100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как делают Технеций-99 — радиоактивный металл для диагностики заболеваний

Ядерная медицина на примере технеция

Если вспоминать практическую пользу от открытия цепной реакции деления урана, то сразу после оружия и энергетики, пожалуй, окажется методы ядерной медицины. Ядерные явления используются как в диагностике, так и лучевой терапии. Я хотел бы на примере радиоактивного изотопа технеция 99m Tc показать, как ядерные реакторы помогают с диагностикой онкологии.

image
Томографические срезы интенсивности гамма-излучения меченого 99m Tc препарата.

Короткоживущий изомер технеция 99m Tc – зонд (трассер), перемещение которого по организму и накопление можно контролировать с помощью томографии гамма-квантов, вылетающих при изомерном переходе этого нуклида. Он обладает коротким периодом полураспада (Т = 6,04 часа, распадаясь в основное состояние 99 Tc, тоже радиоактивный изотоп, но с периодом полураспада уже 214 тысяч лет), у технеция нет стабильных изотопов, он незнаком наше биохимии, поэтому он не встраивается в метаболические пути в организме и быстро выводится. Еще одним важным полезным свойством является энергия γ-излучения (140 кэВ) — она достаточно велика, чтобы проникать сквозь ткани и достаточно мала, что бы не вызывать их переоблучения.

image
Схема, иллюстрирующая получение технеция путем промытия колонки с материнским изотопом, находящейся в свинцовой защите специальной средой, вымывающей технеций.

В итоге сегодня в мире 80% диагностических процедур с использованием радиофармпрепаратов приходится на 99m Tc — это порядка 30 млн. процедур в год, в деньгах же Технеций — примерно 1/4 всей ядерной медицины. Диагностика трейсером выглядит как исследование динамики перемещения в организме специально подобранных молекул препарата с технецием; википедия знает множество таких веществ для диагностики разнообразных видов рака. При этом обычно маркирующий препарат накапливается (или не накапливается) в больном (здоровом) органе, и это легко увидеть однофотонным сцинциляционным томографом.

image
Собственно, вот и он — однофотонный (в отличие от ПЭТ томографов, регистрирующих два фотона аннигиляции позитронов бета-плюс распада) сцинциляционный томограф.

Однако, как мне кажется, гораздо более поразительная, чем сама диагностика, вещь — это получение радиофармпрепарата. Задумайтесь: время полураспада технеция 6 часов — за 24 часа распадается 94% этого изотопа, а значит, препарат нельзя купить в аптеке, да его и перевозить-то сложно: даже перемещая его по городу можно потерять половину активности. Давайте раскрутим цепочку диагностической процедуры с конца до начала, а потом посмотрим на мировой рынок этого изотопа.

Как уже можно догадаться, препараты технеция для диагностики получают прямо в больнице с помощью довольно пугающих по своей серьезности радиохимических процедур. 99m Tc — единственный дочерний изотоп радиоактивного молибдена 99 Mo, период полураспада которого 2.75 дня. Молибден 99 доставляют в больницу в виде генераторов технеция — свинцовых контейнеров, в которых находится колонка с осажденным молибденом.

image
Генераторы технеция живьем…

image
И в разрезе.

В 20-килограммовом генераторе содержится обычно от 0,5 до 5 Кюри (Кюри — это такая единица активности, определенное количество распадов в секунду. Еще одна похожая единица — Беккерель (Бк), один Ки равен 3,7*10 10 Бк) активно распадающегося молибдена. Для получения радиохимпрепарата сквозь колонку промывается химическое вещество которое элюирует (захватывает) технеций. Обычно для этого на генератор надеваются две ампулы: одна с элюэнтом, а вторая с вакуумом, причем на вакуумную ампулу надевается свинцовый экран.

Наконец, набрав раствора 99m Tc на его базе готовят радиофармпрепарат. Не поленитесь посмотреть видео ниже: правила обращения с радиоактивной фармой, наводят на мысль, что не очень-то полезно вводить это внутрь 🙂 Средний диагностический тест требует примерно 250 МБк (0,06 Ки) технеция и приводит к получению дозы в 50 мЗв (5 бэр) — примерно одна предельно допустимая годовая доза для персонала АЭС.

