2012 г., 402-R-12-009)
Метод основан на полном растворении как фильтрующего материала, так и осажденных частиц.Быстрый метод синтеза стекловолокна и органических / полимерных композиционных фильтров с карбонатом натрия и мазки перед анализом изотопного урана, плутония, америция, стронция и радия для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Август 2012 г., 600-R-12-640)
Метод основан на полном растворении как материала фильтра или салфетки, так и осажденных твердых частиц.Быстрый радиохимический метод определения америция-241 в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Октябрь 2011 г., 402-R-10-001a)
Метод основан на последовательности двух хроматографических экстракционных смол, используемых для концентрирования, выделения и очистки америция путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов водной матрицы, чтобы подготовить фракцию америция для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.Быстрый радиохимический метод определения плутония-238 и плутония-239/240 в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Октябрь 2011 г., 402-R-10-001b)
Этот метод основан на последовательном использовании двух смол для хроматографической экстракции для выделения и очистки плутония путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы с целью подготовки фракции плутония для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.Быстрый радиохимический метод определения фосфора-32 в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Ноябрь 2011 г., 600-R-11-181)
Метод будет применим к пробам воды, в которых радиоактивное загрязнение имеет известное или неизвестное происхождение. Метод специфичен для фосфора-32 в питьевой воде и других водных пробах. В этом методе используются методы быстрого радиохимического разделения для определения фосфора-32 в пробах воды после радиологического или ядерного инцидента.Быстрый радиохимический метод обнаружения радия-226 в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Октябрь 2011 г., 402-R-10-001c)
Известное количество 225Ra используется в качестве детерминанта выхода в этом анализе. Поскольку источник предполагаемого загрязнения может быть неизвестен, образец сначала переваривается с использованием концентрированной азотной кислоты с последующим уменьшением объема и преобразованием в хлоридную соль с использованием концентрированной соляной кислоты.Быстрый радиохимический метод определения общего радиостронция (Sr-90) в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Октябрь 2011 г., 402-R-10-001d)
Стронций выделяют из матрицы и очищают от потенциально мешающих радионуклидов и компонентов матрицы с помощью специфичного для стронция метода быстрого химического разделения. Образец уравновешивают носителем стронция и концентрируют соосаждением Sr / BaCO3.Если при растворении кислоты отмечаются нерастворимые остаткиБыстрый радиохимический метод определения изотопного урана в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Октябрь 2011 г., 402-R-10-001e)
Этот метод основан на последовательном элюировании мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы путем экстракционной хроматографии для выделения и очистки урана с целью подготовки урана для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.Быстрые радиохимические методы для отдельных радионуклидов в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (pdf)
(Февраль 2010 г., 402-R-10-001)
Этот сборник предоставляет быстрые радиоаналитические методы для выбранных радионуклидов в водной матрице. Эти новые методы были разработаны для ускорения аналитического времени, необходимого для определения приоритетности обработки проб, с одновременным предоставлением количественных результатов, которые соответствуют целям качества измерений, применимым к промежуточным этапам и этапам восстановления ядерного или радиологического инцидента национального значения, такого как взрыв IND или RDD.Быстрый метод слияния карбоната натрия с почвой и связанными с ней матрицами до анализа стронция-90 для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Октябрь 2012 г., 402-R-12-008)
Метод основан на полном плавлении репрезентативной тонко измельченной аликванты 1 г высушенного образца без нерастворимого остатка, оставшегося после растворения расплавленного расплава в кислоте. Для сред, состоящих из органических почвенных матриц, образец перед сплавлением подвергается сухому озолению при 600 ° C в соответствующем сосуде.Быстрый метод объединения почвы и связанных с ней матриц до анализов америция, плутония и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Август 2012 г., 600-R-12-636 / 7/8)
Метод основан на полном плавлении репрезентативной тонко измельченной 1-граммовой аликванты высушенного образца без нерастворимого остатка, оставшегося после растворения расплавленного расплава в кислоте. Для сред, состоящих из органических почвенных матриц, образец перед сплавлением подвергается сухому озолению при 600 ° C в соответствующем сосуде.Быстрый метод определения радия в почве, включающий слияние почвы и матриц, связанных с почвой, с методом радиоаналитического подсчета для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Август 2012 г., 600-R-12-635)
Метод основан на полном плавлении репрезентативной тонко измельченной 1-граммовой аликванты высушенного образца без нерастворимого остатка, оставшегося после растворения расплавленного расплава в кислоте.Для сред, состоящих из органических почвенных матриц, образец перед сплавлением подвергается сухому озолению при 600 ° C в соответствующем сосуде.Быстрый метод слияния гидроксида натрия и пероксида натрия радиоизотопных термоэлектрических генераторных материалов в матрицах водяных и воздушных фильтров перед анализами плутония для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Апрель 2014 г., 402-R14-003)
Метод основан на полном растворении материалов РИТЭГов в образцах воды или воздушного фильтра.Воздушный фильтр сплавляется с использованием быстрой гидроокиси натрия / перекиси натрия при 700 ° C. Пробы воды: тугоплавкие частицы РТГ собираются на фильтре 0,45 мкм с использованием вакуума. Активность RTG, остающуюся в водном фильтрате, предварительно концентрируют с помощью осаждения фосфатом кальция.Быстрый радиохимический метод определения америция-241 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Апрель 2014 г., 402-R-14-007)
Этот метод1 основан на использовании смол для экстракционной хроматографии (смолы TEVA® + DGA®) для выделения и очистки америция путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы, чтобы подготовить фракцию америция для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.Быстрый радиохимический метод определения плутония-238 и плутония-239/240 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Апрель 2014 г., 402-R-14-006)
