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1 WIR SCHAFFEN WISSEN HEUTE FÜR MORGEN Prof. Dr. Andreas Türler :: Laborleiter LRC :: Paul Scherrer Institut Labor für Radiochemie (LRC) NES präsentiert: Kompetenzen und Highlights

2 Organigramm Labor für Radiochemie (LRC)

3 Mission des LRC SWAN Isotopen AG LHEP / UNIBE Insel Spital / UNIBE Oeschger Zentrum / UNIBE Radiopharmazie Bern Dr. Josue Moreno Radionuklide in der Umwelt PD Dr. Sönke Szidat 68Ge/68Ga, 177Lu 14C, 210Pb, 43,44,47Sc, 149,152,155,161Tb, 287Fl, 283Cn, 265Sg, 82Sr/82Rb, 7,10Be, 44Ti, 53Mn, 60Fe, 209,210Po Schwere Elemente Dr. Robert Eichler Radionuklidentwicklung Dr. Nick van der Meulen Radwaste Analytics Dr. Dorothea Schumann Flerov Labor, Dubna JAEA und RIKEN, Japan Helmholtzzentrum GSI, Darmstadt Zentrum für Radiopharmazeutische Wissenschaften / PSI

4 Das Periodensystem 1 1 H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Sc Y La Ra Ac Ti Zr Hf V Nb Ta Cr Mo W Mn Tc Re Fe Ru Os B C N O F Al Si P S Cl Co Ni Cu Zn Ga Ge As Sg 107 Bh 108 Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Mt Ds He Se Te Rg Po Br I At Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og Lanthanides Actinides 57 La 89 Ac Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr 6d 10 7s 2 6d 10 7s 2 7p 1/2 2 7s 2 7p 1/2

5 Z 105 Dubnium 253 Rutherfordium 48 s s, 23 s 107 Sg Sg 2.9 ms Seaborgium s, Bh Bohrium 1.3 s, Bh Bh Sg Sg 0.48 s ? 4.4 s,ec Hassium 11.8 ms 3.6 ms, Bh 102ms 8ms Sg 0.23 s,ec 0.8s 1.4s 6.2 s 4.7s 13 ms 3.1 s 21 ms 78 s 7.9 s 47ms 2.1s 8 s,,,,ec,ec,, s 1.5 s 1.8 s,ec/?,ec/?,? Ds Darmstadtium Mt Meitnerium Ds 3 s Sg Sg 0.3s 1.4s 0.9s 40 ms 7.4 s,?,? s 27 s,ec/?, 261 Mt 1.7 ms 0.45 ms 0.8ms1.7ms 2.3 ms 59 ms, Bh 440 ms s Ds Mt 70 ms Sg Rg ms Sg Rg Ds 6 ms 0.1ms 69 ms 1.8 ms 440 ms 1.5 m,?, Ds 0.17 ms Cn 277 Cn 0.69 ms Copernicium N 259 Superheavy Element Grundlagenforschung Transactinides 2016 Synthesized at RIKEN / Japan (Morita et al.) Current world record in lowest cross section! 3 atoms in 553 days ( fb) 6.9 ms 266 Sg 266 Bh 1s 263 Röntgenium s 267 Ds Bh 17 s 270 Mt 5 ms s 30 s 266 Sg 0.37 h m h d Bh 272 Bh 9.8 s 275 Mt 9.7 ms Sg Mt 0.72 s 279 Rg 0.17 s Bh Rg 3.6 s -Decay Spontaneous fission EC-Decay Rg 6.4 ms s 270 Bh 1m 269 Sg 2m 1.3 h ms s m, 270 Mt 0.25 s 23 h ms s 274 Rg Ds 5 ms 50 s ms Ds 0.18 s s 277 Cn 0.1 s Mt 3 ms Fl Flerovium s 282 Cn 0.8 s 281 Rg 26.3 s Ds 13 s Lv ms Fl 0.1 s s 283 Cn 3.8 s 282 Rg 0.5 s 117 Livermorium 284 Fl 0.13 s s Cn 0.1 s ms Fl 0.48 s s Cn 29 s Lv 7ms s Fl 0.69 s Lv 18 ms ms 289 Fl 2.1 s ms ms Lv 18 ms ms Lv 61 ms

6 Synthese und Nachweis eines Seaborgium Carbonyl Komplexes Mainz GSI PSI Bern Berkeley Tokai Riken Lanzhou collab.

7 Carbonyl Experimente bei GARIS/RIKEN RIKEN GARIS Gas jet Transport System EVRs 33 Pa D2 D1 Q1 Q m 144 Sm( 24 Mg,4-5n) 163,164 W 248 Cm( 22 Ne,5n) 265 Sg COMPACT He/CO mm N 2(L) +20 C 120 C

8 Sg(CO) 6 a Superheavy Carbonyl Complex Mainz GSI PSI Bern Berkeley Tokai Riken Lanzhou GARIS RIKEN (Japan) H. Haba et al., J. Nucl. Radiochem. Sci 8, 55 (2007) H. Haba et al., Phys. Rev. C85, (2012)

9 Radiochemische Analyse exotischer, langlebiger und sicherheitsrelevanter Radionuklide Bestimmung relevanter Radionuklide für den sicheren Betrieb, die Entsorgung und Endlagerung von Komponenten nuklearer Anlagen R&D zur Gewinnung nuklearer Daten für das Design und den Betrieb von «accelerator driven systems» (ADS) und Spallationsneutronenquellen Für das PSI: Bestimmung des Radionuklidinventars von SINQ Komponenten und Konstruktionsmaterialien SINQ Target Zement Target E MEGAPIE LBE Relevanz der Radionuklide basierend auf: Zerfallsart, Halbwertszeit, totale Aktivität, chemische und physikalische Eigenschaften. Beispiele: Po, 194 Hg, 60 Co, 36 Cl, 148 Gd und andere Lanthaniden

10 ERAWAST Exotic Radionuclides from Accelerator Waste for Science and Technology Kupfer Strahlstopp 44 Ti, 53 Mn, 26 Al, 60 Fe, 59 Ni, 32 Si 60 Co 5 GBq Exotische Radionuklide (ERAWAST Projekt) Myon Produktionsstation Betrieb 1-3 Jahre Beam Dosis 4 11 Ah Quelle von 10 Be SINQ Target Irradiation Program-STIP 44 Ti, 53 Mn, 26 Al SINQ Kühlwasser 7 Be, 54 Mn, 22 Na, 88 Y Spezielle Bestrahlungspositionen mit 590 MeV Protonen V für 44 Ti Produktion Bi für 205 Pb Produktion Spezielle Neutronenbestrahlungen an SINQ 68 Ge, Tracer SINQ Target 207 Bi, 172 Hf, 173 Lu, 194 Hg, 202 Pb, 125 Sb, 106 Ru, 44 Ti

11 Neubestimmung der Halbwertszeit von 60 Fe (r-process Nucleus!) Eine 60 Fe Probe wurde chemisch aus einem Cu Strahlstopp des Ringbeschleunigers extrahiert, gammaspektrometrisch vermessen an der TU München und massenspektrometrisch am PSI Hotlabor (AHL/NES) bestimmt. t 1/ 2 ln(2) A 60 Fe N N 60 Fe Fe N Fe Resultat: 60 Fe zerfällt wesentlich langsamer als früher bestimmt! Referenz Halbwertszeit Neue Halbwertszeit (1.49 ± 0.27) x 10 6 y (2.62 ± 0.04) x 10 6 y Kutschera et al, 1984 Korschinek et al, Phys. Rev. Lett., 2009 Impact: Kosmische Prozesse müssen neu bewertet werden! (

12 Diagnose und Therapie = Thera(g)nostics Diagnostische Radionuklide Therapeutische Radionuklide Biochemische Vorgänge sichtbar machen möglichst ohne störende Prozesse Beeinflussung biochemischer Vorgänge möglichst ohne Nebenwirkungen Radiopharmazeutika: Paradebeispiel für «Theragnostics»

13 PET Nuclide 18 F 43 Sc 44 Sc 45 Ti 52 Mn 64 Cu 68 Ga 86 Y Beispiele für geeignete theragnostische Paare 1 2 % + <E +> 96.7 % E, I T 1/2 Prod. 6 Pharm. 7 Pair? kev 1.83.h 88.1 % kev 94.3 % kev 84.8 % 29.6 % kev 17.6 % 88.9 % kev 31.9% kev 373 kev 23% 3.89 h kev 100% 3.97 h kev 3.08 h Sc Sc 1434 kev 100% 5.59 d kev 12.7 h 1077 kev 3% 68 m 1077 kev 83% 14.7 h 90 Y 89 Zr 22.7% kev 909 kev 99% 78.4 h Cu Ga

14 Zyklotronproduktion: 44 Ca(p,n) 44 Sc Chemical Separation Procedure 44 CaCO 3 / 44 Sc in 3 M HCl M HCl Zeit: ~ 20 min 44 Ca 2+ zum Recycling DGA 3 M HCl Sc / 0.1 M HCl 3. Waste SCX 0.1 M HCl M NaCl / HCl 44 Sc in NaCl/HCl van der Meulen et al., Nucl. Med. Biol. 42: 745 (2015)

15 44 Sc PET/CT Bild eines Patienten THERANOSTICS Center for Molecular Radiotherapy Zentralklinik Bad Berka, Prof. R. Baum 44 Sc wurde am PSI produziert und > 500 km nach Bad Berka geschickt PET/CT Bild eines Patienten 60 min. p.i. mit 44 Sc-DOTATOC

16 Fossile und nicht-fossile Quellen kohlenstoffhaltiger Aerosole Szidat, 2009 > Primärer OC&EC: Direkte Aerosolemission > Sekundärer OC: Bildung von Aerosolen durch Oxidation von VOCs

17 Lungengängigkeit von Aerosolen BAFU, 2005 Gehr/SNF, 2006

18 14 C Analytik mit Beschleuniger- Massenspektroskopie (AMS) Synal, in press Separation von 14 C von 14 N und 13 CH / 12 CH 2 Bestimmung von µgc mit 14 C/ 12 C von (µbq Bereich)

19 Anwendung für NES: Bestimmung von 14 C in Reaktorstahl (E. Wieland/S. Szidat)

20 Wir schaffen Wissen heute für morgen Die Rolle der Radiochemie in der Grundlagen und angewandten Forschung : die Radiochemie kann zu einer Reihe von Themen innerhalb NES signifikante Beiträge liefern das LRC verfolgt mehrere Kooperationen mit anderen Labors innerhalb NES am LRC sprechen wir eine Sprache die im Bereich NES verstanden wird und umgekehrt das LRC passt hervorragend in den Bereich NES! Seite 20

21 Wir schaffen Wissen heute für morgen Liste der internationalen Kollaborationspartner GSI Helmholtzzentrum Darmstadt & Mainz University, Germany Lund University, Sweden Oak Ridge National Laboratory, United States CERN, Geneva, Switzerland Flerov Laboratory, Russia RIKEN & JAEA, Japan Lawrence Berkeley National Laboratory, United States Lawrence Livermore National Laboratory, United States Institute of Modern Physics, China Saha Institute of Nuclear Physics, India Institute of Electron Technology, Poland University of Jyväskylä, Finland University of Oslo, Norway University of Liverpool, United Kingdom

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