Следующий вопрос: откуда берутся генераторы технеция, наполненные 99 Mo? Здесь вступают в игру ядерные реакторы. 99Mo — это один из осколков 235U, в продуктах деления урана его примерно 6,3%. Любой работающий гигаваттник содержит в своем топливе сотни грамм этого изотопа, при том, что потребление для медицинских нужд — всего около 1 грамма в год. Однако только остановка и извлечение ТВС из мощного энергетического реактора занимает столько времени (несколько суток), что от молибдена не остается практически ничего.

image
Взяв колбочку с настоящим раствором молибдена-99 в руку, можно этой руки лишиться — радиоактивность такой колбы будет порядка 100 рентген в секунду на поверхности.

Поэтому 99 Mo получают, облучая на исследовательских реакторах небольшие (десятки грамм) мишени из высокообогащенного 235U (наличие 238 изотопа в мишени дает нежелательные радиотоксичные трансурановые элементы: плутоний, нептуний, америций). После извлечения из реактора мишени выдерживают 1-2 суток для распада еще более активных, чем молибден, осколков, затем растворяют в азотной кислоте или щелочи и химическим способом в горячей камере экстрагируют 99 Mo. Наконец, очищенный раствор с радиоактивным молибденом передают на производство генераторов технеция, где он заряжается в сорбционную колонку. Последний процесс также происходит в горячих камерах, но мало того — на GMP производстве (система стандартов фармпроизводства, обеспечивающая стерильность и качество препаратов).

image

Вообще говоря, КПД процесса извлечения 99 Mo из урановой мишени невысок: кроме того что используется мизерная часть дорогого урана 235, так еще и из наработанного молибдена всего несколько процентов попадет в генераторы технеция — остальное уйдет с остальными продуктами деления в радиоактивные отходы или распадется до переработки. Небольшой кпд, работа с оружейным ураном, большое количество радиоактивных отходов определяют дороговизну молибдена — порядка 50 миллионов долларов за грамм в генераторе. Спасает только то, что этот грамм позволяет провести десятки миллионов тестов.

Читайте так же:
Что такое мем

В итоге цепочка производства диагностики с 99m Tc выглядит так: производство мишеней из ВОУ -> реактор -> горячие камеры (желательно рядом с реактором) -> GMP горячие камеры для зарядки генераторов технеция -> помещение в больнице для работы с радиоактивными препаратами. Текущий спрос составляет 12000 Кюри в неделю, и в мире есть десяток реакторов, которые занимаются облучением мишеней, но из них подавляющее количество молибдена поставляется канадским реактором NRU (4800 кюри в неделю), расположенным в Чалк Ривер, нидерландским HFR (2500 Ки) из Петтена, бельгийским BR-2 (который должна заменить MYRRHA) и французским OSIRIS; вместе они ответственны за 80% рынка этого нуклида. Рядом расположены также крупнейшие переработчики мишеней Nordion в Kанаде, Mallinckrodt в Голландии, IRU в Бельгии.

image
Канадский реактор NRU использует мощную перегрузочную машину, которую ожидаешь увидеть скорее на АЭС. Его мощность 135 мегаватт тепловых — один из самых мощных исследовательских реакторов в мире

Однако в эту сложившуюся еще в 80-х компанию в 2010 году ворвался отечественный поставщик 99 Mo — известный институт НИИАР, обладающий мощнейшим парком реакторов для облучения. Облучение ведется на известном нам реакторе СМ, переработка — на радиохимической линии РОМОЛ-99, и самый большой в мире (на одной площадке) парк исследовательских реакторов позволяет производить до 25% мировых потребностей, что использовалось в начале 2010-х канадцами Nordion во время закрытия реактора NRU на ремонт и модернизацию. Вообще, старение основных реакторов-производителей медицинских радиоизотопов повышает возможности Росатома и других новых производителей (например, нового исследовательского реактора OPAL в Австралии) по завоеванию рынка.

image
Неказистая РОМОЛ-99 (вид со стороны операторов) способна обеспечить 25% мировой потребности в молибдене-99

image
Она же внутри горячей камеры

Есть в России и производство полного цикла. НИФХИ имени Л.Я.Карпова (расположенный в Обнинске) облучает мишени в своем бассейновом реакторе ВВР-ц мощностью 15 мегаватт.
Облучение ведется в 4 каналах реактора, куда загружаются специальные сборки с внешним охлаждением.

image
Внешний вид ВВР-ц
image

Мишени облучаются в реакторе в течение приблизительно недели, после чего извлекаются, выдерживаются двое суток для распада самых активных осколков деления и перерабатываются в горячих камерах НИФХИ.

image
Чертеж одной мишени. Видно, что урана тут совсем немного

image
Горячяя камера для работы с раствором 99Mo

НИФХИ изготавливает генераторы технеция на своем GMP производстве. Его мощность — порядка 200 генераторов в неделю, с каждого из которых можно получить до 20 порций технеция для диагностики. Зарядка генераторов, как и все остальные этапы, — кропотливая работа в горячей камере.

image
Зарядка генераторов технеция производится в стерильных и радиационно-защищенных условиях.

