电沉积法制备加速器生产64Cu的镍靶

沈亦佳，陈玉清，梁积新，乔来成，邓雪松，李 光，刘玉平

(原子高科股份有限公司，北京 102413)

64Cu是一种重要的医用放射性核素，其半衰期为12.7 h，既进行β+衰变(17.86 %)，也进行β-衰变(39.0 %)与电子俘获(43.1%)。64Cu标记药物可以用于血池与心肌显像、乏氧显像、炎症显像、肿瘤显像与治疗等[1]。随着正电子技术的快速发展，近年来有关64Cu的研究成为热点。

64Cu的制备有多种方法，可以通过反应堆经核反应64Zn (n，p)64Cu得到；也可以通过加速器，以镍为靶材经核反应64Ni (p，n)64Cu或64Ni (d，2n)64Cu得到；或以锌为靶材，经核反应64Zn (d，2p)64Cu，66Zn (d，a)64Cu或68Zn (p，an)64Cu得到。以锌为靶材，通过反应堆经核反应64Zn (n，p)64Cu可得到64Cu。然而，使用反应堆进行放射性核素制备时，通常遇到的问题是所得到的核素比活度低，载体多。由于天然丰度的锌靶材料价廉易得，因而采用天然丰度的锌为靶材料，以氘核为入射粒子，用加速器来制备64Cu的方法也颇具吸引力。但使用该方法制备64Cu，可导致其他核素杂质的产生，除61，64Cu外，还有可能产生66，67Ga，65，69mZn以及57，58Co。医用放射性药物对其核纯度、化学纯度和比活度有相当高的要求，特别是用于单克隆抗体、多肽和蛋白质类放射性药物的制备时，对放射性核素的比活度要求很高。因此，核素制备方法尤为重要。64Cu可以在小型医用加速器上轰击富集64Ni靶，通过核反应64Ni(p，n)64Cu 获得高比活度无载体的64Cu。金属Ni靶可以承受高束流质子的轰击，可实现规模化生产64Cu[2-3]。Ni是元素周期表中第Ⅷ族元素，其标准电极电位E0=-0.246 V[4]。加速器生产64Cu的基本原理是将Ni电沉积在靶托上，处理过的靶托作阴极，铂片作阳极，铂片连接电源正极发生阳极氧化：2Cl-+2e→Cl2↑，靶托连接电源负极，发生阴极还原Ni2++2e→Ni↓。

Ni靶制备所用靶托为紫铜，而目标核素是Cu，为了防止溶靶时铜靶托上的冷铜“漏穿”，有必要在镀Ni层前在铜靶托上镀上金膜。

用Cyclotron-30 加速器生产64Cu，照射用的Ni靶要求尺寸为100 mm×10 mm[5]，Ni靶层在镀金膜上附着牢固。本工作旨在通过对电沉积过程中影响Ni靶层质量及厚度的各种因素进行研究，确定Ni靶制备工艺条件，制备镍靶，用于Cyclotron-30质子回旋加速器生产64Cu。

1 主要设备与试剂

DH1718E-4双路跟踪稳压稳流电源：北京大华无线电仪器厂产品；C64型指针精密电流表：哈尔滨电表仪器厂产品； DF-1集热磁力搅拌器：浙江金坛荣华仪器制造有限公司产品；AR2130电子精密天平：奥豪斯国际贸易(上海)有限公司产品。聚四氟乙烯电沉积槽：自制；电动搅拌器：自制；电沉积槽阴阳极间距3.0 cm，阳极为片状铂，沉积槽容积为100 mL，电沉积面积为10 cm2。

NiCl2·6H2O、HCl：分析纯，北京化学试剂公司产品。

2 实验方法

2.1 电镀液的配制

称取一定量NiCl2·6H2O，溶于去离子水中，并加入盐酸，搅拌均匀，得到电镀液。

2.2 Ni靶的制备

在铜靶托上均镀上金膜(20 mm×110 mm，15 μm )，金属Ni靶层通过电沉积镀在金膜上。Ni浓度40～50 g/L，盐酸浓度0.05～0.5 mol/L，电沉积温度20～50 ℃，搅拌器旋转速度150～350 r/min，电流密度10～35 mA/cm2。并确定最佳的沉积液配方及电沉积条件。

3 结果与讨论

3.1 电镀条件的选择

3.1.1Ni离子浓度对靶层质量厚度的影响

2.2节中其他条件不变，改变Ni离子浓度为10、30、40、50、60 g/L时镀层的质量厚度结果列于表1 。

表1 Ni离子浓度对Ni靶质量影响

64Cu的制备需要采用富集64Ni靶材，而富集64Ni靶材昂贵，所以需要确定电沉积的Ni离子最小浓度。从表1可以看出，无论加热与否，当Ni离子浓度低于40 g/L时，电沉积均不成功。因此确定Ni离子浓度为40～50 g/L。

