Labor für Radiochemie (LRC)

(1)

WIR SCHAFFEN WISSEN – HEUTE FÜR MORGEN

Labor für Radiochemie (LRC)

Prof. Dr. Andreas Türler :: Laborleiter LRC :: Paul Scherrer Institut

NES präsentiert: Kompetenzen und Highlights

(2)

Organigramm Labor für Radiochemie (LRC)

(3)

Mission des LRC

Flerov Labor, Dubna JAEA und RIKEN, Japan

Helmholtzzentrum GSI, Darmstadt

Schwere Elemente Dr. Robert Eichler Schwere Elemente

Dr. Robert Eichler

287Fl, ²⁸³Cn, ²⁶⁵Sg, …

7,10Be,⁴⁴Ti, ⁵³Mn, ⁶⁰Fe,

209,210Po…

Radwaste Analytics Dr. Dorothea Schumann

43,44,47Sc, 149,152,155,161Tb,

82Sr/⁸²Rb, …

Radionuklidentwicklung Dr. Nick van der Meulen Radionuklidentwicklung

Dr. Nick van der Meulen

Zentrum für

Radiopharmazeutische Wissenschaften / PSI

68Ge/⁶⁸Ga, ¹⁷⁷Lu Radiopharmazie Bern

Dr. Josue Moreno Radiopharmazie Bern

Dr. Josue Moreno

SWAN Isotopen AG LHEP / UNIBE

Insel Spital / UNIBE

14C, ²¹⁰Pb, …

Radionuklide in der Umwelt PD Dr. Sönke Szidat Radionuklide in der Umwelt

PD Dr. Sönke Szidat

Oeschger Zentrum / UNIBE

(4)

Lanthanides Actinides

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

La

57

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

Ac

89

H Li Na K Rb Cs

Fr Ra Ac Ba Sr Ca Mg Be

Sc Y La

Ti Zr Hf

V Nb

Ta Cr Mo W

Mn Tc Re

Fe Ru Os

Co Ni Cu Zn Ga Ge As Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Rf Db

B C N O F

Al Si P S Cl Se Br Te I Po At

87 88 89-103 104 105

55 56 57-71 72 73 74 75 76 77

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

78 79 80 81 82 83 84 85

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

11 12 13 14 15 16 17

3 4

1

5 6 7 8 9

1 2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 He Ne Ar Kr Xe Rn

54

86 36 18 10 2

18

Sg

106

Bh

107

Hs

108

Mt

109 110

Ds

111

_1/2

Nh Mc Ts Og

(5)

168

170 114 Fl

285

29 sCn

2.1 sFl

289

281

sf 13 sDs

293

61 msLv

253Rf

sf

48 s ²⁵⁴Rf

sf

23 s ²⁵⁶Rf

sf,

6.2 s ²⁵⁷Rf

,ec 4.7s

,ec

258Rf

sf

13 ms ²⁵⁹Rf

,sf

3.1 s ²⁶⁰Rf

sf

21 ms ²⁶¹Rf



78 s ²⁶²Rf

sf 47ms

Rf1.4s

255

,sf 0.8s

,sf

1.4s 2.1s

sf

257Db

,sf

1.3 s ²⁵⁸Db

,ec

4.4 s ²⁶⁰Db

,ec/sf?

1.5 s ²⁶¹Db

,sf

1.8 s ²⁶²Db

,ec/sf?

34 s ²⁶³Db

,sf 27 s

265Sg

,sf?7.4 s

266Sg

sf,?

440 ms

Sg1.4s

263

0.3s

,sf?

Sg 0.9s

261

,ec0.23 s

260Sg

,sf3.6 ms

259Sg

 0.48 s

258Sg

sf 2.9 ms

261Bh



11.8 ms ²⁶⁴Bh

 440 ms

262Bh

 102ms

8ms

256Db

,sf 2.6 s

255Db

,sf 1.6 s

260Bh



?

263Hs



? ²⁶⁴Hs

,sf

0.45 ms ²⁶⁵Hs

 0.8ms

 1.7ms



267Hs

59 ms ²⁶⁹Hs



9.7 s

266Mt



1.7 ms ²⁶⁸Mt

 70 ms

267Ds



3 s ²⁷¹Ds

 69 ms



1.8 ms ²⁷³Ds

 0.17 ms

269

 179 Dss

272

 3.8 msRg

277Cn

0.69 ms

Rf_Ruther-

fordium

DbDubnium

Sg

Seaborgium

BhBohrium

HsHassium

MeitneriumMt Ds

Rg

Cn

105

106 107

110 109 108

112 111

150 152 154 156 158 160 164

N

166

Z

266Bh



1s ²⁶⁷Bh



17 s

266Hs

2.3 ms

 

262Sg

sf 6.9 ms

270Ds

 6 ms

 0.1ms

259Db

,ec/sf?

0.5 s



270Hs



30 s

116 Lv

118 118

87 ms115

288

32 ms115

287

284

 0.48 s113

283

 0.1 s113

280

 3.6 sRg

279

0.17 sRg

276

 0.72 sMt

275

 9.7 msMt

272

 9.8 sBh

271



Bh

268

sf 1.2 dDb

267

sf 1.2 hDb

290

7 msLv

286

sf

Fl

294

0.9 ms118

113 113

115 115

-Decay Spontaneous fission EC-Decay

Darmstadtium

, sf

 7.9 s

288

0.69 sFl

284

sf 0.1 sCn

282

sf 0.8 sCn

275

0.19 sHs

271Sg

,sf1.9 m

267

sf 1.3 hRf

279

sf0.18 sDs

291

18 msLv

287

0.48 sFl

283

3.8 sCn

0.13 s

292

18 msLv

Röntgenium

278113

0.24 ms

274Rg

6.4 ms

270Mt

5 ms

264Sg

sf

40 ms

271Hs



10 s

267Sg

,sf1.5 m

263Rf

sf

8 s

282

 73 ms113

278

4.2 msRg

274

 0.45 sMt

270

 1 mBh

266

sf 0.37 hDb

162

294

80 ms117

290

16 ms115

286

20 s113

282

0.5 sRg

278

8 sMt

274

50 sBh

270

sf

23 hDb

293

15 ms117

289

0.22 s115

285

5.5 s113

281

sf 26.3 sRg

277

sf

3 msHs

117 117

268Hs



s

Copernicium

172

174

²⁸⁵0.1 sFl

281



0.1 sCn

277Ds

5 ms

273

0.25 sHs

269Sg

2 m

265

sf

1.7 mRf

Transactinides 2016

Synthesized at RIKEN / Japan (Morita et al.) Current world record in lowest cross section!

3 atoms in 553 days (22 ⁺²⁰_–13fb)

Flerovium

Livermorium

Superheavy Element Grundlagenforschung

(6)

Synthese und Nachweis eines Seaborgium Carbonyl Komplexes

Mainz – GSI – PSI – Bern – Berkeley – Tokai – Riken – Lanzhou collab.

(7)

1 2 m 0

Q2 D2 D1 Q1

RIKEN GARIS

EVRs

He/CO

0 100 mm 33 Pa

Gas‐jet Transport System

144

Sm(

²⁴

Mg,4-5n)

^163,164

W

248

Cm(

²²

Ne,5n)

²⁶⁵

Sg

COMPACT N_2(L)

+20 C

‐120 C

Carbonyl Experimente bei GARIS/RIKEN

(8)

Mainz – GSI – PSI – Bern – Berkeley – Tokai – Riken – Lanzhou collaboration

@ GARIS RIKEN (Japan)

H. Haba et al., J. Nucl. Radiochem. Sci 8, 55 (2007) H. Haba et al., Phys. Rev. C85, 024611 (2012)

Sg(CO)

₆

a Superheavy Carbonyl Complex

(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

Gd und andere Lanthaniden

(10)

ERAWAST – Exotic Radionuclides from Accelerator Waste for Science and Technology

SINQ Target

 ²⁰⁷Bi, ¹⁷²Hf,

 ¹⁷³Lu, ¹⁹⁴Hg,

 ²⁰²Pb, ¹²⁵Sb,

 ¹⁰⁶Ru, ⁴⁴Ti Myon Produktionsstation

 Betrieb 1-3 Jahre

 Beam Dosis 4 – 11 Ah

 Quelle von ¹⁰Be Kupfer Strahlstopp

 ⁴⁴Ti, ⁵³Mn, ²⁶Al, ⁶⁰Fe, ⁵⁹Ni, ³²Si

⁶⁰Co – 5 GBq

SINQ Kühlwasser

7Be, ⁵⁴Mn, ²²Na, ⁸⁸Y

SINQ Target Irradiation Program-STIP

44Ti, ⁵³Mn, ²⁶Al

Spezielle Bestrahlungspositionen mit 590 MeV Protonen V für ⁴⁴Ti Produktion

Bi für ²⁰⁵Pb Produktion Spezielle Neutronenbestrahlungen an SINQ

68Ge, Tracer

Exotische Radionuklide (ERAWAST Projekt)

(11)

Neubestimmung der Halbwertszeit von

⁶⁰

Fe (r-Process Nucleus!)

Eine⁶⁰Fe Probe wurde chemisch aus einem Cu‐Strahlstopp des

Ringbeschleunigers extrahiert, gammaspektrometrischvermessen an derTU Münchenund massenspektrometrischam PSIHotlabor

(AHL/NES)bestimmt.

Resultat:⁶⁰Fe zerfällt wesentlich langsamer als früher bestimmt!

Referenz Halbwertszeit Neue Halbwertszeit (1.49 ± 0.27) x 10⁶ y (2.62 ± 0.04) x 10⁶y

Kutschera et al, 1984 Korschinek et al, Phys. Rev. Lett., 2009 Impact:Kosmische Prozesse müssen neu bewertet werden!

(http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,645644,00.html)

Fe Fe

N N N

t  A 

⁶⁰



60

) 2 ln(

2 / 1

(12)

Diagnostische Radionuklide

Therapeutische Radionuklide

Biochemische Vorgänge sichtbar machen möglichst ohne störende

Prozesse

Beeinflussung biochemischer Vorgänge möglichst ohne

Nebenwirkungen

Radiopharmazeutika:

Paradebeispiel für «Theragnostics»

Diagnose und Therapie = Thera(g)nostics

(13)

Beispiele für geeignete theragnostische Paare

PET Nuclide

1

% ⁺ 2

<E_⁺>

3 E_, I_

4 T_1/2

5 Prod.

6 Pharm.

7 Pair?

₄₇_Sc



22.7%



396.0 keV



909 keV 99%



78.4 h

  

(14)

SCX DGA 44CaCO₃/ ⁴⁴Sc

in 3 M HCl 0.1 M HCl

2.

44Sc / 0.1 M HCl

44Ca²⁺zum Recycling

Waste

44Sc in NaCl/HCl

3 M HCl

1. 2.

3.

5 M NaCl / HCl 0.1 M HCl

2. 3.

Zeit: ~ 20 min

Chemical Separation Procedure

Zyklotronproduktion:

⁴⁴

Ca(p,n)

⁴⁴

Sc

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

44Sc wurde am PSI produziert und > 500 km nach Bad Berka

geschickt

PET/CT Bild eines Patienten 60 min. p.i. mit ⁴⁴Sc-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)

BAFU, 2005 Gehr/SNF, 2006

Lungengängigkeit von Aerosolen

(18)

14

C Analytik mit Beschleuniger- Massenspektroskopie (AMS)

•

Separation von

¹⁴

C von

¹⁴

N und

¹³

CH /

¹²

CH

₂

•

Bestimmung von 1‐1000 µgC mit

¹⁴

C/

¹²

C von 10

^‐15

‐10

^‐12

(µBq Bereich)

Synal, in press

(19)

Anwendung für NES: Bestimmung von

¹⁴

C in

Reaktorstahl (E. Wieland/S. Szidat)

(20)

Seite 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!

(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