Рынок облученных мишеней сегодня — порядка 50 миллионов долларов, раствора молибдена — 80 миллионов, генераторов технеция — 150, а медицинских процедур — 2 миллиарда долларов. Такой рынок уже вполне окупает создание специальных установок для получения 99Mo, причем в основном разработки направлены на создание активационных или осколочных ускорительных машин, т.е. ускорителей с нейтронным источником (как ESS), вызывающих реакцию вынужденного деления U238 или нейтронного захвата в мишени 98Mo. Пока эти разработки дают более дорогой молибден, чем в уже построенных реакторах, но более дешевый, чем если бы реактор пришлось бы построить специально только для наработки медицинских радиоизотопов. Кроме того, подобные ускорительные установки можно ставить прямо в госпиталях (в госпиталях уже стоит довольно много ускорителей для терапии и наработки короткоживущих диагностических изотопов — например, 18F) в отличие от реакторов.

Как делают Технеций-99 — радиоактивный металл для диагностики заболеваний

Это заключительная часть из серии статей о Научно-исследовательском институте атомных реакторов, который находится в городе Димитровграде, Ульяновской области. Мы уже познакомились с технологией производства самого дорогого металла на планете — Калифорния-252 , узнали, как делают топливные сборки для атомных реакторов, увидели уникальный реактор СМ-3, способный генерировать очень плотный поток нейтронов. Но всё же это не основная продукция, которую выпускает НИИ. Есть одно вещество, без которого все онкодиагностические клиники мира не смогу прожить ни дня. Цена этого радиоизотопа достигает 46 млн. долларов за грамм. Что это за вещество и почему малейшие сбои в его поставках вызывают большой переполох в мировой ядерной медицине — читайте далее…

Технеций и молибден

Это вещество — Молибден-99, с помощью которого сегодня проводится около 70% диагностических процедур в области онкологии, 50% — в кардиологии и около 90% — в радионуклидной диагностике. В силу сложности и дороговизны его получения, он широко доступен лишь в немногих развитых странах. Но как же Молибден-99 помогает в диагностике?

На самом деле всё не так просто. Молибден-99 — не конечный продукт, который используется в ядерной медицине. Её рабочей лошадкой является другой радиоактивный металл — Технеций-99.

Запутались? Попробую объяснить.

Большинство искусственно получаемых изотопов (разновидностей одного и того же химического элемента) весьма нестабильны и быстро распадаются за счет радиоактивного излучения. Время, через которое от изначального количества вещества остаётся ровно половина (на самом деле измерения делают по величине активности в Кюри, но для простоты будем считать массу), называют периодом полураспада. К примеру, один грамм того самого дорогущего Калифорния-252 через 2,5 года превращается в половину грамма, а самый новый и последний полученный 118-й элемент таблицы Менделеева Унуноктий-294 уменьшается вдвое вообще за 1 мс. Период полураспада нашего мегаполезного изотопа Технеция-99 — всего 6 часов. В этом и его плюс, и его минус.

Читайте так же:
Зачем раньше было окно между ванной и кухней?

Излучение этого изотопа является довольно мягким, не затрагивающим соседние органы, при этом оно идеально подходит для регистрации специальной аппаратурой. Технеций способен накапливаться в поражённых опухолью органах или омертвевших участках сердечной мышцы, поэтому с помощью этого метода можно, например, выявить очаг инфаркта миокарда уже через 24 часа после его начала — проблемные места в организме просто подсветятся на снимке или экране. Через несколько часов после введения Технеций-99 превращается в более устойчивый изотоп и полностью выводится из организма без каких-либо последствий для здоровья. Однако, эти 6 часов одновременно являются и головной болью медиков, так как за такое короткое время его просто невозможно доставить в клинику с места производства.