Этот метод основан на использовании смолы TEVA® (смола, покрытая экстрагентом Aliquat 336) для выделения и очистки плутония путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы с целью подготовки фракции плутония для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.В этом методе используется поток под вакуумом для повышения скорости разделения.Быстрый радиохимический метод определения радия-226 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Апрель 2014 г., 402-R-14-002)
Известное количество 225Ra используется в качестве индикатора урожайности в этом анализе. Образец плавится с использованием процедуры быстрого метода плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц перед анализами америция, плутония, стронция, радия и урана (ссылка 16.3), а затем изотопы радия удаляются из термоядерной матрицы с использованием стадии осаждения карбоната.Быстрый радиохимический метод определения общего радиостронция (Sr-90) в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Апрель 2014 г., 402-R-14-001)
Настоящий документ (редакция 0), который является частью более крупного сборника, предоставляет быстрые радиоаналитические методы для отдельных радионуклидов, применимые к промежуточным этапам и фазам восстановления ядерного или радиологического инцидента, требующим комплексного лабораторного реагирования.Быстрый радиохимический метод определения изотопного урана в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Апрель 2014 г., 402-R-14-005)
Этот метод основан на использовании смол для экстракционной хроматографии для выделения и очистки изотопов урана путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы с целью подготовки фракции урана для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Апрель 2014 г., 402-R-14-004)
Метод основан на быстром плавлении репрезентативной аликванты тонкоизмельченной 1–1,5 г с использованием быстрого плавления гидроксида натрия при 600 ° C. Pu, U и Am отделяют от щелочной матрицы с использованием осаждения гидроксида железа / титана (усиленного осаждением фосфата кальция) с последующей стадией удаления матрицы фторида лантана.Валидация быстрого радиохимического метода определения Am-241 в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Сентябрь 2014 г., 402-R-14-008)
В этом отчете представлена сводка результатов процесса валидации метода для комбинации двух методов; Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрый радиохимический метод определения Pu-238 и Pu-239/240 в строительных материалах для восстановления окружающей среды После радиологических инцидентов.Валидация быстрого радиохимического метода определения Pu-238 и Pu-239/240 в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Сентябрь 2014 г., 204-R-14-009)
В этом отчете представлена сводка результатов процесса валидации метода для комбинации двух методов; Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрый радиохимический метод определения Pu-238 и Pu-239/240 в строительных материалах для восстановления окружающей среды После радиологических инцидентов.Валидация быстрого радиохимического метода определения содержания радия-226 в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Сентябрь 2014 г., 402-R-14-010)
В этом отчете представлена сводка результатов процесса валидации метода для комбинации двух методов; Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрый радиохимический метод для Ra-226 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов.Валидация быстрого радиохимического метода определения общего радиостронция (Sr-90) в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Сентябрь 2014 г., 402-R-14-011)
В этом отчете приводится краткое изложение результатов процесса валидации двух методов: быстрого метода сплавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализа америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрого анализа. Радиохимический метод определения общего радиостронция (Sr-90) в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов.Валидация быстрого радиохимического метода определения изотопного урана в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Сентябрь 2014 г., 402-R-14-012)
В этом отчете представлена сводка результатов процесса валидации метода для комбинации двух методов; Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрый радиохимический метод для изотопного урана в кирпиче для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов.Асфальтовые матрицы до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана (pdf)
(Май 2017 г., EPA 402-R-16-001)
Метод применим для плавления проб асфальта гидроксидом натрия (NaOH) перед процедурами химического разделения. Этот общий метод применяется к образцам асфальта, собранным после радиологического или ядерного инцидента.Быстрый метод плавления с гидроксидом натрия матриц асфальтовых кровельных материалов перед анализами америция, плутония, стронция, радия и урана (pdf)
(Май 2017 г., EPA 402-R-16-003)
Метод применим для плавления образцов асфальтового кровельного материала с гидроксидом натрия (NaOH) перед процедурами химического разделения.Этот общий метод применяется к образцам кровельного асфальта, собранным после радиологического или ядерного инцидента.Экспресс-радиохимический метод определения калифорния-252 в воде, фильтрах твердых частиц в воздухе, очистителях и почвах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Май 2017 г., EPA 402-S17-003)
Этот метод обеспечивает определение калифорния-252 (252Cf) в воде, фильтрах твердых частиц, мазках и пробах почвы.В этом методе используется индикатор америций-243 (243Am) в качестве основы для количественного определения 252Cf и в качестве радиохимического монитора выхода.Улучшенный быстрый радиохимический метод определения радия-226 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Май 2017 г., EPA 402-S17-002)
В этом методе используются усовершенствованные методы быстрого радиохимического разделения для определения изотопов 226Ra в таких строительных материалах, как асфальт, черепица, известняк и гранит, после ядерных или радиологических инцидентов.Этот метод представляет собой более короткую и новую альтернативу быстрому радиохимическому методу определения радия-226 в кирпиче и бетоне для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов.Быстрый радиохимический метод для кюрия-244 в фильтрах твердых частиц воздуха, смывах и почве для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Май 2017 г., EPA 402-S17-004)
Этот метод обеспечивает быстрое определение содержания кюрия-244 (244 см) в фильтрах твердых частиц, мазках и пробах почвы.В этом методе используется индикатор америций-243 (243Am) в качестве основы для количественной оценки 244Cm и в качестве монитора урожайности.Быстрый радиохимический метод определения содержания кюрия-244 в пробах воды для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (pdf)
(Май 2017 г., EPA 402-S17-001)
Этот метод обеспечивает быстрое определение 244Cm в пробах воды. В этом методе используются методы радиохимического разделения для быстрого выделения кюрия из водной матрицы с использованием трассера 243Am в качестве монитора выхода.
Обзор метода отбора и эксперимента по широко изучаемым искусственным радионуклидам в исследованиях отверждения ядерных отходов
Хотя многие типы смоделированных радионуклидов широко использовались в качестве замены реальных ядерных отходов в исследованиях отверждения ядерных отходов, понимание применимость и достоверность смоделированных радионуклидов все еще недостаточны. В частности, для выбора и использования смоделированных радионуклидов, которые могут сыграть решающую роль в точности экспериментальных результатов, по-прежнему отсутствуют единые или интегрированные справочные материалы.В этом документе представлен критический обзор выбора, экспериментальных методов и применимости наиболее часто изучаемых смоделированных радионуклидов с последующим тщательным обсуждением и рекомендациями смоделированных радионуклидов, подходящих для различных затвердевших тел. Подробно проанализированы основные факторы (например, температура, pH и атмосфера), влияющие на выбор моделируемых радионуклидов. Эта работа помогает объединить выбор и использование смоделированных радионуклидов, и это будет полезно для повышения эффективности исследований отверждения нуклидов.
1. Введение
Атомная энергия — это высокоэффективный источник энергии с высокой плотностью энергии, низкой стоимостью и отсутствием выбросов в атмосферу [1]. Однако ядерные объекты ядерной энергетики, медицины, научных исследований, промышленности и сельского хозяйства могут образовывать большие количества ядерных отходов во время эксплуатации и вывода из эксплуатации [2, 3]. Ядерные отходы содержат более 30 радиоактивных элементов, в основном, включая актиниды (такие как Pu и U), элементы деления (такие как Cs, Sr, I, Xe и Ru) и другие радиоактивные элементы, которые могут испускать радиоактивные альфа-лучи ( α -лучи), бета-лучи ( β -лучи) и гамма-лучи ( γ -лучи) при распаде ядра и рентгеновское излучение при электронных переходах атомных оболочек [4–6].Ядерные отходы могут вызвать необратимое радиоактивное загрязнение воздуха, земли и воды из-за высокой радиоактивности и радиотоксичности [7]. Когда человеческий организм подвергается воздействию высоких доз радиации, радиоактивные вещества могут вызвать необратимые повреждения человеческого тела, вызывая мутации в человеческих клетках и рак [7, 8]. Основываясь на двух параметрах, периоде полураспада радионуклидов и радиоактивности, Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) классифицировало радиоактивные отходы на пять категорий: очень короткоживущие отходы (VSLW), очень низкоактивные отходы (VLLW), низкоактивные отходы. (НАО), среднеактивные (САО) и высокоактивные (ВАО) [7].Основные источники и типы радионуклидов в ядерных отходах показаны в таблице 1. Видно, что радионуклиды и их изотопы широко распространены в объектах, воде, остатках отходов и других отходах.
Необходимо правильно обрабатывать и утилизировать ядерные отходы для долгосрочного безопасного и рентабельного обращения.Среди различных процедур обращения с ядерными отходами наиболее широко используются методы иммобилизационной обработки и геологического захоронения [7, 9]. Бетон и цементные композиты широко используются для иммобилизации НАО и САО благодаря своим хорошим физико-химическим и механическим свойствам, а также невысокой цене [10–12]. Распространенным методом иммобилизации ВАО является формирование боросиликатного стекла или керамических композитов путем стеклования или плавления [8, 13]. Было проведено множество исследований [14–18] для изучения характеристик иммобилизации, механизма и эффективности различных затвердевающих материалов на ядерных отходах.Основные цели этих исследований сводятся к разработке новых затвердевающих материалов, увеличению загрузки радиоактивных отходов, снижению выщелачивания радионуклидов, повышению механической прочности затвердевших тел, а также снижению сложности и стоимости захоронения. Кроме того, методы компьютерного моделирования [13, 19–23], такие как квантово-механические и эмпирические модели атомных связей, теория функционала плотности плюс поправка Хаббарда U (DFT + U), минимизация энергии, молекулярная динамика (MD) и Монте-Карло ( MD), также широко применялись для изучения радиационных эффектов в различных затвердевших телах. В большинстве случаев реальные ядерные отходы не могли быть использованы в этих исследованиях из-за их радиоактивных, коррозионных и других вредных свойств для человеческого организма. Кроме того, нецелесообразно изучать радиационные повреждения затвердевших тел в течение сотен или даже тысяч лет с помощью реальных экспериментов [2, 24]. Исследователи [24–27] обнаружили, что некоторые нерадиоактивные изотопы радионуклидов или некоторых других нерадиоактивных элементов обладают сходными физическими и химическими свойствами с соответствующими радионуклидами.Эти нерадиоактивные изотопы или элементы широко используются в качестве моделируемых радионуклидов для тестирования или оценки эффекта затвердевания затвердевающих материалов на ядерных отходах. Некоторые моделируемые радионуклиды, обычно используемые в существующих исследованиях, показаны в Таблице 2.
