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Bestimmung der Aktivität und der Halbwertszeit von Zirkonium-89 – ein Radionuklid für Diagnosen in der Medizin

20.01.2022

Zirkonium‑89 ist ein Radionuklid, das für Diagnosezwecke in der Medizin eingesetzt werden kann. In der PTB wurden nun Aktivitätsbestimmungen mittels der Flüssigszintillationszählung durchgeführt, um zukünftig zuverlässige Kalibrierungen von Zirkonium‑89 Lösungen zu ermöglichen. Mit Hilfe von Ionisationskammermessungen wurde außerdem die Halbwertszeit von Zirkonium‑89 sehr genau bestimmt.

Ein wichtiges bildgebendes Diagnoseverfahren in der Medizin ist die Positronen‑Emissions‑Tomografie (PET), für die in der Regel sehr kurzlebige Radionuklide mit Beta‑Plus‑Zerfall verwendet werden. Das Radionuklid Zirkonium‑89 erlaubt es das Anwendungsspektrum zu erweitern. Zum einen ermöglicht die etwas längere Halbwertszeit den Einsatz dieses Radionuklids sogar an Orten, an denen kein Zyklotron zu Herstellung üblicher PET‑Isotope vorhanden ist. Außerdem kann Zirkonium‑89 in Form von markierten Antiköpern für eine gezielte Tumordiagnostik eingesetzt werden.

Im Jahr 2021 wurde in der PTB die Aktivität einer Zirkonium‑89 Lösung genau bestimmt. Aufgrund der Zerfallseigenschaften gelten Primärnormalmessungen dieses Radionuklids als besondere Herausforderung. Zirkonium‑89 zerfällt im Wesentlichen durch Elektroneneinfang und zu etwa 23 % durch Beta‑Plus‑Zerfall. Außerdem gibt es einen Isomer‑Übergang des Yttrium‑89 (909 keV). Dieser macht absolute Aktivitätsbestimmungen durch gängige Koinzidenzzählverfahren quasi unmöglich. Die PTB hat die Aktivität daher mittels der Flüssigszintillationszählung bestimmt, wobei Apparaturen mit zwei bzw. drei Photomultipliern verwendet wurden, um Auswertungen nach der CIEMAT/NIST‑Methode sowie nach der TDCR‑Methode zu ermöglichen. Eine detaillierte Beschreibung der Experimente und insbesondere der sehr aufwendigen Methoden zur Berechnung der Nachweiswahrscheinlichkeiten wurde nun veröffentlicht [1].

Die neue Arbeit der PTB berücksichtigt im Gegensatz zu früheren Arbeiten [2,3] zusätzliche wichtige Effekte wie die der Photon‑Rückstreuung, welche erheblichen Einfluss auf die bestimmte Aktivität hat. Die sehr detaillierte Betrachtung der Unsicherheiten, welche insbesondere durch Modellannahmen sowie durch die zu Grunde liegenden Radionuklid- und Atomdaten dominiert werden, führten in der PTB ebenfalls zu einer Neubewertung.

Aliquote zweier Zirkonium‑89 Lösungen wurden außerdem mit Hilfe von Ionisationskammern gemessen. Diese Systeme sind wichtige Sekundärnormalmesseinrichtungen, die zukünftige Kalibrierungen in der PTB mit geringem Aufwand möglich machen. In einer dieser Ionisationskammern wurden die Messungen über jeweils längere Zeiträume durchgeführt, um die Halbwertszeit von Zirkonium experimentell zu bestimmen. Die Kammer wird mit einem neuen in der PTB entwickelten Strommesssystem [4] ausgelesen, das die Linearität bei der Messung der kleinen Ionisationsströme deutlich verbessert. Bei der Auswertung der Messdaten mussten geringe Korrektionen vorgenommen werden, um sehr kleinen Verunreinigungen durch die Radionuklide Yttrium‑88 und Zirkonium‑88 Rechnung zu tragen. Die radioaktiven Verunreinigungen wurden mittels Gamma‑Spektrometrie gemessen, wobei eine quantitative Bestimmung erst möglich war, nachdem wesentliche Teile des Zirkonium‑89 bereits zerfallen waren. Die neu bestimmte Halbwertszeit beträgt 78,373(23) Stunden [1] und ist in sehr guter Übereinstimmung mit anderen Messungen der letzten Jahre [2,3].

Literatur

[1]   Kossert, K., Nähle, O.J., Honig, A., Röttger, S.: Activity standardization by means of liquid scintillation counting and determination of the half-life of 89Zr. Applied Radiation and Isotopes 181 (2022) 11078.

[2]   García-Toraño, E., Peyrés, V., Roteta, M., Mejuto, M., Sánchez-Cabezudo, A., Romero, E.: Standardisation and half-life of 89Zr. Applied Radiation and Isotopes 134 (2018) 421–425.

[3]   Fenwick, A.J., Collins, S.M., Evans, W.D., Ferreira, K.M., Paisey, S.J., Robinson, A.P., Marshall, Ch.: Absolute standardisation and determination of the half-life and gamma emission intensities of 89Zr. Applied Radiation and Isotopes 166 (2020) 109294.

[4]   Drung, D., Krause, C., Becker, U., Scherer, H., Ahlers, F.J.: Ultrastable low-noise current amplifier: a novel device for measuring small electric currents with high accuracy. Review of Scientific Instruments 86 (2015) 024703.

Ansprechpartner

Opens local program for sending emailK. Kossert, Fachbereich 6.1, Arbeitsgruppe 6.14