Единственный выход из этой ситуации — производить Технеций-99 на месте, прямо в диагностической клинике. Но как это сделать? Неужели нужно оборудовать каждую клинику ядерным реактором? К счастью, этого не потребовалось. Всё дело в том, что Технеций-99 можно сравнительно легко и без реактора получить из другого изотопа — Молибдена-99, период полураспада которого составляет уже 66 часов! А это уже более-менее адекватное время, за которое изотоп можно доставить в клинику из любой точки земного шара. Специалистам в клинике остаётся лишь превратить Молибден-99 в Технеций-99 с помощью специального генератора технеция

В генераторе происходит естественный распад Молибдена-99, одним из продуктов которого и является Технеций-99, который выделяют уже химическим путем — солевой раствор вымывает технеций, но оставляет на месте молибден. Подобная процедура может производиться несколько раз в день в течение недели, после чего требуется замена генератора на свежий. Эта необходимость связана с уменьшением активности Молибдена-99 вследствие его распада, а также с начинающимся загрязнением технеция молибденом. «Старый» генератор становится непригодным для медицинских нужд. Из-за короткого периода полураспада Молибдена-99 невозможно создавать запасы генераторов технеция. Требуются их регулярные поставки на еженедельной основе или в ещё более короткие сроки.

Таким образом, молибден-99 является своего рода родительским изотопом, который удобно транспортировать до конечного потребителя. Теперь мы подходим к самому главному — процессу получения Молибдена-99.

Как делают молибден-99

Молибден-99 можно получить только двумя способами и только в ядерном реакторе. Первый способ — это взять стабильный изотоп Молибден-98 и с помощью ядерной реакции захвата нейтрона превратить его в Молибден-99. Это наиболее «чистый» метод, который, однако, не позволяет получать коммерческие объёмы изотопа. Нужно отметить, что этот способ является перспективным и в настоящее время совершенствуется. Уже сегодня Япония собирается использовать этот метод для производства молибдена для собственных нужд.

Второй способ заключается в делении ядер высокообогащённого Урана-235 плотным потоком нейтронов. При «обстреле» урановой мишени нейтронами, она распадается на множество более лёгких элементов, одним из которых и является Молибден-99. Если вы уже читали первую часть этой серии статей, то наверняка должны помнить про уникальный в своем роде реактор СМ-3 , который и генерирует тот самый плотный поток нейтронов — снарядов, разбивающих «малину» урана на несколько маленьких «ягодок».

Мишени могут быть различной формы — пластины, стержни Они могу быть сделаны как из металлического урана, так и из его оксида или сплава с другим металлом (например, алюминием). Мишени в оболочках из алюминия или нержавеющей стали помещаются в активный канал реактора и выдерживаются там на протяжении определённого времени.

После извлечения мишени из реактора, она охлаждается водой в течение половины суток и переносится в специальную «горячую» лабораторию, где из смеси продуктов деления урана химическим путём выделяют искомый Молибден-99, которого там окажется всего 6%. С этого момента запускается обратный отсчёт времени жизни нашего молибдена, за которой готов заплатить заказчик. Эту процедуру необходимо провести как можно быстрее, так как после облучения мишени каждый час теряется до 1% молибдена вследствие его распада.

В «горячей» камере, с помощью электромеханических манипуляторов, материал мишени с помощью щёлочи или кислоты превращается в жидкий раствор, из которого различными химическими реагентами и происходит выделение молибдена. В НИИАР используют щелочной метод, который более безопасен, чем кислотный, так как оставляет после себя меньше опасных жидких отходов.

Конечный продукт выглядит как бесцветная жидкость — раствор соли молибдата натрия.

Флакончик с жидкостью помещают в специальный свинцовый контейнер и спецрейсом с ближайшего аэропорта Ульяновска отправляют потребителю.

Весь процесс проходит под контролем компьютерной системы. исключающей ошибку оператора и человеческий фактор, что очень важно при производстве Молибдена-99. Необходимо так же соблюдать и все требования техники безопасности.

К сожалению, описанный выше метод является крайне «грязным» с точки зрения получения большого количества радиоактивных отходов, которые в дальнейшем практически не используются и нуждаются в захоронении. Ситуация усугубляется еще и тем, что отходы эти жидкие — их сложнее всего хранить и утилизировать. К слову сказать, в отходы попадает 97% исходной загрузки урана в мишень! Чисто теоретически, высокообогащённый уран из отходов может быть извлечён для дальнейшего использования, но практически этого никто не делает.

Проблемы

До недавних пор в мире было лишь 3 основных производителей Молибдена-99, и на них приходилось 95% всех поставок. Димитровградский НИИАР покрывал лишь до 5% потребности в этом изотопе. Самыми мощными игроками этой отрасли были Канада (40%), Нидерланды+Бельгия (45%) и ЮАР (10%). Однако у самого крупного поставщика Канады возникли проблемы с основным реактором-наработчиком, и ниша внезапно освободилась. «Росатоме» увидел в этом шанс занять ее в течение короткого срока.

Читайте так же:
Как это сделано: медовуха

Дефицит Молибдена-99 на мировом рынке сейчас превышает 30% при средних потребностях до 12 000 кюри в неделю (эту продукцию измеряют не в граммах, а в единицах активности материалов). А цены на это вещество доходят до $1500 за кюри.

Однако, при таких объёмах производства молибдена-99 встаёт вопрос о пропорциональном увеличении количества радиоактивных отходов, которые нужно где-то хранить. К сожалению, единственным способом захоронить жидкие отходы в НИИАР до сих пор остаётся закачка их под давлением на глубину 1300 метров. Это очень опасно, учитывая нахождение площадки хранилища на пересечении тектонических разломов (по исследованиям «ЦНИИгеолнеруда»). На сегодня это самый больной вопрос, для которого пока нет решения: под землей рядом с Димитровградом уже образовалось небольшое море радиоактивных отходов, которые теоретически могут попасть в Волгу.

По хорошему, жидкие отходы необходимо переводить в твёрдые путем цементирования и хранить их уже в специальных контейнерах. В 2015 году в НИИАР был построен новый пункт хранения твёрдых отходов на 8000 кубометров, с технологическими участками сортировки, переработки и кондиционирования.

На протяжении более двух десятков лет МАГАТЭ выказывают крайнее недовольство технологией использования высокообогащённого урана в производстве молибдена-99. Но технология, используемая в НИИАР рассчитана именно на этот способ. Со временем димитровградский НИИ планирует переходить на работу с низкообогащённым ураном. Но это вопрос будущего, а пока самым сложным вопросом при производстве Молибдена остаётся утилизация радиоактивных отходов.

А их много и все они чрезвычайно опасны для окружающей среды и населения. Взять, к примеру изотопы стронция и йода, которые запросто могут попасть в атмосферу и разнестись на сотни километров вокруг. Для региона, где у населения наблюдается природный дефицит йода, это особенно опасно. Организм забирает из среды необходимый йод, включая и радиоактивный, что и приводит к печальным последствиям для здоровья. Но, как утверждают в НИИАР, их технологический процесс обладает очень высокой защищённостью от выбросов йода в атмосферу.

Читайте также.

  • Новая технология нанесения паяльной маски на печатные платыНовая технология нанесения паяльной маски на печатные платы
  • В Байкальском железнодорожном тоннеле завершен монтаж припортальных ворот ОНПП «Технология»В Байкальском железнодорожном тоннеле завершен монтаж припортальных ворот ОНПП «Технология»
  • Компания Grunwald обновляет модельный ряд и выступает с новой транспортной инициативойКомпания Grunwald обновляет модельный ряд и выступает с новой транспортной инициативой

Как делают Технеций-99 — радиоактивный металл для диагностики заболеваний

Это заключительная часть из серии статей о Научно-исследовательском институте атомных реакторов, который находится в городе Димитровграде, Ульяновской области. Мы уже познакомились с технологией производства самого дорогого металла на планете — Калифорния-252, узнали, как делают топливные сборки для атомных реакторов, увидели уникальный реактор СМ-3, способный генерировать очень плотный поток нейтронов. Но всё же это не основная продукция, которую выпускает НИИ. Есть одно вещество, без которого все онкодиагностические клиники мира не смогу прожить ни дня. Цена этого радиоизотопа достигает 46 млн. долларов за грамм. Что это за вещество и почему малейшие сбои в его поставках вызывают большой переполох в мировой ядерной медицине — читайте далее.

Технеций и молибден

Это вещество — Молибден-99, с помощью которого сегодня проводится около 70% диагностических процедур в области онкологии, 50% — в кардиологии и около 90% — в радионуклидной диагностике. В силу сложности и дороговизны его получения, он широко доступен лишь в немногих развитых странах. Но как же Молибден-99 помогает в диагностике?


источник фото

На самом деле всё не так просто. Молибден-99 — не конечный продукт, который используется в ядерной медицине. Её рабочей лошадкой является другой радиоактивный металл — Технеций-99.

Запутались? Попробую объяснить.

