Thesis (M.S.)--University of Texas at El Paso, 2008. / Title from title screen. Vita. CD-ROM. Includes bibliographical references. Also available online.

Separation of 225Ra (t1/2 = 15 d) from its daughter isotope 225Ac (t1/2 = 10 d) is necessary to obtain pure 225Ac for cancer alpha-therapy. In this study, microscale separation of 225Ra from its daughter 225Ac using BioRad AG50X4 cation exchange resin was achieved with good reproducibility across microdevices, and ≥90% purity was achieved for 225Ac, which is comparable to conventional chromatography. These results indicate the potential for greater use of microfluidics for biomedical radiochemistry. The modularity of the system and its compatibility with different resins allows for quick and easy adaptation to the various needs of a separation campaign.

There is a present and future need for the medical isotope Actinium-225, currently in short supply worldwide.  Only a couple manufacturers produce it in very low quantities.  In roughly the past 10 years the medical community has explored the use of Ac-225 and its daughter Bismuth-213 for targeting a number of differing cancers by way of Targeted Alpha Therapy (TAT). This method utilizes the alpha-decay of both Ac-225 (half-life 10 days) and Bi-213 (half-life 46 min) to kill cancerous cells on a localized basis.  Maximum energy is delivered to the cancer cells thereby greatly minimizing healthy tissue damage. This research proposes a production method using a high-energy photon spectrum (generated by a linear accelerator or LINAC) to irradiate a sample of Radium-226 (half-life 1600yrs).  The photo-neutron reaction liberates neutrons from Ra-226 atoms leaving behind Radium-225 (half-life 14.7 days).  Ra-225 decays naturally through beta emission to Ac-225.  Previous research demonstrated it is possible to produce Ac-225 using a LINAC; however, very low yields resulted which questioned the feasibility of this production method.  This research proposes a number of LINAC and radium sample modifications that could be greatly increase yield amounts for practical use. Additionally, photo-neutron cross-section data for Ra-226 was used, which led to improved yield calculations for Ra-225.  A MATLAB® model was also created, which enables users to perform quick yield estimates given several key model parameter inputs.  Obtaining a sufficient supply of radium material is also of critical importance to this research.  Therefore information was gathered regarding availability and inventory of Radium-226.  This production method would serve as a way to not only eliminate many hazardous radium sources destined for interim storage, but provide a substantial supply of Ac-225 for future cancer treatment. / Master of Science

In 1902 Friedrich Giesel has discovered after co-precipitation with lanthanum from samples obtained by chemical treatment of uranium minerals a new radioactive element. Because of its emanating properties he named it emanium, which we now know as actinium. In 1899 André-Louis Debierne found a radioactive substance with chemical properties of titanium, and after further investigations in 1900 of thorium. Because of its high activity he explained it as a new element and named it actinium. It mainly consisted of 230Th. In 1904 he explained that his actinium was identical with the emanium found by Giesel. He had taken over the discovery of Giesel and had rejected his own one, because he had been afraid that his discovered substance which he could not separate from thorium would not be accepted as a new chemical element. In 1909 Boltwood looked for the long-lived precursor of radium. He isolated according to the procedure of Debierne the thorium fraction from the pitchblende and after some time he found in it radium but not