1. Способ очистки Cs-131, содержащий этапы, на которых:

(a) растворяют облученную нейтронами соль бария, содержащую Cs-131, в первом растворе, содержащем кислоту, благодаря чему соли бария и Cs-131 растворяются в первом растворе;

(b) добавляют первый раствор ко второму раствору, содержащему карбонат, в условиях скорости добавления и смешивания, достаточных для осаждения бария в твердом состоянии, благодаря чему Cs-131 остается растворенным в объединенном растворе, образованном первым и вторым растворами; и

(c) отделяют твердые частицы от объединенного раствора, содержащего Cs-131, тем самым очищая Cs-131.

2. Способ по п.1, в котором кислота на этапе (а) является уксусной кислотой.

3. Способ по п.1, в котором солью барий на этапе (а) является карбонат бария.

4. Способ по п.1, в котором карбонат на этапе (b) является карбонатом аммония.

5. Способ по п.1, в котором твердые частицы, отделенные на этапе (с), подвергают этапам, на которых:

(i) сохраняют твердые частицы, чтобы дополнительный Cs-131 мог образовываться в результате распада Ba-131, и

(ii) повторяют этапы (а), (b) и (с) по п.1.

6. Способ по любому из пп.1-5, включающий дополнительный этап (d), на котором приводят в контакт объединенный раствор, содержащий Cs-131, со смолой, которая удаляет следы бария из Cs-131.

7. Способ по любому из пп.1-5, включающий дополнительные этапы (d) и (е), при этом на этапе (d) выпаривают объединенный раствор, содержащий очищенный Cs-131, до начального высыхания, а на этапе (е) приводят в контакт очищенный Cs-131 с выбранным раствором.

8. Способ по п.6, имеющий дополнительные этапы (е) и (f), при этом на этапе (е) выпаривают объединенный раствор, содержащий очищенный Cs-131, до начального высыхания, а на этапе (f) приводят в контакт очищенный Cs-131 с выбранным раствором.

9. Способ по любому из пп.1-5, имеющий дополнительный этап (d), на котором выпаривают объединенный раствор до начального высыхания, чтобы оставить остаток, содержащий Cs-131.

10. Способ по п.9, согласно которому этапы (а), (b) и (с) повторяют, начиная с остатка на этапе (d).

11. Способ по п.9, имеющий дополнительные этапы (е) и (f), при этом на этапе (е) приводят в контакт остаток с HNO ₃ , имеющей концентрацию по меньшей мере 90 мас.%, благодаря чему Cs-131 растворяется в кислом растворе и выпадает в твердый осадок, а на этапе (f) отделяют твердые частицы от кислого раствора, содержащего Cs-131, тем самым удаляя след бария, если присутствует, из Cs-131.

 

(57) Реферат / Формула:
Способ очистки Cs-131, содержащий этапы, на которых:

(a) растворяют облученную нейтронами соль бария, содержащую Cs-131, в первом растворе, содержащем кислоту, благодаря чему соли бария и Cs-131 растворяются в первом растворе;

(b) добавляют первый раствор ко второму раствору, содержащему карбонат, в условиях скорости добавления и смешивания, достаточных для осаждения бария в твердом состоянии, благодаря чему Cs-131 остается растворенным в объединенном растворе, образованном первым и вторым растворами; и

(c) отделяют твердые частицы от объединенного раствора, содержащего Cs-131, тем самым очищая Cs-131.

2. Способ по п.1, в котором кислота на этапе (а) является уксусной кислотой.

3. Способ по п.1, в котором солью барий на этапе (а) является карбонат бария.

4. Способ по п.1, в котором карбонат на этапе (b) является карбонатом аммония.

5. Способ по п.1, в котором твердые частицы, отделенные на этапе (с), подвергают этапам, на которых:

(i) сохраняют твердые частицы, чтобы дополнительный Cs-131 мог образовываться в результате распада Ba-131, и

(ii) повторяют этапы (а), (b) и (с) по п.1.

6. Способ по любому из пп.1-5, включающий дополнительный этап (d), на котором приводят в контакт объединенный раствор, содержащий Cs-131, со смолой, которая удаляет следы бария из Cs-131.

7. Способ по любому из пп.1-5, включающий дополнительные этапы (d) и (е), при этом на этапе (d) выпаривают объединенный раствор, содержащий очищенный Cs-131, до начального высыхания, а на этапе (е) приводят в контакт очищенный Cs-131 с выбранным раствором.

8. Способ по п.6, имеющий дополнительные этапы (е) и (f), при этом на этапе (е) выпаривают объединенный раствор, содержащий очищенный Cs-131, до начального высыхания, а на этапе (f) приводят в контакт очищенный Cs-131 с выбранным раствором.

9. Способ по любому из пп.1-5, имеющий дополнительный этап (d), на котором выпаривают объединенный раствор до начального высыхания, чтобы оставить остаток, содержащий Cs-131.

10. Способ по п.9, согласно которому этапы (а), (b) и (с) повторяют, начиная с остатка на этапе (d).

11. Способ по п.9, имеющий дополнительные этапы (е) и (f), при этом на этапе (е) приводят в контакт остаток с HNO ₃ , имеющей концентрацию по меньшей мере 90 мас.%, благодаря чему Cs-131 растворяется в кислом растворе и выпадает в твердый осадок, а на этапе (f) отделяют твердые частицы от кислого раствора, содержащего Cs-131, тем самым удаляя след бария, если присутствует, из Cs-131.

 