Хотя различные виды смоделированных радионуклидов (Cs + , Sr 2+ , Co 2+ , Pu 4+ , Ce 4+ , I — и) и d затвердевшие тела (цемент, стекло, керамика, полимер, поллуцит, геополимер и т. д.)) использовались в существующих исследованиях, понимание применимости и достоверности смоделированных радионуклидов все еще недостаточно. Некоторые важные вопросы, связанные с моделированными радионуклидами, все еще существуют, в том числе следующие: почему выбираются эти типы смоделированных радионуклидов и подходят ли они? Как их использовать и верны ли экспериментальные результаты? Выбор надлежащих моделируемых радионуклидов и экспериментальных методов очень важен для получения эффективных результатов исследований. Например, (i) Cs + можно использовать в качестве смоделированных радионуклидов 137 Cs в исследованиях затвердевшего цемента 137 Cs [10, 28, 29].pH и температура являются одними из наиболее важных параметров и факторов, влияющих на успех процесса затвердевания / стабилизации цемента [40, 41]. В этом случае CsNO 3 или CsCl часто используется в качестве ресурса Cs + [28, 29, 42, 43], потому что они растворимы в воде с небольшим тепловыделением, а водный раствор почти нейтрален, что мало повлияет на гидратацию цемента и результаты экспериментов. Однако Cs 2 CO 3 и CsOH не рекомендуется использовать в формах цементных отходов, поскольку их водные растворы являются сильно щелочными (например.г., для 50 г / л Cs 2 CO 3 , pH = 10 ~ 13; CsOH имеет даже более высокий pH, чем Cs 2 CO 3 ), и при растворении CsOH в воде выделяется много тепла. Использование Cs 2 CO 3 или CsOH может отрицательно повлиять на результаты исследования и привести к выводам с низкой достоверностью. (ii) Керамика считается идеальным хозяином для ВАО [44, 45], и некоторые исследователи [14, 20, 23] использовали Cs 2 CO 3 или CsNO 3 для приготовления Cs-содержащих керамических отходов. образуется при прокаливании сырья до температуры выше 1000 ° C.Иными словами, получение Pu- (или Ce-) содержащих форм керамических отходов требует специальной обработки для восстановления Pu (IV) (или Ce (IV)) до Pu (III) (или Ce (III)) [25, 46]. Однако Pu (IV) (или Ce (IV)) может вызывать структурные изменения от упорядоченного пирохлора к неупорядоченному дефектному флюориту, что может отрицательно повлиять на изучение реальных форм затвердевания [46]. Различные моделируемые радионуклиды можно обрабатывать по-разному в одном и том же затвердевшем теле. Следовательно, выбор и использование смоделированных радионуклидов может сыграть решающую роль в точности результатов исследований.Однако, несмотря на их повсеместное использование во всем мире, не существует единых или интегрированных справочных материалов по выбору и экспериментальному методу обычно изучаемых модельных радионуклидов. Эта статья ориентирована на обзор выбора, видов и экспериментальных методов моделирования радионуклидов, обычно изучаемых при исследовании отверждения ядерных отходов. Обсуждаются достоинства и недостатки моделированных радионуклидов в различных условиях затвердевания. Основная цель работы — (i) углубить понимание различных подходов к отверждению ядерных отходов и роли смоделированных радионуклидов и (ii) предоставить исчерпывающие справочные материалы по выбору и использованию смоделированных радионуклидов в различных материалах для отверждения ядерных отходов. исследования. 2. Имитаторы137 Cs и экспериментальные методы Продукт деления 137 Cs является одним из наиболее важных искусственных радионуклидов, образующихся в ядерных реакторах, испытаниях ядерного оружия, радиоактивных отходах или жидких отходах [20]. Это гамма-излучатель с радиотоксичностью, высокой летучестью, подвижностью и относительно длительным периодом полураспада (около 30 лет) [47], который может присутствовать в НАО, САО и ВАО [48]. Когда 137 Cs проникает в пищевую цепь и переносится в организм человека, это может вызвать респираторные заболевания, острые и хронические травмы и даже опухоли мягких тканей.Следовательно, ядерные отходы, содержащие 137 Cs, должны быть предварительно обработаны и стабилизированы перед захоронением, чтобы предотвратить их выщелачивание в окружающую среду [27]. 137 Cs был классифицирован как легкий для измерения нуклид, который может использоваться в качестве сигнального нуклида при авариях на атомных электростанциях [49]. Сообщается, что твердофазный или жидкофазный 137 Cs существует в форме оксида, такой как Cs 2 MoO 4 , Cs 2 UO 4 или Cs 2 ZrO 3 дюйм отработанное топливо [50–52], а газовая фаза Cs считается присутствующей в Cs 2 CO 3 (г), CsOH (г) и CsI (г) [53–55].Таким образом, было проведено множество исследований для изучения характеристик иммобилизации твердой фазы и жидкой фазы 137 Cs, и Cs + был наиболее часто используемым имитатором 137 Cs из-за сходства физических и химических свойств. 2.1. Моделирование137 Cs в методе иммобилизации с использованием цементного материала Вяжущие материалы широко используются для отверждения радиоактивных отходов в качестве материалов для длительного хранения и захоронения благодаря хорошим физическим, химическим и механическим свойствам [11, 28, 56 , 57].