99Mo核素生產工藝現狀及展望

許曉飛 馬紅利

(原子高科股份有限公司，中國 北京 100000)

0 引言

99mTc的核性質和化學性質非常理想，是目前世界上應用最廣泛的醫用放射性同位素。99Mo-99mTc發生器的研發和推廣為99mTc的廣泛應用做出了積極的貢獻。隨著99mTc的需求量越來越大，其母體核素99Mo的需求量也不斷增加。2008年RETER會議指出全世界對99Mo核素的需求量達到12000居里(六天為基準)左右，且仍在不斷增加。

1 99Mo生產工藝概述

根據99Mo的生成方式，99Mo有以下三種生產方法：

第一種方法是利用反應堆熱中子輻照光譜純的天然鉬或者富集的98MoO3靶件生產99Mo。第二種方法是利用反應堆輻照高濃鈾或富集235U靶,通過235U(n，f)99Mo反應生產99Mo。第三種方法是利用加速器輻照鉬靶或鈾靶生產99Mo或直接生產99mTc。

裂變99Mo的生產包括高豐度235U靶件的制備與輻照、靶件的切割與溶解、裂變99Mo提取與分裝等工序。裂變99Mo所用的靶件主要有鈾鋁合金靶、鈾鎂彌散靶等，靶件的溶解方法可以分為堿性溶靶和酸性溶靶[1]。鈾鋁合金靶一般用堿性溶液溶靶，在溶靶過程中，除99Mo、放射性碘等少數核素外，大部分裂變產物與未裂變的鈾均以沉淀形式分離出來；對于鈾鎂合金靶，一般在加熱條件下使用硝酸將靶溶解，未裂變的鈾以及大部分裂變產物均溶解在硝酸中。

裂變法生產99Mo的第一個化學流程是由布魯克海文實驗室提出的，采用235U豐度為93%的U-Al合金為靶材料，靶子輻照后用6mol/L HNO3溶解，99Mo的分離采用氧化鋁色層柱色譜法。由于99mTc在核醫學中的迅速普及和應用極大增大了對高純99Mo的需求，許多國家對裂變法生產99Mo的工藝進行了廣泛而深入的研究，并由此建立了單次生產上千居里99Mo的生產線。

1.1 美國Cintichem流程

Cintichem流程是上世紀70-80年代美國Cintichem公司用裂變高豐度235U方法生產99Mo料液的一個工藝流程，1990年由于生產用反應堆的原因而停止生產。1991年DOE購買了該工藝的生產技術專利和生產處理設施，1996年DOE委派Sandia國家實驗室對該生產技術做了詳細的研究[2]。

典型的Cintinchem流程為豐度在93%左右的高豐度235U靶在反應堆輻照后，用硝酸或硝酸和硫酸的混合酸溶解靶件。放射性氣體從溶解液中排出，用活性炭或堿液吸收。然后將酸性裂變產物溶解液移出靶筒，加入AgNO3溶液沉淀殘余的I-，加入MoO3溶液載帶99Mo，使之在后續沉淀時更加完全。加入釕和銠反載體，以減少鉬沉淀內放射性污染。然后再加入KMnO4，將鉬氧化為Mo6+,用α-安息香肟沉淀。

圖1 α-安息香肟結構

沉淀過濾后用0.1mol/L的硫酸洗滌，然后用NaOH和0.3%的H2O2的混合溶液溶解，形成和一些有機化合物的0.2mol/L NaOH溶液。

溶液依次經過載銀活性炭、水合氧化鋯、活性炭組成的色層柱，除去α-安息香肟輻照分解產生的有機物和其它雜質陰離子。溶液再通過一個載銀活性炭和水合氧化鋯柱除去溶液中殘留的碘。最后，溶液通過 0.3μm/0.2μm 微孔過濾除去細小顆粒，最終產品為 0.2mol/L NaOH的Na2MoO4溶液。

該方法的主要優點是鈾靶溶解液中沒有大量的雜質元素鋁，處理液體積小，工藝流程除輻照外可快速高效的在單一熱室中進行，產生的放射性廢液體積小，所獲得的99Mo比活度高。

1.2 比利時IRE流程

比利時的IRE工藝采用高濃鈾鋁合金靶生產99Mo，回收利用131I和133Xe作為99Mo的副產品。高濃鈾靶件輻照后冷卻。然后用1.5 L 3 mol/L NaOH和4 mol/L NaNO3溶解鈾鋁合金靶。溶解過程中，133Xe則以氣態形式釋放出來，同時碘和鉬分別以I-和-形式溶解在堿液中。過濾后溶液用濃硝酸酸化，通過蒸餾將80%-90%的131I分離出來，然后固定。粗分離出的131I通過蒸餾純化為最終產品。酸化后的其余溶液通過氧化鋁柱，99Mo 被吸附，用 1 mol/L HNO3、水、0.01 mol/L 氨水洗滌，濃氨水洗脫99Mo。最后通過離子交換樹脂和活性炭純化，去除殘余的微量雜質元素和放射性碘核素。該生產流程中99Mo的最終產率可達85%～90%。

工藝的優點是采用堿法溶靶，未裂變的高濃鈾和主要裂變產物以沉淀形式被過濾除去，減少了對后續工藝的影響。缺點是由于鈾靶溶解液體積大，蒸餾除碘耗費時間長，洗脫時會產生大量的放射性液體廢物。

1.3 南非 AEC流程

南非的AEC采用富集度為46%的鈾鋁合金靶輻照后采用氫氧化鈉溶液溶解，并加入氧化劑以加快溶解速度。隨后采用兩個離子交換樹脂柱和一個螯合樹脂柱三步純化步驟保證鉬的質量。每一步均包含鉬的吸附、雜質的洗脫和鉬的洗脫。將第三個柱子后的氨水洗脫液過濾、蒸干，殘渣用0.2mol/L NaOH溶解，產品最終轉成鉬酸鈉。

該方法的主要優點是工藝采用堿法溶靶，高濃鈾和主要裂變產物以沉淀形式被過濾除去。工藝缺點是不能綜合利用131I和133Xe。

2 99Mo生產流程研究方向

由于HEU的核擴散危險，目前許多國家的相關實驗室正在研究在LEU條件下，包括制靶工藝在內的99Mo生產流程，研究的主要方向和目的是改進Cintichem流程以使其適應LEU生產條件[3]，新的制靶工藝主要是以U3Si2靶取代傳統的UAlx靶件。此外在裂變99Mo生產中，作為典型的南去污核素，放射性碘的凈化也占有非常重要的地位。

鑒于目前越來越嚴重的99Mo供應短缺狀況，加強99Mo生產工藝流程研究對保證我國99Mo供應安全、國民健康安全等均具有重要的意義。

[1]羅順忠.核技術應用[M].哈爾濱:哈爾濱工程出版社,2009:44.

[2]Arino H,Kramer H,Mc Govern J,et,al.Production of high purity fission product molybdenum-99:U.S.Patent.3,799,883[P].1974-3-26.

[3]Wu D,Landsberger S,Buchholz B.Processing of LEU targets for99Mo production--testing and modification of the Cintichem process[R].Argonne National Lab.,IL(United States),1995.