3.1.2盐酸浓度对靶层质量和质量厚度的影响

2.2节中其他条件不变，改变盐酸浓度为0.05、0.1、0.2、0.3、0.5 mol/L，考察其对靶层外观质量和质量厚度的影响，结果列于表2。

表2数据表明，随着盐酸浓度增大，靶层质量厚度显著下降。说明低酸度有利于电沉积。但由于氯化镍在水溶液中有水解倾向，因此应加入少量盐酸，抑制其水解。如果电镀液不添加盐酸，氯化镍水解，产生大量黑渣滓，电沉积不成功。因此确定适当的盐酸浓度为0.05～0.5 mol/L。

3.1.3电流密度对靶层质量厚度影响

2.2节其他条件不变，改变电流密度为10、33、50、66、133 mA/cm2，考察电流密度对靶层质量厚度的影响，结果示于图1。

图1 电流密度对Ni靶质量影响Fig.1 Eeffect of current density on performance of Ni target

由图1可以看出，镀层质量厚度随电流密度的增大而增加。但当电流密度大于35 mA/cm2时，镀层为黑色，用水冲洗镀层有脱落现象，电沉积失败。而当电流密度在10～35 mA/cm2时，可得到光滑平整银灰色镀层的Ni靶。因此选择电流密度为10～35 mA/cm2。

3.1.4温度对靶层质量及质量厚度的影响

2.2节中其他条件不变，改变电沉积温度为20、40、60、80 ℃，考察温度对靶层质量及质量厚度的影响，结果列于表3。

表3 电镀温度对Ni靶质量影响

表3数据表明，随着温度的升高，镀层质量厚度增加，当温度大于40 ℃，镀层变得粗糙，不再光滑平整。低温条件电沉积有利于提升靶件表面光洁度，并且实验简便易行，因此确定电镀在40 ℃以下进行。

3.1.5搅拌速度对靶层质量和质量厚度的影响

2.2节中其他条件不变，改变搅拌器旋转速度为150、250、350 r/min，考察搅拌速度对靶层质量和质量厚度的影响，结果列于表4。

表4 旋转速度对Ni靶质量及质量厚度的影响

表4数据表明，随着旋转速度上升，靶厚会有所降低，说明金属的沉积速率受到了搅拌器旋转速度的影响，较快的旋转速度会降低金属离子的沉积速率，但影响并不大。靶件表面质量无明显差异，均为光滑平整银灰色，选定150～350 r/min作为电沉积条件。

3.2 最佳条件下的电镀

通过上述实验，确立了电沉积法制备Ni靶的最佳工艺条件：Ni离子浓度40～50 g/L，盐酸浓度0.05～0.5 mol/L，电沉积温度20～50 ℃，搅拌器旋转速度150～350 r/min，电流密度10～35 mA/cm2。在上述工艺条件下制备的Ni靶，其SEM照片示于图2。由图2可见，靶件表面光滑、平整，靶层致密、牢固。

图2 最佳条件下制备的Ni靶SEM图(×500)Fig.2 Ni target surface in ×500 SEM

4 结 论

通过对影响Ni靶层质量和质量厚度的主要因素，如Ni离子浓度，盐酸浓度，电沉积温度，搅拌器旋转速度，电流密度等的实验研究，确定电沉积法制备Ni靶的最佳工艺条件。在此工艺条件下制备的Ni靶靶件表面光滑、平整，靶层致密、牢固，可作为Cyclotron-30质子回旋加速器生产64Cu的靶材料。

参考文献：

[1] Blower PJ, Lewis JS, Zweit J. Copper radionuclides and radiopharmaceuticals in nuclear medicine[J]. Nucl Med Biol, 1996, 23: 957-980.

[2] McCarthy DW, Shefer RE, Klinkowstein RE, et al. Efficient production of high specific activity64Cu using a biomedical cycrotron[J]. Nucl Med Boil, 1997, 24: 35-43.

[3] Jung Young Kim, Hyun Park, Jong Chan Lee, et al. A Simple Cu-64 Production and Its application of Cu-64 ATSM[J]. Appl Radiat Isot, 2009, 67 (7-8): 1 190-1 194.

[4] Shriver DF, Atkins PW, Langford CH. 无机化学[M].高忆慈，史弃祯，曾克慰,等译. 北京：高等教育出版社，1997:788.

[5] 崔海平，王刚，张汉文，等.Cyclone-30质子回旋加速器的靶系统及生产用靶的制备[J].原子能科学技术,1996,30：46-50.

Cui Haiping， Wang Gang， Zhang Hanwen， et al. Study of Self-powered detectors for measarement of r-ray dose[J]. Atomic Energy Science and Technology, 1996, 30:46-50(in Chinese).