Большинство искусственно получаемых изотопов (разновидностей одного и того же химического элемента) весьма нестабильны и быстро распадаются за счет радиоактивного излучения. Время, через которое от изначального количества вещества остаётся ровно половина (на самом деле измерения делают по величине активности в Кюри, но для простоты будем считать массу), называют периодом полураспада. К примеру, один грамм того самого дорогущего Калифорния-252 через 2,5 года превращается в половину грамма, а самый новый и последний полученный 118-й элемент таблицы Менделеева Унуноктий-294 уменьшается вдвое вообще за 1 мс. Период полураспада нашего мегаполезного изотопа Технеция-99 — всего 6 часов. В этом и его плюс, и его минус.


Реакторный корпус в НИИАР

Излучение этого изотопа является довольно мягким, не затрагивающим соседние органы, при этом оно идеально подходит для регистрации специальной аппаратурой. Технеций способен накапливаться в поражённых опухолью органах или омертвевших участках сердечной мышцы, поэтому с помощью этого метода можно, например, выявить очаг инфаркта миокарда уже через 24 часа после его начала — проблемные места в организме просто подсветятся на снимке или экране. Через несколько часов после введения Технеций-99 превращается в более устойчивый изотоп и полностью выводится из организма без каких-либо последствий для здоровья. Однако, эти 6 часов одновременно являются и головной болью медиков, так как за такое короткое время его просто невозможно доставить в клинику с места производства.


НИИАР в Димитровграде

Единственный выход из этой ситуации — производить Технеций-99 на месте, прямо в диагностической клинике. Но как это сделать? Неужели нужно оборудовать каждую клинику ядерным реактором? К счастью, этого не потребовалось. Всё дело в том, что Технеций-99 можно сравнительно легко и без реактора получить из другого изотопа — Молибдена-99, период полураспада которого составляет уже 66 часов! А это уже более-менее адекватное время, за которое изотоп можно доставить в клинику из любой точки земного шара. Специалистам в клинике остаётся лишь превратить Молибден-99 в Технеций-99 с помощью специального генератора технеция

Читайте так же:
Как делают оптические прицелы. Часть 1

В генераторе происходит естественный распад Молибдена-99, одним из продуктов которого и является Технеций-99, который выделяют уже химическим путем — солевой раствор вымывает технеций, но оставляет на месте молибден. Подобная процедура может производиться несколько раз в день в течение недели, после чего требуется замена генератора на свежий. Эта необходимость связана с уменьшением активности Молибдена-99 вследствие его распада, а также с начинающимся загрязнением технеция молибденом. "Старый" генератор становится непригодным для медицинских нужд. Из-за короткого периода полураспада Молибдена-99 невозможно создавать запасы генераторов технеция. Требуются их регулярные поставки на еженедельной основе или в ещё более короткие сроки.

Таким образом, молибден-99 является своего рода родительским изотопом, который удобно транспортировать до конечного потребителя. Теперь мы подходим к самому главному — процессу получения Молибдена-99.

Как делают молибден-99

Молибден-99 можно получить только двумя способами и только в ядерном реакторе. Первый способ — это взять стабильный изотоп Молибден-98 и с помощью ядерной реакции захвата нейтрона превратить его в Молибден-99. Это наиболее "чистый" метод, который, однако, не позволяет получать коммерческие объёмы изотопа. Нужно отметить, что этот способ является перспективным и в настоящее время совершенствуется. Уже сегодня Япония собирается использовать этот метод для производства молибдена для собственных нужд.

Второй способ заключается в делении ядер высокообогащённого Урана-235 плотным потоком нейтронов. При "обстреле" урановой мишени нейтронами, она распадается на множество более лёгких элементов, одним из которых и является Молибден-99. Если вы уже читали первую часть этой серии статей, то наверняка должны помнить про уникальный в своем роде реактор СМ-3, который и генерирует тот самый плотный поток нейтронов — снарядов, разбивающих "малину" урана на несколько маленьких "ягодок".

Мишени могут быть различной формы — пластины, стержни и т.д. Они могу быть сделаны как из металлического урана, так и из его оксида или сплава с другим металлом (например, алюминием). Мишени в оболочках из алюминия или нержавеющей стали помещаются в активный канал реактора и выдерживаются там на протяжении определённого времени.


Реактор СМ-3 в НИИАР

После извлечения мишени из реактора, она охлаждается водой в течение половины суток и переносится в специальную "горячую" лабораторию, где из смеси продуктов деления урана химическим путём выделяют искомый Молибден-99, которого там окажется всего 6%. С этого момента запускается обратный отсчёт времени жизни нашего молибдена, за которой готов заплатить заказчик. Эту процедуру необходимо провести как можно быстрее, так как после облучения мишени каждый час теряется до 1% молибдена вследствие его распада.

В "горячей" камере, с помощью электромеханических манипуляторов, материал мишени с помощью щёлочи или кислоты превращается в жидкий раствор, из которого различными химическими реагентами и происходит выделение молибдена. В НИИАР используют щелочной метод, который более безопасен, чем кислотный, так как оставляет после себя меньше опасных жидких отходов.

Конечный продукт выглядит как бесцветная жидкость — раствор соли молибдата натрия.


фото ngs.ru

Флакончик с жидкостью помещают в специальный свинцовый контейнер и спецрейсом с ближайшего аэропорта Ульяновска отправляют потребителю.

Весь процесс проходит под контролем компьютерной системы. исключающей ошибку оператора и человеческий фактор, что очень важно при производстве Молибдена-99. Необходимо так же соблюдать и все требования техники безопасности.

К сожалению, описанный выше метод является крайне "грязным" с точки зрения получения большого количества радиоактивных отходов, которые в дальнейшем практически не используются и нуждаются в захоронении. Ситуация усугубляется еще и тем, что отходы эти жидкие — их сложнее всего хранить и утилизировать. К слову сказать, в отходы попадает 97% исходной загрузки урана в мишень! Чисто теоретически, высокообогащённый уран из отходов может быть извлечён для дальнейшего использования, но практически этого никто не делает.

До недавних пор в мире было лишь 3 основных производителей Молибдена-99, и на них приходилось 95% всех поставок. Димитровградский НИИАР покрывал лишь до 5% потребности в этом изотопе. Самыми мощными игроками этой отрасли были Канада (40%), Нидерланды+Бельгия (45%) и ЮАР (10%). Однако у самого крупного поставщика Канады возникли проблемы с основным реактором-наработчиком, и ниша внезапно освободилась. "Росатоме" увидел в этом шанс занять ее в течение короткого срока.

Дефицит Молибдена-99 на мировом рынке сейчас превышает 30% при средних потребностях до 12 000 кюри в неделю (эту продукцию измеряют не в граммах, а в единицах активности материалов). А цены на это вещество доходят до $1500 за кюри.

Однако, при таких объёмах производства молибдена-99 встаёт вопрос о пропорциональном увеличении количества радиоактивных отходов, которые нужно где-то хранить. К сожалению, единственным способом захоронить жидкие отходы в НИИАР до сих пор остаётся закачка их под давлением на глубину 1300 метров. Это очень опасно, учитывая нахождение площадки хранилища на пересечении тектонических разломов (по исследованиям "ЦНИИгеолнеруда"). На сегодня это самый больной вопрос, для которого пока нет решения: под землей рядом с Димитровградом уже образовалось небольшое море радиоактивных отходов, которые теоретически могут попасть в Волгу.


Строительство нового многоцелевого реактора на быстрых нейтронах в НИИАР

По хорошему, жидкие отходы необходимо переводить в твёрдые путем цементирования и хранить их уже в специальных контейнерах. В 2015 году в НИИАР был построен новый пункт хранения твёрдых отходов на 8000 кубометров, с технологическими участками сортировки, переработки и кондиционирования.


фото niiar.ru

Читайте так же:
Почему металл звенит?

На протяжении более двух десятков лет МАГАТЭ выказывают крайнее недовольство технологией использования высокообогащённого урана в производстве молибдена-99. Но технология, используемая в НИИАР рассчитана именно на этот способ. Со временем димитровградский НИИ планирует переходить на работу с низкообогащённым ураном. Но это вопрос будущего, а пока самым сложным вопросом при производстве Молибдена остаётся утилизация радиоактивных отходов.

А их много и все они чрезвычайно опасны для окружающей среды и населения. Взять, к примеру изотопы стронция и йода, которые запросто могут попасть в атмосферу и разнестись на сотни километров вокруг. Для региона, где у населения наблюдается природный дефицит йода, это особенно опасно. Организм забирает из среды необходимый йод, включая и радиоактивный, что и приводит к печальным последствиям для здоровья. Но, как утверждают в НИИАР, их технологический процесс обладает очень высокой защищённостью от выбросов йода в атмосферу.


источник фото

Сапожник без сапог

Каждый год в всем мире выполняют более 30 млн. лечебных процедур с применением радионуклидов. Однако в самой России, претендующей на роль основного поставщика Молибдена-99, потребность в этом изотопе минимальна. Более 70% всех произведённых в России радиоактивных изотопов уходит на экспорт. У онкологических больных в России шанс получить современное и своевременное лечение, не превышает 10% по причине банальной нехватки специализированных диагностических центров. В стране работают всего семь таких центров. Но нужно, чтобы их было не менее 140. Получается, что новейшие технологии с использованием изотопов в России зачастую просто негде применять.

Для сравнения, В США действует свыше 2000 центров ядерной медицины. В других развитых странах один такой центр приходится на каждые 500 тыс. человек населения. Ничего удивительного, что, по данным ВОЗ, пятилетняя выживаемость онкологических больных в США составляет 62%, во Франции — 58%, в России эта цифра не достигает и 43%.

Из этого и складывается не очень радостная картина: кому-то вершки, а нам — корешки.

Очередь за технецием

Очередь за технецием

Российские ядерщики разработали недорогую технологию получения изотопа молибдена-99, на основе которого в итоге производят технеций-99, основной материал для ядерной медицинской диагностики. Об этом на форуме «Атомэкспо-2010», закончившемся на прошлой неделе, объявил генеральный директор росатомовского центра «Атоммед» Александр Кузнецов . В числе других разработок, связанных с ядерной медициной и радиационными технологиями, он представил и проект «Разработка автоматизированного комплекса по производству раствора технеция-99 на основе природного радионуклида молибден-99 с использованием экстракционного генератора».

Проект выходит на рынок исключительно вовремя. Известно, что раствор технеция-99 — основной диагностический радиопрепарат, используемый в медицинских лабораториях для исследований в области кардиологии и онкологии. Каждый день в мире проводится до 80 тысяч таких исследований. Технеция продается на 1,5 млрд долларов в год, тогда как весь рынок диагностических изотопов оценивается в 2 млрд. Но технеция на рынке не хватает, и цены на него в последние годы взлетели в несколько раз. Сам технеций 99 — изотоп короткоживущий, период его полураспада составляет всего шесть часов, поэтому он оказывает сравнительно небольшое вредное воздействие на здоровые органы обследуемого человека. Именно за это, вкупе, конечно, с «внятной» спектральной линией, которую дает накопившийся в аномальных участках органов радиоактивный изотоп, его так любят медики.

Столь быстро распадающийся материал во многие географически удаленные места и подвезти-то нельзя, равно как невозможно создать складские запасы. Зато можно подвезти изотоп молибдена-99. Срок его жизни уже 66 часов, а распадаясь, он как раз и рождает необходимый медицине технеций. В мире молибден-99 производится всего в нескольких реакторах (его, к примеру, нет даже в США — самом крупном потребителе изотопов для радиационной диагностики). И когда в последние несколько лет основные реакторы остановились и не могли запуститься в связи с техническими проблемами, возник дефицит изотопа, оцениваемый примерно в 30 тысяч исследований, больные встали в очередь.

Практически весь молибден-99 получали в реакторах, где он производился так называемым осколочным способом, в результате распада обогащенного урана-235, что заведомо делает получаемый молибден дорогим, рассказывает заместитель генерального директора «Атоммеда» Андрей Кудрин . Есть и другая технология получения молибдена-99 (точнее, его оксида) — из стабильного оксида молибдена-98 в результате облучения его нейтронным потоком. С ростом цен на осколочный молибден эта технология стала более дешевым способом производства медицинского изотопа. Причем таким способом необходимый молибден можно производить не на нескольких, а на многих уже существующих реакторах и ускорителях. Эту технологию и используют российские разработчики.

Другое ноу-хау — в способе производства технеция. Существовавшая технология получения технеция на центробежных экстракционных генераторах основана на том, что при вращении раствора молибдена его более легкая фракция — «дочерний» изотоп технеций-99 — отделялась и после пропускания через колонны со специальным раствором (к слову, требующие радиационной защиты оборудования) выделялась в виде конечного продукта. Предлагаемый же подход состоит в том, что технеций выделяется из молибдена химическим способом. В результате смешивания молибдена и раствора метилэтилкетона более тяжелая фракция молибдена оседает на дне, а более легкая смесь с технецием остается наверху и может быть откачана, дочищена и расфасована. Получаемый продукт по своим потребительским свойствам, прежде всего химической чистоте, превосходит аналоги, полученные по известным технологиям, а компактный генератор можно установить практически в любом помещении, в том числе при крупных медицинских центрах, без усиления радиационной защиты.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию