🔬 physics

First production of the medical radionuclide 103Pd from 99Tc and determination of the 99Tc(7Li,3n)103Pd nuclear reaction cross-sections between 20 and 34 MeV

Dit artikel rapporteert de eerste productie van het medische radionuclide 103Pd via de 99Tc(7Li,3n)103Pd-reactie en presenteert de eerste gemeten dwarssecties voor dit proces tussen 20 en 34 MeV, waarbij een maximale opbrengst wordt geïdentificeerd bij 30 MeV.

Oorspronkelijke auteurs: Andreas Dragoun, Michael Weinert, Anna Bohn, Bernd Neumaier, Johannes Ermert, Erik Strub

Gepubliceerd 2026-07-13

📖 5 min leestijd🧠 Diepgaand

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Andreas Dragoun, Michael Weinert, Anna Bohn, Bernd Neumaier, Johannes Ermert, Erik Strub

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Stel je voor dat je een gigantische, licht radioactieve Lego-steen hebt genaamd Technetium-99. Normaal gesproken behandelen wetenschappers deze steen als een restproduct van kerncentrales – iets dat opgeborgen moet worden in een "afval"-doos omdat het heel lang blijft zitten (ongeveer 211.000 jaar!). Maar wat als je die steen met een specifieke hamer zou kunnen verbrijzelen om het te veranderen in een gloednieuw, superbruikbaar hulpmiddel voor de geneeskunde? Dat is precies wat een team wetenschappers van de Universiteit van Keulen en GSI heeft gedaan.

Ze hebben voor het eerst via deze methode een medisch radionuclide genaamd Palladium-103 gecreëerd. Denk aan Palladium-103 als een kleine, interne spotlight die artsen kunnen gebruiken om kleine tumoren (zoals die die zich naar andere delen van het lichaam verspreiden) te bestralen zonder het gezonde weefsel eromheen te beschadigen. Het werkt door minuscule, onzichtbare "pijlen" genaamd Auger-Meitner-elektronen af te schieten die slechts een zeer korte afstand afleggen, wat ze perfect maakt voor precisie-aanvallen.

Het Grote Experiment: Het "Sla en Meet"-spel

Om dit voor elkaar te krijgen, bouwden de wetenschappers een hogesnelheidskanon. Ze namen hun Technetium-99 stenen en bedekten deze met een dunne laag goud, zoals het glaceren van een cake. Daarna vuurden ze een bundel Lithium-7 ionen (kleine, zware deeltjes) af op het Technetium. Ze vuurden niet slechts één keer; ze probeerden het doelwit te beschieten met verschillende snelheden, variërend van 20 MeV tot 34 MeV.

Stel je voor dat je een bewegend doelwit probeert te raken met een waterballon. Als je hem te zacht gooit, stuitert hij weg. Als je hem te hard gooit, explodeert hij op een manier die je niet had verwacht. De wetenschappers wilden de "Goldilocks"-snelheid vinden – de perfecte worp die het Technetium in Palladium-103 verandert zonder een rommeltje te maken.

De Resultaten: Het Zoete Punt Vinden

Ze gebruikten een gigantisch, supergevoelig camerasysteem genaamd HORUS, wat een kamer vol 14 hightech ogen is, om te kijken wat er gebeurde terwijl de bundel het doelwit raakte. In plaats van te wachten om te zien wat er achteraf overbleef, vingen ze de lichtflitsen (gamma-straling) op die de nieuwe Palladium-103 atomen uitzonden op het moment dat ze werden geboren.

Dit is wat ze ontdekten:

De Perfecte Snelheid: De reactie werkte het beste wanneer de Lithium-bundel bewoog met 30 MeV. Bij deze snelheid produceerden ze de maximale hoeveelheid Palladium-103.
De Cijfers: Bij deze piek-snelheid bereikte de "doorsnede" (wat een chique manier is om te zeggen: de waarschijnlijkheid dat de reactie plaatsvindt) 374±63 mb.
De Daling: Wanneer ze probeerden sneller te gaan, tot 32 MeV, bleef de productie hoog maar begon deze te wankelen. Echter, toen ze de snelheid opstuwden naar 34 MeV, werd het een rommeltje. De wetenschappers merkten op dat bij deze hoge snelheid de reactie begon een ander, ongewenst product (Palladium-102) te maken in plaats van alleen het product dat ze wilden. Vanwege dit reden suggereren ze dat het datapunt bij 34 MeV een beetje "verontreinigd" kan zijn door deze andere reactie en niet als een zuur meting van hun hoofddoel moet worden geteld.