Поскольку в системах на основе цемента наблюдается постепенное растворение и выщелачивание радионуклидов, было проведено множество исследований для улучшения этого метода стабилизации [58–61]. CsNO 3 или CsCl часто использовался в качестве имитатора 137 Cs в исследованиях методов иммобилизации вяжущих материалов. Экспериментальные методы экспериментов по затвердеванию вяжущего материала для 137 Cs относительно просты и обычно включают растворение смоделированного 137 Cs, отверждение, испытания на выщелачивание, химические испытания и испытания механических характеристик. Fan et al. исследовали влияние включения наночастиц ферригидрита в вяжущие материалы на иммобилизацию радиоактивных отходов [10]. В экспериментальном процессе сначала было приготовлено затвердевшее тело на основе цемента для имитированных 137 Cs, 238 U и 90 Sr. Массовая доля каждого моделируемого радионуклида в затвердевшем теле была установлена приблизительно 4%. Во-первых, CsNO 3 (0,72 г), UO 2 (NO 3 ) 2 · 6H 2 O (1.85 г) и Sr (NO 3 ) 2 (0,78 г) растворяли в 20 мл сверхчистой воды для приготовления раствора радиоактивных отходов. Затем 20 мл смоделированного раствора и 5 мл суспензии добавляли к 50 г обычного портландцемента типа I и перемешивали для достижения хорошо диспергированного когерентного состояния. Смесь заливали в цилиндрическую форму, извлекали из формы через 24 часа, а затем выдерживали при 20 ± 1 ° C и относительной влажности (RH) 45 ± 5% в течение 28 дней перед испытанием на выщелачивание. В конце концов, испытание на выщелачивание было проведено в соответствии со стандартным методом ANSI / ANS-16.1-2003R2008 (Американский национальный стандарт измерения выщелачиваемости отвержденных низкоактивных радиоактивных отходов с помощью процедуры краткосрочных испытаний). В другом исследовании [28] CsNO 3 был добавлен в использованную матрицу (обычный портландцемент, смешанный с доменным шлаком), и массовая доля Cs составила 3% в общей матрице. При исследовании иммобилизации моделированного радионуклида 133 Cs + геополимером на основе летучей золы [15] в качестве моделированного радионуклида использовался CsNO 3 (чистота для аналитических реагентов).Перед смешиванием с обычным портландцементом и летучей золой CsNO 3 сначала растворяли в деионизированной воде с образованием гомогенного раствора. Массовая доля Cs в полученной смеси геополимер / цемент составляла 2%. Смеси были превращены в кубики размером 20 мм × 20 мм × 20 мм и затем отверждены во влажном воздухе с относительной влажностью (RH) 90 ± 1% и температурой 60 ± 0,5 ° C. В дополнение к микроструктурному и минералогическому анализу для изучения были также проведены испытания на выщелачивание (длительное выщелачивание, выщелачивание в моделируемой среде и испытания на кислотную коррозию) и испытания механических характеристик (прочность на сжатие, характеристики замораживания-оттаивания и испытания характеристик при высоких температурах). производительность затвердевшего тела.Jang et al. использовали аналогичные экспериментальные методы для изучения влияния физического барьера формы отходов геополимера на коэффициент диффузии Cs и Sr [62], разница заключалась в том, что имитаторами нуклидов были CsCl и SrCl 2 · 6H 2 O. Cs + -соединения, обладающие свойствами растворимости в воде, стабильностью при комнатной температуре и низкой токсичностью, которые могут быть выбраны в качестве имитаторов 137 Cs в экспериментах. Согласно предыдущим исследованиям, массовая доля Cs + в цементирующей смеси составляла не более 5%, и для количественного анализа Cs + в тесте на выщелачивание обычно использовались ICP-MS или ICP-OES. Преимущество CsNO 3 и CsCl заключается в том, что их водные растворы близки к нейтральным, и, таким образом, они меньше влияют на затвердевание цемента. Одной из проблем, связанных с CsNO 3 и CsCl, является соответствие количества растворенного в воде соотношению вода-цемент во время экспериментов по отверждению. 2.2. Моделирование137 Cs в методе иммобилизации с использованием поллюцита Поллуцит относится к группе анальцимовых цеолитов, и специфическая структура поллуцита позволяет прочно удерживать ионы Cs и избегать выщелачивания в водной среде [63, 64].Было подтверждено, что термостойкость поллуцита превосходна по сравнению с некоторыми минералами алюмосиликата цезия [65]. Следовательно, поллуцит (CsAlSi 2 O 6 ) может быть целесообразным в качестве одного из заключительных этапов утилизации отходов, содержащих 137 Cs, в течение длительных периодов времени [66–68]. Поллюцит может быть синтезирован гидротермальным путем (рис. S1) или перекристаллизован термической обработкой [69–71]. Chen et al. исследовали метод гидротермального преобразования загрязненной цезием почвы в поллуцит для иммобилизации 137 цезия [18].В эксперименте глинозем смешивали с измельченным грунтом для образования определенных молярных соотношений Al / Si, а затем в смесь добавляли 5% -ные растворы CsOH при соотношениях Cs / Al / Si 1/1/5, 1 / 1,5. / 5, 1/2/5 и 1 / 2.5 / 5 соответственно для синтеза поллуцита. Образцы прессовали в нержавеющей прямоугольной форме, а затем отверждали в течение различного времени схватывания (0–24 ч) в автоклаве из нержавеющей стали с тефлоновым покрытием при установочных температурах (100–240 ° C) для приготовления поллуцита. Образцы поллуцита (CsAlSi 2 O 6 · x H 2 O) показали низкую прочность на изгиб (5 МПа).