in emanium produced according the procedure of Giesel. Boltwood named the mother-element of radium ionium, which was first accepted as a new radioactive element and later identified as thorium isotope 230Th. Although Debierne has discovered and later rejected this substance for a long time he was accepted as discoverer of actinium. / Entdeckung des Actiniums und des Thoriumisotopes 230Th Im Jahr 1902 entdeckte Friedrich Giesel nach Mitfällung von Lanthan aus Proben der chemischen Behandlung von Uranmineralen ein neues radioaktives Element, das er wegen seiner starken Bildung von Emanation Emanium nannte und mit dem jetzt als Actinium bezeichneten Element identisch ist.1899 fand André-Louis Debierne in Pechblende eine dem Titan chemisch ähnliche radioaktive Substanz, der er 1900 eine größere Ähnlichkeit mit dem Thorium zuschrieb. Wegen seiner hohen Radioaktivität erklärte er sie für ein neues Element und nannte es Actinium. Es bestand hauptsächlich aus 230Th. 1904 erklärte er, dass sein Actinium mit dem von Giesel entdeckten dem Lanthan ähnlichen Emanium identisch sei. Er übernahm Giesels Entdeckung und verwarf seine eigene, weil er fürchtete, dass seine entdeckte Substanz, die er nicht vom Thorium trennen konnte, nicht als neues chemisches Element anerkannt werden würde. Als Bertran Boltwood1909 nach den langlebigen Vorgängerelement von Radium suchte, trennte er nach der Vorschrift von Debierne die Thoriumfraktion aus der Pechblende ab und stellte fest, dass sich daraus mit der Zeit Radium gebildet hatte, wogegen sich aus dem nach der Vorschrift von Giesel abgetrennten Emanium kein Radium gebildet hatte. Boltwod nannte das Vorgängerelement von Radium Ionium, das zuerst als neues radioaktives Element anerkannt und entspäter als Thoriumisotop 230Th identifiziert wurde. Trotzdem Debierne nicht Actinium sondern diese Substanz entdeckt und später verworfen hatte, war er lange Zeit als Entdecker des Actiniums anerkannt.

This thesis is a study of naturally occurring radioactive materials (NORM) activity concentration, gamma dose rate and radon (222Rn) exhalation from the waste streams of large-scale onshore petroleum operations. Types of activities covered included; sludge recovery from separation tanks, sludge farming, NORM storage, scaling in oil tubulars, scaling in gas production and sedimentation in produced water evaporation ponds. Field work was conducted in the arid desert terrain of an operational oil exploration and production region in the Sultanate of Oman. The main radionuclides found were 226Ra and 210Pb (238U - series), 228Ra and 228Th (232Th - series), and 227Ac (235U - series), along with 40K. All activity concentrations were higher than the ambient soil level and varied over several orders of magnitude. The range of gamma dose rates at a 1 m height above ground for the farm treated sludge had a range of 0.06 0.43 µSv h 1, and an average close to the ambient soil mean of 0.086 ± 0.014 µSv h 1, whereas the untreated sludge gamma dose rates had a range of 0.07 1.78 µSv h 1, and a mean of 0.456 ± 0.303 µSv h 1. The geometric mean of ambient soil 222Rn exhalation rate for area surrounding the sludge was mBq m 2 s 1. Radon exhalation rates reported in oil waste products were all higher than the ambient soil value and varied over three orders of magnitude. This study resulted in some unique findings including: (i) detection of radiotoxic 227Ac in the oil scales and sludge, (ii) need of a new empirical relation between petroleum sludge activity concentrations and gamma dose rates, and (iii) assessment of exhalation of 222Rn from oil sludge. Additionally the study investigated a method to determine oil scale and sludge age by the use of inherent behaviour of radionuclides as 228Ra:226Ra and 228Th:228Ra activity ratios.

Les plateaux continentaux et les marges océaniques, à l'interface entre les continents et les océans, constituent une zone clé d'échange d'éléments chimiques et de matière. Ces éléments chimiques sont apportés par les fleuves, potentiellement relâchés par les sédiments déposés sur les marges ou apportés par les résurgences sous-marines (ou plus globalement par les SGD, " Submarine Groundwater Discharge "), puis sont transmis à l'océan ouvert. De nombreuses transformations chimiques ont également lieu au-niveau de cet interface (précipitation, adsorption, désorption, floculation, diffusion depuis les sédiments etc...) qui font que l'interface continent-océan constitue une source et/ou un puits pour les éléments chimiques. Les flux d'éléments chimiques (sels nutritifs, éléments limitants, contaminants) échangés entre la côte et le large ont un impact sur la composition chimique de l'océan ainsi que sur les écosystèmes (planctoniques et benthiques). Ces échanges ont notamment un impact sur le développement du phytoplancton qui constitue une pompe biologique du carbone. Ces flux exercent donc un contrôle sur le cycle du carbone et par conséquent sur le climat. Pour étudier ces zones d'échanges clés, nous utilisons des traceurs géochimiques tels que les isotopes du radium (223Ra, 224Ra, 226Ra, 228Ra) et l'actinium-227 (227Ac). Ces isotopes portent de nombreuses informations essentielles et difficiles à obtenir par d'autres biais. Au contact des sédiments peu profonds, les masses d'eau s'enrichissent en ces isotopes au niveau des marges. Ces radioéléments permettent donc de tracer l'advection de masses d'eau qui sont entrées en contact avec les marges (où elles se sont enrichies en de nombreux éléments chimiques). Une fois que la masse d'eau se détache des sédiments, l'activité radium décroit, ce qui fournit un chronomètre destiné à estimer le temps de transit des masses d'eau ou encore l'âge des masses d'eau. Le radium permet donc également de tracer l'enrichissement potentiel d'une masse d'eau en certains éléments essentiels qui - comme le radium - diffusent depuis les sédiments (ex : fer, élément limitant pour la biomasse phytoplanctonique). Tandis que ces éléments (ex : fer) disparaissent souvent rapidement de la colonne d'eau (réactions chimiques, absorption par le phytoplancton), le radium reste dans la colonne d'eau et se comporte comme un traceur conservatif. Le mélange diffusif (horizontal ou vertical) redistribue également ces radioéléments - ainsi que d'autres éléments chimiques - au sein de l'océan qui permettent ainsi de quantifier les coefficients de mélange diffusifs Kh et Kz, paramètres essentiels pour contraindre les flux d'énergie et d'éléments chimiques dans l'océan. Les isotopes du radium et l'227Ac présentant des périodes radioactives variées (224Ra : 3.7 jours ; 223Ra : 11.4 jours ; 228Ra : 5.8 ans ; 226Ra : 1600 ans ; 227Ac : 21.8 ans), ils permettent d'étudier les processus d'advection et de mélange sur différentes échelles de temps (quelques jours à quelques années) et donc d'espace (depuis la côte jusqu'à l'océan ouvert). Enfin, les décharges d'eau souterraine étant enrichies en radium, ce radioélément a été largement utilisé pour détecter les sites de résurgences sous-marines ou les SGD et pour quantifier les flux d'eau associés à ces systèmes. Depuis 2002, j'ai conduit des études dans différents océans du globe pour fournir au niveau de régions clés - notamment au moyen des isotopes du radium et de l'227Ac - ces informations essentielles qui permettent de contraindre aussi bien les échanges côte-large que le transfert de matière au sein de la colonne d'eau. Dans ce manuscrit, j'ai choisi de présenter avec plus de détails les résultats obtenus au-niveau de régions où les échanges entre la côte et le large se faisaient par des voies différentes : nous avons travaillé dans des régions où les éléments chimiques étaient transmis à l'océan via (i) la libération par les sédiments des marges (ex : Plateau de Kerguelen, projet KEOPS), (ii) l'apport par les fleuves et réactions chimiques dans l'estuaire (ex : estuaire de l'Amazone, projet AMANDES) ou encore via (iii) l'apport par les décharges d'eau souterraine (ex : littoral français méditerranéen, projet CYMENT). Au large des îles Kerguelen, le projet KEOPS a montré que le développement du phytoplancton en pleine région HNLC (" High Nutrient Low Chlorophyll ") pouvait s'expliquer par la fertilisation en fer apporté par les sédiments du Plateau de Kerguelen (Blain et al., 2007). Nous avons contribué à montrer par une approche multitraceur que le fer, élément limitant dans cette région, était transmis dans les eaux de surface du Plateau de Kerguelen par le mélange vertical associé aux ondes de marée et par l'advection d'eau entrée en contact avec les sédiments des marges de l'île Heard, au sud du plateau. Grâce au projet AMANDES mené au large du Brésil et de la Guyane française, nous avons pu chronométrer au moyen des quatre isotopes du radium le temps de transit du panache de l'Amazone depuis l'estuaire jusque dans l'Océan Atlantique et ainsi estimer le temps de résidence de ces eaux sur le plateau continental brésilien (collaboration avec J. De Oliveira, IPEN Sao Paulo, Brésil, financement de l'AIEA). Nous avons également étudié les échanges de radium entre les phases particulaire et dissoute le long du gradient de salinité. Les isotopes du radium étant largement utilisés pour étudier les décharges d'eau souterraine en mer, nous avons travaillé au niveau de plusieurs résurgences d'eau douce le long du littoral Méditerranéen français (étang de La Palme, étang de Salses-Leucate, étang de Thau, Calanques de Marseille) et utilisé nos outils géochimiques pour détecter les résurgences sous-marines, étudier le devenir de ces eaux une fois dispersées en mer ou dans les étangs, quantifier les flux d'eau associés à ces systèmes et tenter d'estimer le temps de résidence des eaux des étangs (collaboration avec T. Stieglitz, JCU Australie, Poste Rouge OMP). Ces études ont pu être menées à bien grâce à des développements analytiques que nous avons conduits en amont. Nous avons notamment créé en 2007 le laboratoire souterrain de mesure des faibles radioactivités LAFARA, localisé à Ferrières dans l'Ariège (Pyrénées). Ce laboratoire est désormais reconnu comme une plateforme d'analyses de l'OMP et fait partie du réseau européen de laboratoires souterrains CELLAR. Le bruit de fond obtenu par les deux spectromètres gamma en fonctionnement dans ce laboratoire est particulièrement bas, ce qui nous permet d'analyser la très faible radioactivité présente dans nos échantillons. De plus, nous nous sommes équipés d'un RaDeCC (Radium Delayed Coincidence Counter) qui nous permet d'analyser les activités 223Ra, 224Ra et 227Ac de nos échantillons. Les analyses de l'227Ac, élément particulièrement rare dans l'océan, ont été conduites en collaboration avec W. Geibert (Université d'Edimbourg, projet d'échange ALLIANCE). Grâce à ces développements, nous avons pu participer aux exercices internationaux d'intercalibration GEOTRACES pour les isotopes 223Ra, 224Ra, 226Ra et 228Ra. Cette capacité analytique nous a également permis d'effectuer des comparaisons entre des analyses réalisées au moyen de différents instruments (226Ra : MC-ICP-MS versus spectrométrie gamma ; 223Ra et 224Ra : RaDeCC versus spectrométrie gamma). Ces différents exercices ont permis de valider les mesures que nous effectuons. Enfin, bien que le radium soit largement utilisé pour tracer les masses d'eau, étudier le mélange et les SGD, ou encore comme outil de datation, le cycle du radium n'est pas encore totalement compris. En particulier, très peu d'études ont été menées jusqu'à présent sur la phase particulaire susceptible d'incorporer du radium dans l'océan. Nous avons donc cherché à étudier le radium porté par cette phase particulaire, en analysant à la fois les particules en suspension et les particules collectées par les pièges à particules. Nous avons ainsi pu apporter des informations nouvelles sur les échanges de radium entre la phase dissoute et les particules dans l'océan. Dans les différents bassins océaniques que nous avons étudiés, nous avons notamment caractérisé le rôle potentiel des Acanthaires dans le cycle du radium. Enfin, les informations que nous avons obtenues dans l'océan actuel - notamment en ce qui concerne le rapport 226Ra/Ba - sont importantes car elles permettent de mieux contraindre les outils que nous utilisons pour étudier l'océan actuel et l'océan passé (ex : datation par le rapport 226Ra/Ba).

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-08-25T11:05:49Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-08-25T11:05:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A radioimunoterapia (RIT) faz uso de anticorpos monoclonais conjugados com radionuclídeos emissores α ou β-, ambos para terapia. O tratamento baseia-se na irradiação e destruição do tumor, preservando os órgãos normais quanto ao excesso de radiação. Radionuclídeos emissores β- como 90Y, 131I, 177Lu e 188Re, são úteis para o desenvolvimento de radiofármacos terapêuticos e, quando associados a AcM como o Anti-CD20 são importantes principalmente para o tratamento de Linfomas Não Hodgkins (LNH). 188Re (Eβ- = 2,12 MeV; Eγ= 155 keV; t1/2 = 16,9 h) é um radionuclídeo atrativo para RIT. O Centro de Radiofarmácia do IPEN possui um projeto que visa a produção do radiofármaco 188Re-Anti-CD20. Com isso,este estudo foi proposto para avaliar a eficácia desta técnica de marcação para tratamento em termos compartimentais e dosimétricos. O objetivo deste trabalho consistiu na compararação da marcação do AcM anti-CD20 com 188Re com a marcação do anticorpo com 90Y, 131I, 177Lu e 99mTc (pelas suas características químicas similares) e 211At, 213Bi, 223Ra e 225Ac. Através do estudo de técnicas de marcação relatadas em literatura, foi proposto um modelo compartimental para avaliação de sua farmacocinética e estudos dosimétricos, de alto interesse para a terapia. A revisão de dados publicados na literatura, possibilitou demonstrar diferentes procedimentos de marcação, rendimentos de marcação, tempo de reação, impurezas e estudos de biodistribuição. O resultado do estudo mostra uma cinética favorável para o 188Re, pelas suas características físicas e químicas frente aos demais radionuclídeos avaliados. O estudo compartimental proposto descreve o metabolismo do 188Re-anti-CD20 através de um modelo compartimental mamilar, que pela sua análise farmacocinética, realizada em comparação aos produtos marcados com emissores β-: 131I-antiCD20, 177Lu-anti-CD20, o emissor γ 99mTc-anti-CD20 e o emissor α 211At-Anti-CD20, apresentou uma constante de eliminação de aproximadamente 0,05 horas-1 no sangue do animal. A avaliação dosimétrica do 188Re-Anti-CD20 foi realizada através de duas metodologias: pelo método de Monte Carlo e pelo uso de uma fonte pontual β- através da Fórmula de Loevinger via programa Excel. Através da Fórmula de Loevinger fez-se a validação do método de Monte Carlo para a dosimetria do 188Re-Anti-CD20 e dos demais produtos. As doses e as taxas de doses obtidas pelos dois métodos foram avaliadas em comparação à dosimetria do 90Y-Anti-CD20, 131I-Anti-CD20 e do 177Lu-Anti-CD20, obtidas pela mesma metodologia. O estudo de dose foi realizado utilizando modelos matemáticos considerando um camundongo nude de 25g, simulando diferentes tamanhos de tumor e diferentes formas de distribuição do produto dentro do animal. De acordo com os resultados obtidos, pela energia de emissão β-, 188Re-Anti-CD20 apresenta maior deposição de energia para tumores volumosos em relação aos demais produtos avaliados. Em uma simulação com 100% do produto captado pelo tumor, 89% da dose total manteve-se absorvida pelo tumor, preservando a integridade de ógãos críticos como coração (2%), pulmões (5%), coluna (4%), fígado (0,014%) e rins (0,0007%). Em uma simulação onde há uma biodistribuição do produto no organismo do animal, 38% da dose total é absorvida pelo tumor e >3% é absorvida pela coluna. Nessa situação mais próxima da realidade, a extrapolação dos dados para um humano de 70kg, mostrou que a dose absorvida no tumor corresponde a cerca de 33%; na coluna 7% e o coração receberia uma dose de 35% do total. A análise compartimental e dosimétrica apresentada neste trabalho, realizada através do uso de um modelo animal para o 188Re-Anti-CD20 mostra que o produto desenvolvido e apresentado em literatura é candidato promissor para a RIT. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP