中國工程物理研究院同位素技術研究與應用進展

張華明，羅順忠，劉國平，鐘正坤

（中國工程物理研究院 核物理與化學研究所，四川 綿陽 621900）

1980年，在傅依備院士倡導下，中國工程物理研究院核物理與化學研究所依托300號反應堆的高功率運行和強放熱室的建成，成立了同位素技術研究室，開展了放射性同位素的制備技術與應用研究，在早期得到了肖倫院士的支持與幫助，逐漸發展成為國內同位素技術研究和產品供應的重要力量。

1 同位素制備技術研究與生產

300號堆照天然 MoO3制備99Mo：每個靶35g用光譜純的天然MoO3，在中子注量率為4×1013／（cm2·s）下輻照4d，可獲得 37～74MBq（100～200mCi）的99Mo，制備 37～185MBq（100～500mCi）級的99Mo－99Tcm發生器（Al2O3柱）供醫院臨床使用。

在同樣孔道條件下，照射40g光譜純的Te2O3，單個靶可獲得185～370MBq（500～1 000mCi）的131I。早期采用酸性條件下蒸餾工藝，耗時長達10h，收率低僅為70%。后改為干法蒸餾工藝，設計加工了干法蒸餾裝置，單次可獲得74GBq（2Ci）以上的131I，時間僅為3～5h，收率達到95%以上。利用300號堆所制備的放射性同位素列于表1。

除了99Mo和131I這兩種重要的醫用同位素外，還利用天然靶料生產未經分離的科學研究用同 位 素 如24Na、32P、169Yb、198Au、169Er、103、109Pd、153Sm 和166Ho等。

表1 利用300號堆制備的放射性同位素

2 放射源研發、生產及同位素儀器儀表

2.1 放射源研發與生產

放射源研發以60Co、192Ir、63Ni、241Am 為主，生產60Co、192Ir時，一般以天然金屬材料入堆輻照，獲得μCi～mCi級放射源，可作科研、儀表需要的低比活度源。通過電沉積工藝制備235U放射源，還生產了55Fe穆斯堡爾譜儀用源。63Ni、241Am源則需利用進口原料制備，這兩種源一直是本所主要的放射源產品。63Ni源采用電鍍工藝將63Ni鍍在襯底上，密封成為合格的科學研究用或儀器儀表用源。241Am源采用粉末冶金加滾軋工藝制備，其結構示于圖1，源強一般為μCi級，用于火災報警器。本所制備的放射源列于表2。

2.2 同位素儀器儀表

圖1 241 Am 源結構圖［1］

表2 本所制備的放射源

針對醫用同位素和放射性藥物生產與使用過程中都要設計將大劑量的產品分成小包裝，且醫用同位素和放射性藥品一般為液體，為方便操作，發明了放射性液體分裝裝置，其示意圖示于圖2。該裝置可連續分裝30個以上樣品，每份體積從0.1～5mL，體積誤差±3‰。

在乏燃料后處理工藝研究中，通過取樣分析各工藝流程階段強放射性料液中235U、239Pu等多種核素的含量，可獲得不同工藝參數下目標核素在無機相／有機相中的分配系數等數據，為流程參數的優化和工藝流程的建立提供指導，因此，如何實現在強電離輻射環境中對強放射性料液取樣的準確度是影響分析數據可信度的關鍵。針對這種特殊條件下的取樣需要，研發了放射性液體工程樣品分裝裝置，其結構示于圖3。

此裝置一次取樣的時間平均耗時約5.5min，每次取樣平均誤差為0.72%，防輻射設計使用壽命達到10a。

圖2 放射性液體自動分裝裝置圖［2］

圖3 放射性液體工程樣品分裝裝置［3］

3 放射性藥物研發與生產

放射性藥物的基礎研究工作一直是本研究所的重要方向，本所早期研發的放射性藥物列于表3。這些藥物中部分已進入臨床應用，部分曾經在醫院試用，部分進行到動物試驗。

3.1 153Sm 、186，188 Re的配位化學研究

開展了核素標記的系列親骨性絡合物研究，系統研究了153Sm－DTPA 及153Sm－EDTB（N，N，N，N－四（2－苯并咪唑甲基）－乙撐二胺）的標記條件及測試方法，對153Sm標記的氨基羧酸和氨基磷酸配合 物 的 構 效 關 系 以 及153Sm 、186，188Re配合物骨攝取機理進行了探究，尤其是穩定常數與骨攝取量之間的相關性，表明穩定性高的153Sm配合物（如153Sm－DTPA和DOTA）骨攝取很低，而穩定性低的絡合物骨攝取高。153Sm－氨基磷酸配合物在動物體內有較高的骨攝取，其配合物穩定性與骨攝取之間無相關性［4，5］。