С добавлением Ca (OH) 2 было синтезировано прочное затвердевшее тело, которое показало наивысшую прочность на изгиб 30 МПа. Измерения EXAFS были выполнены для исследования координационных сред синтезированного поллуцита и дальнейшего подтверждения координационного состояния Cs в синтезированной структуре поллуцита. Согласно тесту EXAFS загрязненный Cs иммобилизовался в структуре синтезированного поллуцита. Испытание на выщелачивание Cs в образцах поллуцита проводилось в соответствии с ASTM C 1285-02 (Американское общество по испытанию материалов, 2008) [72], а не ANSI / ANS-16.1-2003R2008. Метод ASTM C 1285-02 подходит для форм отходов стекла или многофазной стеклокерамики [72]. Поллюцит можно превратить в керамику путем прокаливания, и он также подходит для этого метода испытаний на выщелачивание. Эта гидротермальная технология показала потенциал для прямой иммобилизации почвы, загрязненной 137 Cs. Montagna et al. также изучено накопление 137 Cs боросиликатными и алюмосиликатными нанокристаллами поллуцита [48]. CsOH, источники диоксида кремния (осажденный диоксид кремния Zeosil 175MP Rhône-Poulenc или коллоидальный диоксид кремния Aerosil 200), H 3 BO 3 , NaOH и гидроксиды алюминия (AlOOH) были смешаны в определенных молярных соотношениях (0.22 ≤ (B + Al) / Si ≤ 0,43, 0 ≤ B / (B + Al) ≤ 1 и 0,10 ≤ Cs / (Na + Cs) ≤ 1). Смеси герметизировали в автоклаве из нержавеющей стали, а затем нагревали в течение 2–30 дней при 115–195 ° C для приготовления кристаллических материалов поллуцита. Процесс получения Cs-поллуцита относительно прост. Подобные методы также применялись в других исследованиях [67, 70, 73, 74], и было подтверждено, что поллуцит включает Cs в кристаллическую структуру, что демонстрирует превосходный эффект иммобилизации на Cs.Преимущество CsOH заключается в том, что он не вводит никаких других ионов, кроме O и H, в реакцию синтеза поллуцита, а продуктами реакции являются только поллуцит и H 2 O, что способствует чистоте полученного поллуцита. Однако CsOH очень агрессивен, и его следует помещать в герметичный контейнер, который хранится в прохладном и сухом месте. 2.3. Моделирование137 Cs в методе иммобилизации с использованием форм стеклянных отходов Формы стеклянных отходов обладают потенциалом для обеспечения прочной, обширной иммобилизации ВАО с хорошей радиационной стойкостью [26, 75, 76].Sohn et al. исследовали стабильность Cs и Sr в Na-алюмоборосиликатных стеклах [77]. В данном исследовании были приготовлены три композиции стекла на основе следующих систем: Na 2 O-Al 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 -Cs 2 O ( система NABS-Cs), Na 2 O-Al 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 -SrO (система NABS-Sr) и Na 2 O- Al 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 -SrO-CS 2 O (система NABS-SrCs).Процесс приготовления образцов стекла описывается следующим образом: (i) моделируемые нуклиды (Cs 2 CO 3 и SrCO 3 ) и Na 2 CO 3 химической чистоты предварительно нагревали и декарбонизировали при 850 ° C более 30 минут; (ii) реактив B 2 O 3 , Al 2 O 3 и SiO 2 сушили при 1200 ° C в течение более 20 минут; (iii) эти реагенты взвешивали и смешивали в соответствии с заданными соотношениями, а затем плавили в платиновом тигле при 1200 ° C в течение 1 часа; (iv) гасили расплав, и полученное стекло измельчали и измельчали; и (v) процесс плавления и измельчения проводился дважды.Этот экспериментальный метод позволил приготовить образцы стекла с достаточно однородным химическим составом, и большинство моделируемых нуклидов иммобилизовалось в кристаллических материалах во время расстекловывания стекол. Приготовленные стекла анализировали с помощью электронного микрозонда JEOL 733, чтобы проверить химические изменения при плавлении. Проанализированные массовые доли Cs 2 O и SrO в алюмоборосиликатных стеклах составляли 4,54–13,71% и 4,97–10,44% соответственно. Результаты показали, что содержание Cs 2 O в образцах заметно снизилось (2% -3%), поскольку Cs 2 CO 3 частично разложился и улетучился во время плавления.По сравнению с Cs 2 O содержание SrO практически не изменилось. Чтобы изучить влияние гидротермальной реакции между стеклом и водой на иммобилизацию Cs и Sr, в данном исследовании была проведена гидротермальная обработка полученных образцов стекла. Образцы порошкового стекла запаивали в золотую капсулу с деионизированной водой, а затем нагревали в автоклаве при 200 ° C с давлением пара 1,54 МПа в течение 60 дней. Температура нагрева определялась по максимальной температуре (150–200 ° C) в глубоких геологических хранилищах в первые несколько сотен лет после захоронения [78].Полученные кристаллические фазы были идентифицированы как цеолит типа анальцима методом XRD. Было обнаружено, что Cs и Sr фиксируются в цеолите типа анальцима (рис. S2). Экспериментальные методы в этом исследовании имеют большое значение для метода получения стекла, содержащего 137 Cs- (или 90 Sr-), а также для гидротермальной обработки стекол для исследования гидротермальных реакций. Аналогичные методы использовались и в родственных исследованиях [79–82]. В смешанных щелочных стеклах (например,g., силикатные стекла Na-K или Na-Cs), физические свойства, такие как электропроводность, молярный объем, температура стеклования и коэффициент теплового расширения, могут быть нелинейными из-за смешанного щелочного эффекта (MAE) [83, 84] . МАЭ привлек большое внимание, поскольку он очень важен для разработки уникальных стеклянных материалов с контролируемой электропроводностью или коэффициентом теплового расширения соответственно [19, 85]. Канеко и др. [19] подготовили боросиликатные (Si: B = 1: 1) и богатые кремнием боросиликатные (Si: B = 2: 1) стекла, содержащие щелочные катионы Cs + и Na +, для исследования МАЭ при затвердевании нуклидов.В процессе приготовления образцов стекла для приготовления образцов стекла использовали химически чистый Cs 2 CO 3 вместе с SiO 2 , B (OH) 3 и Na 2 CO 3 . методом плавления (температуры 1350 ° C, 1100 ° C и 1350 ° C для силикатных, боратных и боросиликатных стекол соответственно). Отношения Cs + / (Cs + + Na + ) были установлены равными 0,0, 0,2, 0,5, 0,8 и 1,0. XRD использовался для идентификации кристаллических структур синтезированных образцов.MAS ЯМР в сильном магнитном поле был использован для исследования структуры смешанных щелочно-боросиликатных стекол с целью установления корреляции МАЭ со щелочной средой. Спектрометр AVANCE III с использованием коммерческого зонда (4 мм) был использован для получения твердотельных спектров ЯМР 133 Cs и 23 Na всех образцов. Согласно ЯМР-анализу, на химические сдвиги ионов щелочных металлов влияет как координационное число, так и вид ближайших атомов (Si или B). Координационные характеристики Cs + в кристалле боросиликатного стекла могут помочь изучить механизм иммобилизации 137 Cs в реальном затвердевшем стекле (рис. S3).Этот экспериментальный метод оказался эффективным для изучения МАЭ в Cs-содержащих стеклах, аналогичные методы использовались и в других исследованиях [86, 87]. Видно, что процесс высокотемпературного обжига (1100 ~ 1350 ° C) является важным процессом для приготовления стекла. В типичном процессе изготовления боросиликатного стекла Cs 2 CO 3 и Na 2 CO 3 могут предложить Cs 2 O и Na 2 O для SiO 2 -B 2 O 3 -R 2 O композиционная система (R 2 O относится к Na 2 O, K 2 O или Cs 2 O) во время высокотемпературной твердофазной реакции.Результаты анализа ЯМР и XRD в вышеуказанных исследованиях подтвердили, что Cs + может проникать в кристаллическую структуру приготовленных стекол, и успешно смоделировали процесс иммобилизации 137 Cs в затвердевших стеклах телах. Высокая температура может неизбежно вызвать некоторую потерю в результате улетучивания Cs 2 O в стекле [77], и это может привести к численным отклонениям в количественном анализе Cs + . Таким образом, остаточное содержание Cs + в приготовленных образцах стекла необходимо определять в некоторых количественных исследованиях, таких как испытание на выщелачивание затвердевшего стекла. В отличие от синтеза поллуцита, CsOH нельзя было использовать в качестве сырья для стекла из-за его очень сильной щелочности. Он может бурно вступить в реакцию с металлическими контейнерами и вызвать коррозию стекол при высокой температуре, что сделает эксперимент небезопасным. 2.4. Моделирование137 Cs в методе иммобилизации с использованием форм керамических отходов Керамические матрицы показали более замечательную радиационную стойкость и химическую стойкость, чем стекла, и они считались идеальными хозяевами для иммобилизации ВАО [8, 44, 45]. В исследовании Янга и др. [27] была приготовлена (Cs, Ba) -холландитовая керамика для изучения химической эволюции в матрице голландита в результате радиоактивного распада ( 137 Cs ⟶ 137 Ba), и нерадиоактивные 133 Cs и 133 Ba были выбраны в качестве имитаторов родительского 137 Cs и дочернего 137 Ba соответственно. Керамика [Cs x Ba y ] O 16 (0,3 < x , y <0,75) была разработана для иммобилизации 137 Cs и 137 Ba, и они были синтезированы твердым -государственный реакционный метод.В качестве сырья использовались Cs 2 CO 3 , BaCO 3 , Ti 2 O 3 и TiO 2 , среди которых Ti 2 O 3 был введен для сохранения нейтральности заряда. при замене ионов Cs + на ионы Ba 2+ . Материалы предварительно нагревали и взвешивали на основе состава керамики [Cs x Ba y ] O 16 (0,3 < x , y <0,75). Затем их гомогенизировали в агатовой ступке в этиловом спирте путем измельчения и перемешивания в течение 3 ч.Смеси прессовали в диски (диаметром 12 мм, толщиной 2 мм) под давлением 12 МПа с помощью гидравлического пресса. Затем предварительно подготовленные диски спекали в 5% H 2 / Ar при 1250 ° C в течение 4 часов для приготовления керамических образцов. В некоторых других исследованиях [14, 23, 88, 89] также использовались аналогичные химически чистые оксидные, карбонатные порошки и методы плавления для приготовления форм голландитовых отходов. Фазовый состав и эволюция керамики были проанализированы с помощью XRD, а эволюция микроструктуры была обнаружена с помощью рамановского спектрометра Renishaw inVia, полевой сканирующей электронной микроскопии (FSEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM) в сочетании с энергодисперсионным рентгеновским излучением. лучевая спектроскопия (EDX).Картографические изображения EDX подготовленного керамического образца [Cs 0,55 Ba 0,5 ] O 16 показаны на рисунке S4 (e1, e2, e3 и e4), и все элементы Cs, Ba, Ti, и O, как было обнаружено, равномерно распределены на поверхности образца. Кроме того, спектры EXD на рисунке S4 (f1 и f2) показали, что экспериментальные составы керамических образцов были очень близки к целевым составам, и более 80% Cs было сохранено в керамическом образце. Результаты показали, что экспериментальный метод в этом исследовании может подготовить образцы керамики, содержащие Cs, Ba, с однородным распределением элементов и низкими потерями нуклидов для исследования затвердевания нуклидов. В этом исследовании для оценки структурной стабильности использовалось следующее уравнение: [90], где — коэффициент допуска, — средний ионный радиус катионов в позиции A, — средний ионный радиус катионов в позиции B и равен радиус иона кислорода (1,4 Å). Результаты расчетов показали, что значение было близко к 1 (1.033–1.097), что свидетельствовало о стабильности кристаллической структуры (Cs, Ba) -холландитовой керамики. Диаграмма кристаллической структуры была использована для изображения эволюции смоделированного распада 137 Cs до смоделированного 137 Ba (рис. S5), которая показала, что нуклиды были химически иммобилизованы в керамическом кристалле.В целом, это исследование объединило эксперимент по приготовлению керамики, содержащей Cs, Ba, математические расчеты и построение модели кристалла, которые предоставили комплексные экспериментальные методы для анализа характеристик иммобилизации и распада смоделированного 137 Cs в керамической системе. В другом исследовании [20], в котором изучалось влияние замещения Cs на кристаллическую структуру фазово-чистого голландита системы, Ba 1,15– x Cs 2 x Cr 2.3 Ti 5,7 O 16 (0 ≤ x ≤ 1,15), CsNO 3 , Ba (O 2 C 2 H 3 ) 2 , Cr (NO 3 ) 3 · 9H 2 O и Ti (OC 3 H 7 ) 4 использовали в качестве исходных материалов для приготовления образцов голландита. В отличие от исследования Янга и др., Исходные материалы растворяли по отдельности в подходящем растворителе и гомогенизировали путем смешивания растворов. Полученный раствор концентрировали в роторном испарителе при 90 ° C, а затем прокаливали при 400 ° C в течение 4 часов для удаления всех летучих органических веществ.Прокаленный порошок прессовали в диски (диаметром 20 мм, толщиной 3 мм) под давлением 35 МПа для последующего спекания при 1050 ° C / 4 ч. Метод смешивания материалов в этом исследовании может сделать компоненты более однородными, но процесс предварительной обработки смеси перед прокаливанием более сложен. В дополнение к рентгеноструктурному анализу, эксперименты по времяпролетной (TOF) нейтронной порошковой дифракции (NPD) также были выполнены для структурного анализа фазово-чистых образцов в этом исследовании.Кроме того, Ритвельд уточнил данные XRD и NPD, чтобы выделить структурные особенности. Данные порошковой XRD уточняли с использованием пакета программ TOPAS 4.2 (Bruker AXS, Карлсруэ, Германия) в режиме графического интерфейса пользователя, начиная с тетрагональной (I4 / m) и моноклинной (I2 / m) структурных моделей. На рисунке S6 показана стандартная элементарная ячейка голландита I2 / m с одним туннельным сайтом для Ba / Cs (сайт A), двумя отдельными кристаллографическими октаэдрическими позициями для Cr / Ti (M1 и M2) и четырьмя различными центрами кислорода (O1, O2, O3). , и O4).Структурные модели для составов Ba 1,15− x Cs 2 x Cr 2,3 Ti 5,7 O 16 , x = 0, 0,15 и 0,25 были хорошо разработаны из Ритвельд анализ данных порошковой дифракции (таблица 3), который может помочь глубоко исследовать механизм иммобилизации Cs в голландите. Результаты показали, что примерно 35% Ba было замещено Cs в голландитовой системе Ba 1,15 Cr 2.3 Ti 5,7 O 16 .
В целом, имитаторы 137 Cs следует выбирать в соответствии с затвердевшими телами и практическими экспериментальными методами.В таблице 4 показаны условия применения и преимущества имитаторов 137 Cs в настоящих исследованиях.
3.Имитаторы90 Sr и экспериментальные методы 90 Sr является очень распространенным бета-излучателем в ядерных установках [30], который присутствует в сточных водах, ионоселективных неорганических смолах, отходах и т. Д. [91]. Он может легко мигрировать в грунтовые воды из-за своей растворимости в воде, поэтому его следует стабилизировать, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды. Sr 2+ является основным имитатором 90 Sr в настоящих исследованиях иммобилизации 90 Sr [32, 33, 62].В некоторых из упомянутых выше исследований [10, 62, 77] 90 Sr изучались одновременно с 137 Cs в тех же затвердевших телах, в которых Sr (NO 3 ) 2 , SrCO 3 , и SrCl 2 · 6H 2 O были использованы в качестве имитаторов 90 Sr. При исследовании иммобилизации Sr кристаллическим фосфатом циркония [32], Sr (NO 3 ) 2 был добавлен к HZr 2 (PO 4 ) 3 (мольные отношения: 0.1–0,5) и перемешивали, а затем смесь нагревали в диапазоне температур 750–1200 ° C для получения SrZr 4 (PO 4 ) 6 затвердевшего тела. Помимо обычного анализа состава и структуры, также были исследованы характеристики выщелачивания Sr в различных растворителях (0,1 моль / л HCl, деионизированная вода и морская вода) в автоклаве при 160 ° C. Результаты испытаний на выщелачивание показали, что кристаллический фосфат циркония протонного типа имел превосходную стойкость к выщелачиванию Sr 2+ , которая была термически и химически стойкой в различных средах выщелачивания.В процессе нагревания Sr (NO 3 ) 2 может разлагаться и предлагать SrO для SrZr 4 (PO 4 ) 6 во время высокотемпературной твердофазной реакции. Walkley et al. исследовали механизм включения Sr в геополимерные гели на основе метакаолина, чтобы оценить их потенциал в качестве материалов для отверждения радиоактивных отходов [92]. В данном исследовании активирующие растворы были приготовлены растворением NaOH и KOH в Na 2 SiO 3 · 9H 2 O, и Sr (OH) 2 · 8H 2 O был добавлен к метакаолину для получения образец, содержащий изотоп Sr 2+ .Затем активирующие растворы и метакаолин смешивали с образованием гомогенной пасты, которую затем заливали в герметичные контейнеры и выдерживали в течение 3 месяцев при температуре 20 ± 2 ° C или 80 ± 2 ° C. Полученное молярное соотношение Sr / Al составило 0,00025, что характеризует формы отходов, образующихся при цементации радиоактивных ионообменных смол [31, 93]. Sr (OH) 2 легко растворяется в воде и может быть полностью ионизирован, поэтому он был выбран в качестве экспериментального материала. В дополнение к Sr (NO 3 ) 2 [94, 95], SrCO 3 [33] и Sr (OH) 2 , SrSO 4 [30] и SrF 2 [34] были использованы для приготовления стеклянных или керамических отходов с другими материалами в некоторых исследованиях из-за их высоких температур плавления (> 1400 ° C).Условия применения и преимущества имитаторов 90 Sr в настоящих исследованиях показаны в таблице 5.
|