---

009820
Предпосылки изобретения Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к способу отделения цезия-131 (Cs-131) от бария (Ba). Cs-131, очищенный этим способом, можно использовать в исследовании и лечении рака, например, для использования в имплантируемых зернах для брахитерапии независимо от методов их изготовления.
Описание уровня техники
Лучевое лечение (радиотерапия) относится к лечению заболеваний, включая, главным образом, лечение новообразований, например рака, с помощью излучения. Радиотерапия используется для разрушения злокачественной или нежелательной ткани без излишнего повреждения соседних здоровых тканей.
Ионизирующее излучение можно использовать для избирательного разрушения раковых клеток, содержащихся в здоровой ткани. Злокачественные клетки обычно более чувствительны к излучению, чем здоровые клетки. Поэтому, применяя излучение в правильном объеме в течение идеального периода времени, можно разрушать все нежелательные раковые клетки, в то же время сохраняя здоровую ткань или минимизируя ее повреждение. В течение многих десятилетий локализованный рак лечили применением тщательно определенного количества ионизирующего излучения в течение надлежащего периода времени. Были разработаны различные методы облучения раковой ткани с минимальным повреждением соседней здоровой ткани. Такие методы включают использование пучков излучения высокой энергии, создаваемых линейными ускорителями и другими устройствами, предназначенными для использования в радиотерапии внешними пучками.
Другой метод радиотерапии включает брахитерапию. Здесь вещества в виде зерен, игл, проволок или катетеров, имплантируемых на постоянной или временной основе, направляются в раковое новообразование или вблизи него. Исторически, используемые радиоактивные материалы включают радон, радий и иридий-192. В последнее время начали использовать радиоактивные изотопы Cs-131, йод (I-125) и палладий (Pd-103). Примеры описаны в патентах США № 3351049; 4323055 и 4784116.
В течение последних 30 лет было опубликовано много статей об использовании I-125 и Pd-103 в лечении медленно растущего рака простаты. Несмотря на демонстрируемые успехи в некоторых отношениях использования I-125 и Pd-103, их применение обладает определенными недостатками и ограничениями. Хотя суммарной дозой можно управлять за счет количества и разнесения зерен, мощность дозы определяется периодом полураспада радиоизотопа (60 дней для I-125 и 17 дней для Pd-103). Для использования более быстро растущих новообразований излучение нужно доставлять к раковым клеткам быстрее и более однородно, одновременно сохраняя все преимущества использования радиоизотопа, испускающего мягкое рентгеновское излучение. Такие формы рака возникают в мозгу, легких, поджелудочной железе, простате и других тканях.
Цезий-131 (Cs-131) - это радионуклидный продукт, который идеально подходит для использования в брахитерапии (лечении рака с использованием интерстициальных имплантатов, т.е. "радиоактивных зерен"). Короткое время полураспада Cs-131 обеспечивает эффективность зерен против быстрорастущих новообразований, например, обнаруживаемых в мозгу, легких и в других местах (например, рака простаты).
Цезий-131 возникает в результате радиоактивного распада облучаемого нейтронами Ba-130, встречающегося в природе (природный Ba содержит около 0,1% Ba-130) или обогащенного бария, содержащего дополнительный Ba-130, который захватывает нейтрон, превращаясь в Ba-131. Ba-131 распадается с периодом полураспада 11,5 дней до цезия-131, который, в свою очередь, распадается с периодом полураспада 9,7 дней до стабильного ксенона-130. Представление внутреннего роста Ba-131 в течение 7 дней в типичном реакторе с последующим распадом по выходе из реактора показано на фиг. 1. Также показано формирование Cs-131 с распадом Ba-131. Для отделения Cs-131 бариевую мишень "доят" несколько раз в течение выбранных интервалов, например от 7 до 14 дней, пока Ba-131 распадается до Cs-131, что указано на фиг. 2. С каждым "доением" радиоактивность Cs-131 и массовое отношение Cs к Ba снижается (меньше Cs-131) пока "доение коровы" не перестанет быть экономически целесообразным (как показано, спустя ~40 дней). Затем бариевую "мишень" можно возвратить в реактор для дальнейшего облучения (при наличии достаточного количества Ba-130) или выбросить.
Чтобы приносить пользу, Cs-131 должен быть исключительно чистым, не содержать других металлов (например, природного бария, кальция, железа, Ba-130 и т.д.) и радиоактивных ионов, включающих Ba-131. Типичные критерии приемлемой чистоты радионуклида для Cs-131 предписывают > 99,9% Cs-131 и <0,01% Ba-131.
При создании высокочистого Cs-131 из облученного бария ставится задача полностью выделить менее 7х10-7 г (0,7 мкг) Cs из каждого грамма (1000000 мкг) бариевой "мишени". Типичный размер мишени может составлять от 30 до 60 г Ba(II), (природный Ba содержит около 0,1% Ba-130). Поскольку Cs-131 формируется в кристаллической структуре BaCO3 при распаде Ba-131, предполагается, что Ba "мишень" нужно сначала растворить, чтобы высвободить хорошо растворимый ион Cs(I).
В силу необходимости в высокочистом Cs-131 и различиях в современных подходах, отвечающих уровню техники, требуются усовершенствованные способы. Настоящее изобретение удовлетворяет эту необходимость, а также обеспечивает другие родственные преимущества.
- 1 -
009820
Сущность изобретения
В сущности, настоящее изобретение раскрывает способ создания и очистки Cs-131. Способ содержит этапы, на которых:
(a) растворяют облученный нейтронами барий, содержащий барий и Cs-131, в первом растворе, содержащем кислоту, благодаря чему барий и Cs-131 растворяются в первом растворе;
(b) добавляют первый раствор ко второму раствору, содержащему карбонат, в условиях скорости добавления и смешивания, достаточных для осаждения бария в твердом состоянии, благодаря чему Cs-131 остается растворенным в объединенном растворе, образованном первым и вторым растворами; и
(c) отделяют твердые частицы от объединенного раствора, содержащего Cs-131, тем самым очищая
Cs-131.
Согласно одному варианту осуществления твердые частицы, отделенные на этапе (с), подвергают этапам, на которых:
(i) сохраняют твердые частицы, чтобы дополнительный Cs-131 мог формироваться в результате распада бария; и
(ii) повторяют этапы (а), (b) и (с) вышеописанного способа.
Согласно одному варианту осуществления способ имеет дополнительный этап (d), на котором (d) приводят в контакт объединенный раствор, содержащий Cs-131, со смолой, которая удаляет барий, тем самым удаляя след бария, если присутствует, из Cs-131. Согласно одному варианту осуществления способ имеет дополнительный этап (d), на котором (d) выпаривают объединенный раствор до начального высыхания, чтобы оставить остаток, содержащий Cs-131. Вариант осуществления может иметь дополнительные этапы (е) и (f), на которых (е) приводят в контакт остаток с HNO3, имеющей концентрацию по меньшей мере 90 мас.%, благодаря чему Cs-131 растворяется в кислом растворе и выпадает в твердый осадок; и (f) отделяют твердые частицы от кислого раствора, содержащего Cs-131, тем самым удаляя след бария, если присутствует, из Cs-131.
Согласно одному варианту осуществления способ содержит этапы, на которых растворяют облученный карбонат бария, состоящий из природного или обогащенного Ba, включающий Ba-130, Ba-131 и Cs-131, образованный при распаде Ba-131, с использованием уксусной кислоты (HC2H3O2). С использованием обратного "удара" для создания фильтруемого осадка растворенный ацетат бария добавляют в раствор (NH4)2CO3 для осаждения Ba(I) в виде BaCO3. Cs-131, который растворим в растворе карбоната -ацетата, выделяют путем отделения твердых частиц Ba от раствора ацетата и выпаривания раствора до начального высыхания для удаления ацетата аммония и воды из продукта Cs-131. Остаток, содержащий Cs-131 и след Ba, повторно растворяют в очень малом объеме разведенной уксусной кислоты, и карбонат аммония [(NH4)2CO3] добавляют в разведенную уксусную кислоту для осаждения дополнительного BaCO3. Фильтрат, содержащий Cs-131, вновь выделяют для отделения его от малого следа BaCO3.
При желании, фильтрат, содержащий 100% Cs-131 и след Ba, можно пропустить через "сетчатый" диск 3М Empore(tm) Sr Rad или Ra Rad для удаления последних следов Ba. Окончательный раствор можно довести до сухости для удаления всяких следов нитрата и поместить в выбранный раствор. Первоначальную "корову" BaCO3 "повторно доят" по мере возникновения дополнительного Cs-131 вследствие распада Ba-131. Когда он становится бесполезен, карбонат бария нагревают для удаления излишков воды и возвращают для дополнительного облучения или хранения.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения явствуют из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1, озаглавленная "Внутренний рост Ba-131 и Cs-131 при генерации в реакторе", - это диаграмма внутреннего роста Ba-131 в течение 7 дней в типичном реакторе с последующим распадом по выходе из реактора.
Фиг. 2, озаглавленная "Моделированное "доение" мишени из Ba-131", - это диаграмма формирования Cs-131 с распадом Ba-131.
Фиг. 3, озаглавленная "Логическая блок-схема процесса разделения Cs/Ba", - это логическая блок-схема процесса, представляющая предпочтительный вариант осуществления этапов процесса настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает способ отделения и очистки Cs-131 от карбоната бария. Способ эффективен и экономичен. Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления след Ba (если присутствует) удаляется. Создаются препараты Cs-131 доселе недоступной чистоты.
Как показано в этом описании, было неожиданно обнаружено, что порядок, в котором раствор " мишени" Ba (например, ацетат бария) объединяется с насыщенным карбонатом (например, карбонатом аммония), важен для осаждения Ba, но все же позволяет Cs оставаться в растворе. Неожиданно было обнаружено, что раствор, содержащий Cs, нужно медленно добавлять с перемешиванием в раствор карбоната ("обратный удар"), а не добавлять раствор карбоната в раствор, содержащий Cs ("прямой удар"). Использование карбоната аммония в настоящем изобретении имеет преимущество по сравнению с другими карбонатами (например, карбонатом натрия), поскольку аммоний можно удалять без необходимо
- 2 -
009820
сти ионообмена для замещения нелетучих катионов (например, натрия).
Может быть желательным усовершенствовать способ настоящего изобретения для удаления следа Ba, если присутствует, для очистки и превращения Cs-131 в "сверхчистый" конечный продукт. Специалисту в области традиционных способов с использованием ионообменных колонн очевидно, что ряд органических смол обладает способностью удалять след нежелательного Ba из продукта Cs-131. Примерами являются IBC SuperLig(r) 620, Eichrom Sr Resin(r), Eichrom Ln Resin(r) и Eichrom TRU Resin(r).
Альтернативно, диски 3М Empore(tm) Sr Rad или Radium Rad уникально пригодны для удаления следа Ba и полезны для предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Диски получают и продают 3М, St. Paul, MN, и состоят из тонкой бумажной мембраны, содержащей катионообмен-ную смолу, вставленной в диск или картридж, и могут быть предназначены для размещения в цилиндре шприца. Экстракционные диски 3М Empore(tm) для удаления следа Ba являются эффективной альтернативой традиционным методам приготовления радиохимических образцов, в которых используется мокрая химия или упакованные колонны.
Обменно-поглотительная смола размалывается в очень тонкий порошок с большой площадью поверхности и "крепится на тонкой мембране в виде плотно упакованных, чувствительных к элементам частиц, удерживаемых в стабильной инертной матрице из фибрилл PTFE (политрифторэтилена), которые отделяют, собирают и концентрируют радиоизотоп мишени на поверхности диска", согласно способу, описанному в патенте США № 5071610. Диски 3М Empore(tm) Sr Rad и Ra Rad доступны в продаже для количественного определения радиоактивного стронция (Sr) или радия (Ra) в водных растворах. Как показано ниже, диски Radium Rad и Strontium Rad пригодны также и для Ba.
В общем случае, раствор, содержащий нежелательный ион, пропускают через тонкий бумажный экстракционный диск, помещая раствор в цилиндр шприца и проталкивая раствор через диск с помощью плунжера. Для выполнения способа требуется от 10 с до 1 мин. Второй способ предусматривает размещение экстракционного диска на фриттированном или пористом фильтре и проталкивание раствора через диск под действием вакуума. Способ очень быстр и не требует системы ионообменных колонн. Исключение необходимости в колоночной хроматографии приводит к сокращению последующей обработки растворов, прошедших разделение.
После того как Cs-131 отделен от Ba, остаточную "мишень" из карбоната бария сохраняют, чтобы позволить внутренний рост дополнительного Cs-131 в кристаллической структуре твердого карбоната бария, вследствие распада Ba-131. Чтобы "выдоить" дополнительный Cs-131 из "мишени" или "коровы", твердый карбонат бария растворяют в воде для освобождения Cs-131.
Согласно описанному выше, Cs-131 полезен, например, для радиотерапии (например, для лечения злокачественных опухолей). Когда нужно имплантировать радиоактивное вещество (например, Cs-131) в новообразование или рядом с ним для терапии (брахитерапии), Cs-131 можно использовать как часть изготовления вещества имплантата для брахитерапии (например, зерна). Использование Cs-131 в веществах имплантата для брахитерапии не зависит от метода производства веществ. Способ настоящего изобретения обеспечивает очищенный Cs-131 для этих и других целей.
Подробное описание определенных предпочтительных вариантов осуществления
Согласно предпочтительным аспектам изобретения предпочтительный вариант осуществления способа отделения и очистки Cs-131 первоначально описан со ссылкой на фиг. 3. Он содержит этапы 1 растворения некоторого количества облученной нейтронами мишени из соли BaCO3 в уксусной кислоте (HC2H3O2). Эта мишень состоит из природного или обогащенного Ba, Ba-131 и Cs-131, сформированного путем радиоактивного распада Ba-131 (обычное облучение природного Ba дает ~7х10-7 г Cs на грамм Ba). Удельная активность Cs-131 равна ~1х105 кюри на грамм цезия. Реакция с кислотой высвобождает цезий [Cs-131C2H3O2] из соли Ba и создает раствор, состоящий из ацетата бария [Ba^^O^J, ацетата цезия (CsC2H3O2), воды (H2O) и газообразного диоксида углерода (CO2). Помимо BaCO3, в качестве мишени можно использовать любую другую соль, что очевидно специалисту в данной области, ознакомившемуся с настоящим описанием, включая оксид бария (BaO) и металлический барий. Однако форма карбоната устойчива к облучению нейтронами.
Использование уксусной кислоты для растворения BaCO3 было выбрано для получения раствора, совместимого с последующими этапами. Однако специалисту в данной области, ознакомившемуся с настоящим описанием, очевидно, что можно использовать другие органические или неорганические кислоты. Ba(II) имеет ограниченную растворимость в большинстве минеральных кислот, например, HNO3, HCl, H2SO4. Реакция растворения представлена следующим уравнением:
BaCO3+Cs2CO3+4HC2H3O2^Ba(C2H3O2)2+2CO2+2H2O+2CsC2H3O2
Растворенную "мишень" ацетата бария осаждают 2 с использованием насыщенного карбоната аммония [(№[4)2СО3], медленно добавляя раствор, содержащий Cs, в раствор карбоната ("обратный удар") с перемешиванием для осаждения Ba(II) в виде BaCO3, позволяя Cs оставаться в растворе. Реакция осаждения представлена следующим уравнением:
2(NH4)2CO3+Ba(C2H3O2)2+2CsC2H3O2^BaCO3+Cs2CO3+4NH4C2H3O2 Осадок оставляют вывариваться с образованием фильтруемого осадка, который отделяется фильт
- 3 -
009820
рацией 3 или центрифугированием. Осадок промывается 4 с помощью Н2О или раствора (№14)2СО3 для удаления дополнительных внедренных атомов Cs. Фильтрат и промывочные растворы выпариваются до начального высыхания 5. Твердые частицы, содержащие Cs-131 и след Ba, растворяют 6 в очень малом объеме разведенной уксусной кислоты. След Ba в растворе осаждают 7 с помощью карбоната аммония [(NH4)2CO3] для нейтрализации и обеспечения избытка карбоната. По истечении ~30 мин раствор фильтруют через фильтр 0,45 мкм для удаления следов осажденного BaCO3 и доводят до сухости 8. Конечный продукт Cs-131 берут на пробу для анализа 9 на Ba и Cs, чтобы определить, необходимо ли повторять этапы 6, 7, 8 и 9 для дальнейшего увеличения коэффициента очистки от Ba (Да) или (Нет). Cs-131, который был очищен, и твердые частицы растворяют в Н2О 20 в соответствии с критериями 10 приемлемой чистоты радионуклида. Необязательный этап дальнейшего удаления следа Ba состоит в добавлении HNO3 15 с концентрацией 90 мас.% к твердым частицам с перемешиванием. Твердые частицы следа Ba(NO3)2 удаляют методом фильтрации 16 или центрифугирования. Фильтрат анализируют для определения содержания следа Ba. Если дальнейшее удаление не требуется, образец выпаривают 19 до сухости и растворяют в H2O 20 для обеспечения очищенного продукта 10 Cs-131. Если требуется дальнейшее удаление следа, твердые частицы 16 растворяют в ~10М HNO3 17 и пропускают через мембрану 18 3М Empore(tm) Sr Rad или Ra Rad. Окончательный раствор выпаривают до начального высыхания 19 и растворяют в H2O 20 для получения очищенного продукта 10 Cs-131.
По мере возникновения дополнительного Cs-131, вследствие распада Ba-131, начальный BaCO3 "повторно доят" 11. При невозможности экономичного выделения Cs-131 BaCO3 нагревают 12 до 600-850°С для удаления Н2О и подготовки "мишени" для повторного использования 13 в реакторе, или 14 выводят из производственного цикла.
Нижеследующие примеры приведены в целях иллюстрации, но не ограничения.
Примеры
Пример 1.
Удаление следа Ba.
Условия тестирования 3М Empore(tm).
1. Готовят 4 мл раствора из 10М HNO3, содержащего 80^ Ba с концентрацией 1000 мкг/мл и Cs с концентрацией 1000 мкг/мл. Берут диск Sr Rad (3М Co., St. Paul, MN). Предварительное условие 10М HNO3. Пропускают 1 мл раствора Ba через диск. Пропускают 1 мл 10М HNO3 через диск в качестве промывки. Анализируют 2 мл эталонного раствора и 2 мл фильтрата на Ba и Cs.
2. Готовят 5 мл раствора из 10М НNО3, содержащего 100^ Ba с концентрацией 1000 мкг/мл и Cs с концентрацией 1000 мкг/мл. Берут диск Ra Rad (3М Co., St. Paul, MN). Предварительное условие 10М HNO3. Пропускают 1 мл раствора Ba через диск. Пропускают 1 мл 10М HNO3 через диск в качестве промывки. Анализируют 2 мл эталонного раствора и 2 мл фильтрата на Ba и Cs.
Таблица
Аналитические лабораторные результаты__
1. ЮМ HN03 эталон
Диск Sr Rad
Степень извлечения
Ва, 30 мкг/мл
0,38 мкг/мл
0, 013
Cs, 20
2. ЮМ HNC-з эталон
Диск Ra Rad
Степень извлечения*
Ва, 30 мкг/мл
0,4 4 мкг/мл
0,015
Cs, 20
* FR = конечная/начальная степень извлечения
Вышеприведенные результаты показывают, что диск Sr Rad и диск Ra Rad одинаково эффективны в выделении Ba (степень извлечения = 0,015). Пример 2.
Процесс разделения Cs/Ba. Иллюстративный процесс разделения Cs/Ba.
Процесс отделения Cs-131 смоделировали с использованием нерадиоактивного BaCO3 и эталонного раствора Cs. Кроме того, процесс подтвердили с использованием ~51 г облученного BaCO3. Радиоактивный и нерадиоактивный методы дали аналогичные результаты. Типичный нерадиоактивный тест и результаты приведены ниже.
a) 39,74 г "мишени" BaCO3 (27,66 г Ba) растворили в 100 мл воды с использованием 0,52 моль ледяной уксусной кислоты (17,4М).
b) Эталонный раствор цезия, содержащий 1000 мкг Cs, добавили к разведенному раствору для проведения Cs(I) через процесс отделения.
c) Образец разведенного раствора взяли для анализа на Ba и Cs.
d) Приблизительно 194 мл насыщенного 2,7М (№14)2СО3 поместили в реакционный сосуд.
e) Разведенный раствор ацетата бария, содержащий Cs, медленно добавили ("обратный удар") в
- 4 -
009820
раствор карбоната аммония с перемешиванием для осаждения Ba в виде BaCO3, давая возможность Cs оставаться в растворе. "Прямой удар" (добавление карбоната к ацетату бария) создавал осадок, который не поддавался легкой фильтрации.
f) Осадок оставляли вывариваться в течение 30 мин для образования фильтруемого осадка и отделяли методом фильтрации.
g) Хотя для осаждения Ba(II) выбрали (№г[4)2СО3, можно использовать другие соли угольной кислоты, что очевидно специалистам в данной области, включая Na2CO3, K2CO3 и Li2CO3. Однако (NH4)2CO3 был выбран потому, что его легко отделять от продукта Cs(I) выпариванием.
h) Осадок промывали двумя объемами по 50 мл H2O, с фильтрацией, для удаления дополнительных внедренных атомов Cs. Хотя использовали воду, (№г[4)2СО3 или другие соли угольной кислоты могут быть полезными для улучшения отделения благодаря снижению растворимости бария в промывочном растворе.
i) Фильтрат и промывочные растворы объединили (460 мл) и взяли образец для анализа на Ba и Cs. j) Начиная с 27,66 г Ba (2,8х107 мкг Ba), 2714 мкг Ba было найдено в фильтрате, для коэффициента
очистки от Ba=~9,700, совместно с 97% Cs. Это равно приблизительно 0,01% Ba, остающегося с фильтратом и Cs.
k) Для удаления дополнительного Ba из продукта Cs фильтрат и промывочный раствор выпаривали до начального высыхания и растворили в 10 мл 0,1М уксусной кислоты. Приблизительно 1 мл 2,7М (№г[4)2СО3 добавили в раствор для нейтрализации и получения избытка карбоната. По истечении ~30 мин раствор профильтровали через 0,45 мкм фильтр для удаления дополнительных следов осажденного BaCO3. Отфильтрованный раствор взяли на пробу для анализа на Ba и Cs.
l) Начиная с ~2700 мкг Ba после 1-го отделения, 103 мкг Ba обнаружили во 2-м фильтрате для дополнительного Ba DF=~26 совместно с ~100% Cs. Общий Ba DF составлял 2,6х105 или ~0,0004% первоначального Ba, оставшегося в конечном продукте Cs.
m) Этап (k и l) можно повторять с использованием малого объема (от 1 до 5 мл) раствора для дальнейшего уменьшения Ba в конечном продукте Cs.
n) При желании, фильтрат, содержащий 100% Cs-131 и след Ba, можно пропустить через "сетчатый" диск 3М Empore(tm) Sr Rad или Ra Rad для удаления последних следов Ba.
o) Окончательный раствор можно затем довести до сухости для удаления любых следов нитрата и поместить в выбранный раствор.
Все вышеупомянутые патенты США, опубликованные патентные заявки США, патентные заявки США, иностранные патенты, иностранные патентные заявки и непатентные публикации, относящиеся к этому описанию изобретения и/или перечисленные в информационном листе заявки, включены сюда посредством ссылки, в полном объеме.
Из вышеописанного следует, что хотя здесь в целях иллюстрации были описаны конкретные варианты осуществления изобретения, возможны различные модификации, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ очистки Cs-131, содержащий этапы, на которых:
(a) растворяют облученную нейтронами соль бария, содержащую Cs-131, в первом растворе, содержащем кислоту, благодаря чему соли бария и Cs-131 растворяются в первом растворе;
(b) добавляют первый раствор ко второму раствору, содержащему карбонат, в условиях скорости добавления и смешивания, достаточных для осаждения бария в твердом состоянии, благодаря чему Cs-131 остается растворенным в объединенном растворе, образованном первым и вторым растворами; и
(c) отделяют твердые частицы от объединенного раствора, содержащего Cs-131, тем самым очищая
Cs-131.
2. Способ по п.1, в котором кислота на этапе (а) является уксусной кислотой.
3. Способ по п.1, в котором солью барий на этапе (а) является карбонат бария.
4. Способ по п.1, в котором карбонат на этапе (b) является карбонатом аммония.
5. Способ по п.1, в котором твердые частицы, отделенные на этапе (с), подвергают этапам, на которых:
(i) сохраняют твердые частицы, чтобы дополнительный Cs-131 мог образовываться в результате распада Ba-131, и
(ii) повторяют этапы (а), (b) и (с) по п.1.
6. Способ по любому из пп.1-5, включающий дополнительный этап (d), на котором приводят в контакт объединенный раствор, содержащий Cs-131, со смолой, которая удаляет следы бария из Cs-131.
7. Способ по любому из пп.1-5, включающий дополнительные этапы (d) и (е), при этом на этапе (d) выпаривают объединенный раствор, содержащий очищенный Cs-131, до начального высыхания, а на этапе (е) приводят в контакт очищенный Cs-131 с выбранным раствором.
8. Способ по п.6, имеющий дополнительные этапы (е) и (f), при этом на этапе (е) выпаривают объе
- 5 -
009820
диненный раствор, содержащий очищенный Cs-131, до начального высыхания, а на этапе (f) приводят в контакт очищенный Cs-131 с выбранным раствором.
9. Способ по любому из пп.1-5, имеющий дополнительный этап (d), на котором выпаривают объединенный раствор до начального высыхания, чтобы оставить остаток, содержащий Cs-131.
10. Способ по п.9, согласно которому этапы (а), (b) и (с) повторяют, начиная с остатка на этапе (d).
11. Способ по п.9, имеющий дополнительные этапы (е) и (f), при этом на этапе (е) приводят в контакт остаток с HNO3, имеющей концентрацию по меньшей мере 90 мас.%, благодаря чему Cs-131 растворяется в кислом растворе и выпадает в твердый осадок, а на этапе (f) отделяют твердые частицы от кислого раствора, содержащего Cs-131, тем самым удаляя след бария, если присутствует, из Cs-131.
- 6 -
009820
Логическая блок-схема процесса разделения Cs/Ba
Облученный •
Реактор
РастворитьBaCOi (l) в уксусной кислоте 4-¦
ЗпЖщью18"*11) (NH4)2C03 путем обратного удара
(c)
BaCO-""KoDOBa" содержащая Cs-131
тротать
1ромыть твердые частицы Н2О и отфильтровать
Фильтрат
Другое место
Выпарить фильтрат, содержащий Cs-131
и след Ва(П) до сухости
Растворить твердые частицы в разведенной уксусной кислоте
ацетат N ВЦ-аммония, отходы
Удалить воду из осадка;
нагреть до _600-850°С
(r)
СледВаСОз осадок
НЕТ.
НЕТ
(необязательный)
Развести в ~10MHNO3
1(r)
Эчищенный Cs-131
-х-
Растворить в
н2о
Выпарить
CSNO3+ HNO3 до начального высыхания
(r)
Отфильтровать твердые частицы
Ba(N03)2
§5)
Добавить HNO3 90 вес. % и перемешать
Удалить след Ва
с помощью мембраны ЗМ Empore(tm)
Фиг. 3
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 7 -