3.2 186，188 Re－TDD衍生物肝腫瘤治療藥物

用186，188標記TDD衍生物的碘化罌粟溶液，通過腹腔靜脈注射到VX－12培養的兔肝腫瘤模型中，獲得了良好的腫瘤顯像效果和一定的療效。兔肝腫瘤模型活體解剖肝腫瘤示于圖4，其組織活檢結果示于圖5，用186，188Re治療后的顯像結果示于圖6。

表3 本院開發的同位素制品及藥物

圖4 活體解剖肝腫瘤

圖5 肝腫瘤組織活檢光鏡結果

圖6 186，188 Re－TDD衍生物用于栓塞治療兔肝腫瘤模型顯像［6－8］

3.3 125I－種子源研制

采用鈀化法制備125I源芯，實現快速高效的125I吸附，批量生產時，125I的利用率為92%以上，同批次種子源的放射性活度偏差為±5%，平行性好，操作簡便、耗時短。研發了專門用于125I源芯裝入鈦管和焊接密封的自動設備［9］。

4 輻射伏特效應同位素電池研發

選擇技術成熟的單晶硅作為換能單元材料，通過MCNP程序和已發表的數據作為主要參數，確定了單晶硅摻雜濃度、結構參數，采用63Ni作為放射源，制備了與63Ni相匹配的換能單元，研究了放射性同位素的加載和電池封裝工藝，獲得了輻伏效應微型同位素電池的原型樣機（圖7）。

此原型樣機在常溫下的電學參數為Isc＝5.97nA，Voc＝88.0mV，Pmax＝0.255nW。同時，實驗制備的一個63Ni驅動的輻伏同位素電池原型樣機的I－V特性在220d內實現穩定輸出。

圖7 輻伏同位素電池原型樣機［10－14］

5 未來的研究工作展望

本所300號反應堆和強放操作熱室已于2008年全面停止運行，正在進行退役工作。新建的CMRR于2011年6月已經達到滿功率運行，配套的同位素生產線將在2013年竣工，放射性同位素（制品）的研制、生產和應用研究工作將展開新的局面。在全球醫用同位素生產形勢十分嚴峻和市場供應短缺的現狀下，新建的規模化同位素生產設施和多年沉積的放射性同位素（制品）研究與生產、應用成果，將在我國醫用同位素的穩定供應和促進我國同位素產業發展中起重要作用。

在未來5～10年內將開展一下工作。

1）在醫用同位素原料和放射性藥品生產方面，在生產線投產的初期，計劃生產裂變鉬［99Mo］酸鈉、裂變碘［131I］化鈉、碘［125I］化鈉三個主要原料產品，預計年產量分別為74、148、3.7TBq（20 000、4 000和100Ci）。利用自制原料和／或外購原料生產放射性藥品，提供市場急需的裂變型99Mo－99Tcm發生器、碘（131I）化鈉注射液等產品。

2）加強放射性藥物研究基礎研究，將近年來積淀的研究成果轉換成產品。開展對153Sm、186，188Re、177Lu等金屬核素和32P、131I等非金屬核素的放射性藥物的產品開發與應用研究，建立規模化和系列化放射性藥物研制與生產基地。

3）逐步建立核儀器儀表用放射源制備能力，連續 向 國 內 提 供60Co、192Ir、137Cs、147Pm 等 放射源。

4）放射性同位素標記化合物與示蹤劑研制與應用研究。

正像肖倫院士所倡導的那樣，放射性同位素技術具有先進性、交叉性和不可替代性，因此，今后將利用正在建設的強放實驗室、配套的工藝與測試設備以及CMRR等資源，充分利用計算機技術發展的成果，開展先進的同位素制備與應用技術研究，為我國的科學研究、國防、醫學、工業等提供優質的同位素產品，促進科技創新，滿足國民的健康需求。

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