Producción de Radionúclidos

 

 

            El axioma 9 indica que “cuando un núclido, en  búsqueda de su estabilidad emite radiaciones se está en presencia de un radionúclido”.

 

            Existen diferentes formas de obtener estos radionúclidos; así por ejemplo los de período mas corto son obte-nidos a partir de generadores  o bien  en ciclotrones mientras que los de período más largo provienen de reactores nucleares.

 

 

CICLOTRONES

 

Un ciclotrón es un equipo que permite la aceleración de partículas sub-atómicas, como ser protones neutrones e incluso deuterones, a velocidades que llegan a ser un 30% de la de la luz. Alcanzada la velocidad deseada, lo cual ocurre el una cámara de vacío, la partícula es extraída y se la hace incidir sobre un blanco en el cual se lleva a cabo la reacción nuclear que origina un nuevo elemento.

 

 

            Físicamente las partículas, objeto de la aceleración, por ejemplo protones, provienen de un plasma de hidró-geno contenido en la cámara de vacío que al ser expuesto a campos magnéticos potentes se desintegran.

La aceleración de las partículas es la resultante de un proceso de entrada y salida entre dos electroimanes dispuestos en un ángulo de 90°; las órbitas que se logran son elípticas  aumentando la velocidad en función del radio de la elipse y cuando alcanzan el radio máximo son extraídas mediante un deflector electrostático, ventana tras la cual se encuentra un potente electrodo negativo que curva la trayectoria de las partículas hacia afuera haciéndolas incidir sobre el blanco.

 

Para la obtención de radionúclidos de vida media muy corta se utilizan baby ciclotrones, por ejemplo:

 

            Radionúclido                        Vida Media    Forma Química                     Usos

                   11C                                      20.4 min              11CO                               Flujo cerebral y cardíaco

                                                                                          11CO2                              Flujo cerebral

                                                                                    Acetato de sodio                   Metabolismo cardíaco

       13N                                      9.96 min           Amoníaco                           Flujo cardíaco

          15O                                     2.04 min                Gas                                Extracción cerebral

       C15O                               Volumen sanguíneo,

                                                                                                                       cerebral y cardíaco

                                                                             H215O                               Volumen sanguíneo

                   18F                                      100 min        Fluordeoxiglucosa                  Metabolismo celular en la

                                                                                                                                 evaluación cardíaca y

                                                                                                                                 tumoral.

 

 

REACTORES NUCLEARES

El reactor nuclear es un sistema en el cual por medio de material fisionable, tal como el 235U, se logra que el flujo neutrónico resultante se utilice con distintos fines, por ejemplo la obtención de energía o bien la irradiación de blancos.

 

 

 

 

 

Un ejemplo práctico, del segundo proceso, es la irradiación de un blanco de 98Mo que por reacción (n,g) ori-gina 99Mo; este potenció la transformación de la medicina nuclear al permitir disponer, en forma continua, de 99mTc merced al desarrollo de generadores de radionúclidos en los cuales se pudo extraer el 99mTc originado por el 99Mo en su decaimiento.

Para explicar el principio de funcionamiento de cualquier tipo de generador es necesario introducir el concepto de “relación parenteral” entre un par de radionúclidos; así por ejemplo el 99 Mo y el  99mTc en el cual el primero es la “madre” y él segundo la “hija”.

Este tipo de relación implica la existencia de un equilibrio en el cual juegan un papel importante los períodos de desintegración de cada uno de los radionúclidos; así existen dos formas de equilibrios, el denominado transitorio y el secular.

 

 

EQUILIBRIO TRANSITORIO

El equilibrio transitorio ocurre en aquellos casos en los cuales el periodo de desintegración de la “madre” es mayor que el de la “hija”; de este modo la actividad de la segunda tiende a aproximarse a la primera y una vez alcanzado el equilibrio la actividad de la “hija” decaerá dependiendo del  de la “madre”.

 

 

            La expresión matemática que relaciona estos conceptos es la siguiente:

 

                                                     

                                                                   A=  T1/T1 -  T2 x A01 x (e- 0.693. t/T - e-kt) + A02 x e-kt

 

donde:

 

T1 es el periodo de desintegración de la “madre”.

T2 es el periodo de desintegración de la “hija”.

t es el tiempo transcurrido desde la última elución de la “hija”.

k es la constante de desintegración de la “hija”.

A1 es la actividad de la “madre” (k de la “madre’ x Nro. de átomos)

A2 es la actividad de la “hija” (k de la “hija” x Nro. de átomos)

A10 es la actividad inicial de la “madre” (k de la “madre” x Nro. inicial de átomos)

A20 es la actividad inicial de la “hija” (k de la “hija” x Nro. iniciales de átomos)

 

 

            Ahora bien, al no eluir el generador durante un dado periodo de tiempo, por ejemplo 5 veces el periodo de desintegración de la “hija”, la expresión matemática que considera su desintegración se puede considerar despre-ciable resultando así que: 

 

 

                                                                    A2=  T1/T1 -  T2 x A1 x e- 0.693. t/T

 

si además consideramos que:

 

                                                                    A1=  A1 x e- 0.693. t/T

 

resulta que:

 

 

                                                                    A2=  T1/T1 -  T2 x A1

 

lo que significa que:

 

                                                             A2/A1 = T1/T1-T2 = CONSTANTE

 

 

Esta es la característica del  equilibrio transitorio en el cual la desinte-gración de la “hija” ocurre en función del período de desintegración de la “madre”; este es el caso de un generador de 99Mo/99mTc. (figura 9)

 

 

 


EQUILIBRIO SECULAR

           

 

El equilibrio secular ocurre en aquellos casos en los cuales el periodo de desintegración de la “madre” es mucho mayor que el de la “hija” y ambos radionúclidos decaen con el periodo de la “madre”, este es el caso del generador de 113Sn/113mIn. (figura 10)

 

 

 

SISTEMAS DE GENERADORES DE RADIONUCLIDOS

 

 

Un sistema generador, por ejemplo el de 99Mo/99mTc de columna seca, sé compone (figura 11) de un cilindro de vidrio pirex (1) provisto, en su base, de un filtro de vidrio calcinado (2) destinado a retener la alúmina (3), soporte inerte que llena la columna de vidrio y en el cual se absorbe la “madre” (99Mo) y se eluye el pertecneciato de sodio (99mTc) la “hija”.

Posee, además,  dos agujas de entrada (4) una conectada al tapón superior de la columna (5) y otra al filtro de tamaño de poro 0.22 m (6) que permite la entrada de aire estéril al frasco de elución (7) con solución de NaCl 0.9%; la otra, de salida (8), conectada al tapón inferior de la columna (10) posee un filtro de tamaño de poro de 0.22 m (9) que permite el ingreso del eluido al frasco de vacío estéril y protegido con un contenedor de plomo (13).

Todo el sistema se encuentra, radiológicamente protegido por  un blindaje de plomo de forma cilindrocónica de 40 mm de espesor (11)  y cubierto por  cilindro de plástico  que permite el transporte (12).

 

Existen otros tipos de generadores aparte de los dos ya mencionados, entre ellos:

 

a.-  68Ge/68Ga en donde la “madre” decae con un periodo de desintegración de 280 días a  68Ga que con periodo de desintegración de 68 minutos decae, por emisión de positrones, a 68Zn; el sistema posee como eluyente solución de  EDTA 0.005 M y como soporte inerte alúmina.

 

b.- 195mHg/195mAu en donde la “madre” decae con un periodo de desintegración de 41.6  horas a 195mAu que con periodo de desintegración de 30.5 segundos decae, por transición isomérica, a 195Au que con periodo de semidesintegración de 183 días decae a 195Pt; el sistema posee como eluyente una solución de tiosulfato de sodio (29.0 mg/ml) y nitrato de sodio (10 mg/ml) mientras que el  soporte inerte es sílica gel recubierta de sulfito de zinc.

 

c.- 82Sr/82Rb en donde la “madre” decae con un periodo de desintegración de 25.5 días  a 82Rb que decae con perio-do de desintegración de 6.3 horas; el sistema posee como eluyente solución de NaCl 0.9% mientras que el  soporte inerte es oxido  de estaño.

 

d.- 81Rb/81mKr en donde la “madre” decae con un periodo de desintegración de 4.7 horas  a 81mKr que decae con periodo de desintegración de 13 segundos; el sistema posee como eluyente solución de glucosa al 5% mientras que el soporte inerte es fosfato de zircónio.

 

e.- 188W/188Re en donde la “madre” decae con un periodo de desintegración de 69 días  a 188Re que decae con un periodo de desintegración de 16.9 horas; el sistema posee como eluyente solución de NaCl 0.9% mientras que el  soporte inerte es alúmina; dado que la concentración eluida de perrenato de sodio (188Re) es de baja concentración de actividad el sistema posee una columna de intercambio anionico y otra catiónica con lo cual se obtienen solucio-nes de alta concentración específica.

 

 

Bibliografía

 

1.- Fundamentals of Radiopharmacy.

Ire-Celltarg 1989.

2.- Blocker. B

Atlas de física atómica

Editorial Alianza, Madrid, 1988.