МИНИСТЕРСТВО ИНДУСТРИИ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РК
Республиканское государственное предприятие

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР РК (РГП НЯЦ РК)

Дочернее государственное предприятие

ИНСТИТУТ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

(ДГП ИГИ РГП НЯЦ РК)

УДК

Глущенко Наталья Викторовна

ПРИМЕНЕНИЕ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА В КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА РФП: ^99м Тс и ¹³¹ I"

Работа, представленная на конференцию - конкурс НИОКР

молодых ученых и специалистов

Национального ядерного центра Республики Казахстан

(прикладная)

Курчатов 2011

АВТОР

Глущенко Наталья Викторовна

Инженер, ДГП ИЯФ РГП НЯЦ РК,

1987,

образование высшее – физический факультет КазНУ им. Аль-Фараби, 2010),

специальность – ядерная физика,

квалификация по диплому – бакалавр ядерной физики,

работает с 2008 г в НТЦ РПИ, ИЯФ НЯЦ РК,

общий стаж работы - 3 года.

Глущенко Наталья Викторовна

ПРИМЕНЕНИЕ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА В КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА РФП: ^99м Тс и ¹³¹ I"

Работа, представленная на конференцию - конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов Национального ядерного центра Республики Казахстан

Дочернее государственное предприятие «Институт геофизических исследований» Республиканского государственного предприятия «Национальный ядерный центр Республики Казахстан» (ДГП ИГИ РГП НЯЦ РК).

050020, г. Алматы, Чайкина 4, тел. (727)263-13-30, (727)263-48-82,

факс.(727) 263-48-82, E_mail: kcd1234@mail.kz

РЕФЕРАТ

Работа 10 страниц, 10 рисунков, 5 таблиц, 6 источников.

Актуальность: К производимым радиофармпрепаратам диагностического назначения предъявляются чрезвычайно высокие требования по радионуклидной чистоте, что в свою очередь обуславливает необходимость разработки и внедрения системы контроля качества производимой продукции.

Цель работы: Экспериментальная апробация разработанного методического подхода и процедуры определения подлинности радионуклидов, их объемной активности и содержания радионуклидных примесей в радиофармпрепаратах диагностического назначения, производимых в Институте Ядерной Физики, методом гамма-спектрометрии.

Задачи исследований: методика приготовления образца для измерения, проведения анализа определения подлинности радионуклидов, объемной активности и радионуклидной чистоты препаратов и техникой обработки данных экспериментов.

Результат работ: В настоящей работе приведено теоретическое обоснование основных положений процедуры определения подлинности радионуклидов, их объемной активности и содержания радионуклиных примесей в радиофармпрепаратах диагностического назначения методом гамма-спектрометрии и результаты ее экспериментальной апробации.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ______________________________________________________ 2

1. Физические основы гамма-спектрометрии________________________________ 2

2. Гамма-спектрометр: предназначение, принцип работы, основные характеристики, различные виды________________________________________________________ 3

3. Устройство полупроводникового гамма-спектрометра__________________________________________________________ 4

4.Подготовка проб ______________________________________________________ 5

5. Определение подлинности_____________________________________________ 5

6. Определение объемной активности РФП__________________________________ 5

7. Определение содержания радионуклидных примесей в РФП_________________ 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ_______________________________________________________ 10

Аннотация: В Институте ядерной физики Национального ядерного центра Республики Казахстан разработана технология получения радиофармпрепаратов "Раствор натрия пертехнетата - ^{99 m} Тс" и "Раствор натрия йодида,¹³¹ I", используемых для диагностических целей. В качестве сырья используются доступные и относительно дешевые материалы и реактивы. Характеристики получаемых препаратов соответствуют мировому уровню. Технология испытана в ИЯФ НЯЦ РК и готова к применению для регулярного производства данных препаратов.

К производимым радиофармпрепаратам диагностического назначения предъявляются чрезвычайно высокие требования по радионуклидной чистоте, что в свою очередь обуславливает необходимость разработки и внедрения системы контроля качества производимой продукции.

Введение

Радиоактивные препараты применяются при лечении и диагностике различных заболеваний. Они требуют особой техники в обращении и в работе для того, чтобы получить правильные результаты и снизить до минимума опасность для персонала и пациента. Все операции должны выполняться в соответствии с действующими санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений и нормами радиационной безопасности персоналом, специально обученным работе с радиоактивными препаратами.