Waarom Dit Ertoe Doet (Zonder de Jargon)

Normaal gesproken is het maken van Palladium-103 alsof je een specifiek korreltje zand probeert te scheiden van een emmer gemengd zand en stenen met behulp van een ingewikkeld chemisch bad. Maar omdat de wetenschappers begonnen met Technetium (dat werkt als een negatieve magneet in water) en eindigden met Palladium (dat werkt als een positieve magneet), kunnen ze het nieuwe medicijn theoretisch heel gemakkelijk scheiden van het oude doelmateriaal, bijna alsof je een magneet gebruikt om ijzervijlsel uit een hoop plastic te trekken.

Wat Ze Niet Hebben Gedaan (En Wat Ze Hebben Uitgesloten)

Het is belangrijk om te weten wat dit papier niet heeft gedaan. Ze hebben het Palladium niet chemisch van het Technetium gescheiden in dit specifieke experiment; ze hebben alleen bewezen dat ze het kunnen maken. Ook hebben ze de gedachte uitgesloten dat de reactie perfect werkt bij alle snelheden. Ze stelden expliciet dat te snel gaan (zoals bij 34 MeV) een concurrerende reactie introduceert die de resultaten verstoort.

Hoe Zeker Zijn Ze?

De wetenschappers zijn zeer zelfverzekerd over hun metingen. Ze hebben niet simpelweg geraden of een computersimulatie gedraaid; ze hebben het doelwit daadwerkelijk gebouwd, de bundel afgevuurd en de deeltjes geteld. Ze maten de dikte van hun Technetium-laag met extreme precisie (ongeveer 0,63±3 μm) en controleerden hun berekeningen met een methode genaamd Rutherford-terugverstrooiing. Hoewel ze zeker zijn over de piek bij 30 MeV, zijn ze voorzichtig over het datapunt bij 34 MeV, waarbij ze suggereren dat dit waarschijnlijk bijdragen bevat van die ongewenste zijreactie.

Kortom, dit artikel bewijst dat je een nucleair afvalproduct kunt veranderen in een levensreddend medisch hulpmiddel door het met precies de juiste snelheid te raken met een Lithium-bundel. Het is een nieuw recept voor het maken van een medicijn dat kan helpen bij de behandeling van kanker, en de wetenschappers hebben in kaart gebracht hoe heet de oven precies moet zijn om het perfect te bakken.

Technische Samenvatting: Eerste productie van het medische radionuclide $^{103}\text{Pd}$ uit $^{99}\text{Tc}$ en bepaling van de doorsnede

Probleemstelling
Het radionuclide Palladium-103 ( $^{103}\text{Pd}$ ) is een kandidaat voor radiotherapie gebruikmakend van Auger-Meitner-elektronen, met name voor de behandeling van kleine tumoren en bij prostaatbrachytherapie. Hoewel $^{103}\text{Pd}$ momenteel wordt geproduceerd via protonenbestraling van natuurlijk zilver ( $\text{natAg}$ ) of rhodium-103 ( $^{103}\text{Rh}$ ), vereisen deze methoden complexe chemische scheidingen. Daarentegen wordt Technetium-99 ( $^{99}\text{Tc}$ ), een langlevend afvalproduct van uitgebrand kernbrandstof, zelate als doelwitmateriaal gebruikt, ondanks het potentieel om de volumes radioactief afval te verminderen. Eerdere onderzoeken hebben neutronen-geïnduceerde reacties op $^{99}\text{Tc}$ en hoogenergetische protoneninteracties verkend, maar experimentele gegevens over geladen-deeltjes-geïnduceerde reacties met zwaardere projectielen, zoals Lithium-7 ( $^7\text{Li}$ ), ontbreken in de literatuur. Bovendien maakt de lage gamma-intensiteit van $^{103}\text{Pd}$ de activiteit moeilijk te kwantificeren via conventionele spectrometrie na bestraling.

Methodologie
Deze studie onderzocht voor het eerst de productie van $^{103}\text{Pd}$ via de $^{99}\text{Tc}(^7\text{Li},3n)^{103}\text{Pd}$ -reactie. De experimentele aanpak bestond uit drie primaire fasen:

Doelwitpreparatie: Een dunne laag $^{99}\text{Tc}$ werd geprepareerd door elektrodepositie van ammoniumpertechnetaat op een goudfolie (15 mm diameter). Het elektrolyt bestond uit een $^{99}\text{Tc}$ -stockoplossing en ammoniumsulfaat onder zure condities (pH 1). De depositie werd uitgevoerd bij $-0,85\text{ V}$ gedurende 60 minuten met Peltier-koeling om waterstofvorming te onderdrukken.
Doelwitkarakterisering: De dikte van de technetiumlaag werd bepaald met behulp van Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) met een $7\text{ MeV } ^9\text{Be}$ -ionenbundel. De analyse, uitgevoerd met SIMNRA-software, modelleerde het doelwit als een twee-laags systeem (Tc op Au) en leverde een gemiddelde areale dichtheid op van $4,45 \times 10^{18}\text{ atomen/cm}^2$ ( $0,63 \pm 0,03\ \mu\text{m}$ ).
Bestraling en Meting: Bestralingen werden uitgevoerd bij de $10\text{ MV FN-Tandem Versneller}$ $10 MV FN-Tandem Versneller$ aan de Universiteit van Keulen met een $^7\text{Li}^{3+}$ $^{7} Li^{3 +}$ -bundel met energieën variërend van $20$ tot $34\text{ MeV}$ $34 MeV$ en stromen van $5\text{--}10\text{ nA}$ $5 - 10 nA$ . Het experiment maakte gebruik van de HORUS $\gamma$ $γ$ -ray spectrometer, bestaande uit 14 High-Purity Germanium (HPGe) detectoren gepositioneerd op vijf hoeken ( $35^\circ, 45^\circ, 90^\circ, 135^\circ, 145^\circ$ $3 5^{\circ}, 4 5^{\circ}, 9 0^{\circ}, 13 5^{\circ}, 14 5^{\circ}$ ).
- In-beam Spectroscopie: Prompt $\gamma$ -stralen uitgezonden door aangeslagen $^{103}\text{Pd}$ -kernen werden gemeten tijdens de bestraling om de beperkingen van de lage gamma-intensiteit na bestraling te overwinnen.
- Achtergrondsubtractie: Een apart gouddoelwit werd bestraald om achtergrond- $\gamma$ -stralen te meten, die vervolgens van de $\text{Tc/Au}$ -doelwitspectra werden afgetrokken.
- Data-analyse: Doorsneden werden berekend op basis van de gebieden van de prompt $\gamma$ -pieken (specifiek transities bij $243,96, 531,97$ en $718,02\text{ keV}$ ), detector-efficiëntie en bundelflux. De hoekverdelingen werden gefit met vierde-graads polynomen en geïntegreerd over de volledige vaste hoek om totale doorsneden af te leiden.

Belangrijkste Bijdragen en Resultaten

Eerste Experimentele Gegevens: Dit werk levert de eerste experimentele metingen van de doorsnede voor de $^{99}\text{Tc}(^7\text{Li},3n)^{103}\text{Pd}$ -reactie.
Excitatiefunctie: De excitatiefunctie werd gemeten tussen $20\text{ MeV}$ en $34\text{ MeV}$ . De reactiedoorsneden nemen toe met de bundelenergie en bereiken een maximum van $374 \pm 63\text{ mb}$ bij $30\text{ MeV}$ .
Hoogenergetisch Gedrag: Boven energieën van $30\text{ MeV}$ beginnen de doorsneden af te nemen. De auteurs merken op dat het datapunt bij $34\text{ MeV}$ waarschijnlijk bijdragen bevat van het concurrerende $^{99}\text{Tc}(^7\text{Li},4n)^{102}\text{Pd}$ -reactiekanaal, wat blijkt uit het verdwijnen van specifieke $^{103}\text{Pd}$ -lijnen en potentiële overlap met $^{102}\text{Pd}$ $\gamma$ -lijnen.
Kwantificatiemethode: De studie heeft succesvol aangetoond dat in-beam $\gamma$ -spectroscopie een levensvatbare methode is om de productie van $^{103}\text{Pd}$ te kwantificeren, waardoor de noodzaak voor tellingen na bestraling, die gehinderd wordt door zwakke gamma-emissie, wordt omzeild.

Betekenis en Claims
De auteurs claimen twee primaire voordelen voor deze productieroute:

Afvalbenutting: Het biedt een pad om $^{99}\text{Tc}$ uit kernsplitsing te benutten, wat anders als langlevend radioactief afval wordt beschouwd, waarmee bijgedragen kan worden aan strategieën voor afvalvermindering.
Vereenvoudigde Chemie: De chemische scheiding van $^{103}\text{Pd}$ van het $^{99}\text{Tc}$ -doelwit is theoretisch eenvoudig. Onder oxidatieve condities bestaat technetium als een anion ( $\text{TcO}_4^-$ ), terwijl palladium als een kation ( $\text{Pd}^{2+}$ ) bestaat. Dit verschil in lading maakt een eenvoudige scheiding mogelijk via kationenuitwisselingschromatografie, in tegen tegenstelling tot de meer complexe scheidingen die vereist zijn voor zilver- of rhodiumdoelwitten.

De studie concludeert dat hoewel de vereiste van versnellers die in staat zijn om hoogstroomige $^7\text{Li}$ -bundels te leveren een huidige beperking vormt, de $^{99}\text{Tc}(^7\text{Li},3n)^{103}\text{Pd}$ -reactie een levensvatbaar en chemisch voordelig alternatief vertegenwoordigt voor de productie van medisch $^{103}\text{Pd}$ .

Meer zoals dit