Целью данной работы является экспериментальная апробация разработанного методического подхода и процедуры определения подлинности радионуклидов, их объемной активности и содержания радионуклидных примесей в радиофармпрепаратах диагностического назначения, производимых в Институте Ядерной Физики, методом гамма-спектрометрии.

В настоящей работе приведено теоретическое обоснование основных положений процедуры определения радионуклидных примесей в радиофармпрепаратах диагностического назначения методом гамма-спектрометрии и результаты ее экспериментальной апробации.

1. Физические основы гамма-спектрометрии

Гамма-излучение – высокоэнергетическое электромагнитное излучение, испускаемое при переходе ядра атома из более возбужденного состояния в стабильное состояние или в менее возбужденное

Основные источники гамма-излучения:

• Альфа- и бета-распад

• Продукты деления

• Тормозное излучение

• Взаимодействие атомов с частицами

Основные процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом

1. Фотоэлектрическое поглощение

Рисунок 1. Схема фотоэлектрического поглощения

1. Комптоновское рассеяние

Рисунок 2. Схема комптоновского рассеяния

1. Образование электрон-позитронной пары

Рисунок 3. Схема образования электрон-позитронной пары

1. Гамма-спектрометр: предназначение, принцип работы, основные характеристики, различные виды

Предназначение гамма-спектрометра. Принцип работы

Гамма-спектрометр - прибор для измерения энергии γ -квантов и интенсивности γ -излучения. Регистрация и измерение энергии γ -квантов в большинстве случаев связаны с наблюдением электронов или электрон-позитронных пар, возникающих при взаимодействии гамма-излучения с веществом в процессах комптоновского рассеяния, фотоэлектрического поглощения и образования пар. Различия в зависимостях эффективных сечений этих процессов от энергии γ -квантов, а также от атомных номеров Z элементов, входящих в состав вещества детектора, обусловливают выбор наиболее эффективного для данной области энергии γ -квантов метода их регистрации и определения энергии. Основной частью гамма-спектрометра является детектор γ -квантов. В некоторых детекторах функция регистрации фотонов совмещена со спектрометрической функцией, т. е. они сами могут служить гамма-спектрометром. Сюда относятся сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы, пропорциональные счётчики, ионизационные камеры. В других, более сложных гамма-спектрометрах эти функции разделены. К таким приборам относятся кристалл-дифракционные гамма-спектрометры, магнитные спектрометры, а также применяемые для спектрометрии γ -квантов высокой энергии пузырьковые камеры.

Основные характеристики гамма-спектрометра

Основные характеристики гамма-спектрометра - разрешающая способность и эффективность.

Под разрешающей способностью обычно понимается величина , где - энергия регистрируемых моноэнергетичных γ -квантов, а - ширина измеренной данным гамма-спектрометром γ -линии на половине её высоты. Иногда в литературе в качестве меры разрешающей способности указывают просто абсолютную величину .

Эффективностью гамма-спектрометра называется выраженная в процентах доля, которую составляют зарегистрированные прибором γ -кванты данной энергии от общего числа γ -квантов, попадающих в детектор гамма-спектрометра. Для одного и того же гамма-спектрометра эффективность обычно сильно зависит от энергии γ -квантов. Иногда гамма-спектрометр характеризуют светосилой, под которой понимается отношение числа зарегистрированных за определённое время γ -квантов к общему их числу, испущенному источником за то же время.

Ниже порога рождения пар (1,022 МэВ) регистрация γ -квантов ведётся по комптоновским и фотоэлектронам. В области совсем малых энергий (десятки кэВ) основную роль играет фотоэффект. При высоких энергиях главным процессом взаимодействия γ -лучей с рабочим веществом детектора является образование пар.

Основные типы гамма-спектрометров

1. Сцинтилляционный гамма-спектрометр (детекторы NaI, CsI, ZnS, LiI, BGO)

Рис.4 - Схема сцинтилляционного детектора

2.Полупроводниковый гамма-спектрометр (твердотельные детекторы Ge, Ge(Li), Si(Li))

Рис.5 - Схема твердотельного полупроводникового детектора

3. Гамма-спектрометры для малых энергий γ -квантов

4. Гамма-спектрометры для γ -квантов высоких энергий.

1. Устройство полупроводникового гамма-спектрометра

Подлинность радионуклидов, их объемную активность и содержание радионуклиных примесей в РФП устанавливают путем измерения γ-излучения радионуклидов (^{99 m} Тс, ¹³¹ I) при помощи полупроводникового γ-спектрометра фирмы Eurisys Mesures (Франция) с использованием программного обеспечения Inter Winner.

Спектрометр включает в себя:

- детектор из сверхчистого германия EGPC 30-185-R;

- зарядочувствительный предусилитель PCS 822;

- многоканальный анализатор импульсов MOD.5008, выполненный в виде карты расширения, установленной в компьютер;

- высоковольтный источник питания AHV2-PC;

- IBM PC-совместимый компьютер со специализированной спектрометрической программой InterWinner 4.1, работающей в ОS Windows NT.

Рис.6 - Спектрометрическая система

1. Подготовка проб для определения подлинности радионуклидов ^{99 m} Тс и ¹³¹ I, содержания радионуклидных примесей и объемной активности РФП

Подготовку пробы для измерения γ-спектра препарата проводят следующим образом: 10 мкл радиофармпрепарата разбавить в 10 мл дистиллированной воды, перемешать и нанести 10 мкл приготовленного раствора на «пятачок» из фильтровальной бумаги. Затем «пятачок» заклеить между двумя слоями липкой лавсановой пленки («скотчем»), что обеспечивает герметичность источника, и поместить в домик на расстоянии ~10 см от наружной крышки детектора. Время набора спектра 5 мин, что обеспечивает необходимую точность измерения. При измерении спектра пятачков с радионуклидами использовать одноименные таблицы изотопов.

1. Определение подлинности радионуклидов ^{99 m} Тс и ¹³¹ I: по периоду полураспада и по спектру характеристического ионизирующего излучения

Радионуклиды характеризуются периодом полураспада (Т_1/2 ) и специфическими, присущими только им, спектрами ионизирующих излучений (табл.1).

Таблица 1

После обработки результатов измерений программа дает таблицу с обнаруженными изотопами и их активностями в пробе.

Определение периода полураспада радионуклидов ^{99 m} Тс и ¹³¹ I

Для определения периода полураспада радионуклидов: ^{99 m} Тс и ¹³¹ I необходимо измерить активность тех же проб через определенный период времени, указанный в таблице 2 для каждого элемента. Рассчитывают распад изотопов в зависимости от времени по формуле:

Р, % = , где: A_{0 –} начальная активность; А_{t –} измеренная активность,

и сравнивают с табличными данными распада, приведенными для каждого изотопа.

Таблица 2

1. Определение объемной активности РФП

Определение объемной активности препаратов проводят на γ-спектрометре с учетом измеренной активности взятого исходного раствора, его объема и разведения. Проводится измерение трех параллельных проб.

Объемная активность радионуклидов в РФП определяется по формуле:

А_об = , МБк/мл., где: А_изм – средний результат измерений активности трех проб, Бк; V_п - объем раствора, взятого для измерения, мл; 10⁶ –коэффициент пересчета Бк в МБк; К - коэффициент разведения, равный 10³ .

1. Определение содержания радионуклидных примесей в РФП

Требования к радионуклидной чистоте объясняются двумя основными причинами. Во-первых, тем фактом, что методики визуализации основаны на регистрации основного радионуклида по характерным γ-линиям. Присутствие других радионуклидов с собствен­ными, отличающимися γ-линиями уменьшает разрешение изображения. Особенно нежелательны примеси, испускающие более жёсткие γ-линии по сравнению с основным радионуклидом, хотя правильная коллимация может уменьшить их влияние. Во-вторых, присутствие радионуклидных примесей увеличивает лучевую нагрузку на пациента. В зависимости от характеристик ядерного распада (периода полураспада, типа и энергии излучения) и биологического распределения некоторые примеси могут давать значительный вклад в общую радиационную дозу. Нежелатель­ные эффекты усиливаются со временем, если радионуклидные примеси имеют большие периоды полураспада, чем основной нуклид, а это, в свою очередь, ограничивает полезное время использования РФП.

Радионуклидный анализ РФП включает в себя следующие этапы: обнаружение радионуклидных примесей, их идентификацию и определение их активности. В табл.3 приводятся допустимые содержания примесей (в %) по отношению к активности основного радионуклида в препарате.

Таблица 3

Если в результатах анализа обнаружатся допустимые примеси, то их процентное содержание по каждой отдельной примеси и по сумме примесей рассчитывают по формулам [1] и [2], соответственно.

%, отд. примесь = [1],

%, примесей = ^. 100 [2],

где А_n1, А_n2, А_n3 и т.д - активность примесей,

А – активность основного радионуклида.

Результаты измерений записываются в протокол испытания и прилагается компьютерная распечатка результатов измерений

По окончании измерения и обработки результатов данные были распечатаны в виде таблицы, в которой указаны следующие параметры:

а) наименование образца;

б) время набора гамма-спектра;

в) радионуклиды, найденные в пробе, и их периоды полураспада;

г) энергии g-пиков (из таблицы изотопов), кэВ;

д) измеренные энергии g-пиков в кэВ;

е) разница между табличными и измеренными энергиями в кэВ;

ж) абсолютная активность радионуклида в образце, рассчитанная по каждому из фотопиков;

з) эффективность регистрации гамма-излучения для данной энергии пика и использованной геометрии измерения, %;

и) абсолютная активность радионуклида (усредненная в случае измерения активности по нескольким пикам), кБк ;

к) двойная ошибка измерения, %;

Измерения проводились по вышеописанной методике определения радионуклидных примесей в готовом препарате. На рис.7 изображен спектр одного из измеренных образцов «Раствор натрия пертехнетата ^{99 m} Тс», на рис.8 приведен образец выводимых данных при обработке данного спектра. Судя по этим рисункам и приведенной ниже Таблице 4 можно сделать вывод, что содержание примеси ⁹⁹ Мо в измеренных образцах препарата ^{99 m} Тс на момент его получения не превышало 0,02% от активности ^{99 m} Тс, а суммарное содержание других гамма-излучающих радионуклидных примесей не превышало 0,002% от активности ^{99 m} Тс.

Рисунок 7 - Спектр измеренного образца «Раствора натрия пертехнетата ^{99 m} Тс»

Рисунок 8 – Образец выводимых данных при обработке данного спектра «Раствор натрия пертехнетата ^{99 m} Тс»

Таблица 4 – Экспериментальные данные по определению радионуклидных примесей в образцах радиофармпрепарата " Раствор натрия пертехнетата ^{99 m} Тс"

Измерения проводились по вышеописанной методике определения радионуклидных примесей в готовом препарате. На рис.9 изображен спектр одного из измеренных образцов "Раствор натрия йодида, ¹³¹ I”, на рис.10 приведен образец выводимых данных при обработке данного спектра. Судя по этим рисункам и приведенной ниже Таблице 5 можно сделать вывод, что содержание примесей в измеренных образцах препарата не превышало 0,5% от общей измеренной активности ¹³¹ I.

Рисунок 9 – Спектр одного из измеренных образцов "Раствор натрия йодида, ¹³¹ I”

Рисунок 10 – Образец выводимых данных при обработке данного спектра "Раствор натрия йодида, ¹³¹ I”

Таблица 5 – Экспериментальные данные по определению радионуклидных примесей в образцах радиофармпрепарата "Раствор натрия йодида, ¹³¹ I”

Заключение

Анализ результатов экспериментальной проверки разработанных процедур, проведенных на реальных образцах выпускаемых радиофармпрепаратов, позволил сделать вывод о высокой эффективности применяемого метода гамма-спектрометрии после предварительной радиохимической подготовки измеряемых образцов для контроля качества радиоизотопной продукции медицинского назначения.

Оценка таких метрологических параметров как предел обнаружения, погрешность измерений и повторяемость результатов, свидетельствует об их полном соответствии предъявляемым требованиям.

Цель настоящей работы достигнута, все поставленные задачи решены в полном объеме.

Список использованных источников

1. Под редакцией В.Ю Баранов. Изотопы: свойства, получение, применение. В 2-х томах М. ФИЗМАТЛИТ, 2005.
2. Савушкин И.А. Основы экологически чистой технологии получения технеция-99m, Минск.2000г.
3. Пат. ВY 2397 С1, МПК 6-G21 G 4/08. Способы приготовления радиофармпрепаратов с технецием-99м / Савушкин И.А., Иванченко А.П. и др., № 00322/01.
4. Пат. RU 2056657 C1, МПК 6-G21 G4/08 Способ приготовления радиофармпрепаратов с технецием-99м / Савушкин И.А., Иванченко А.П. и др., №5034951/25.
5. ВФС 42-1732-87. Раствор пертехнетата натрия , 99mТс из генератора.
6. ФС 42-2679-89 "Раствор натрия йодида с йодом-131 без носителя (Натрия йодид, ¹³¹ I)".