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以极高的能量密度下生产医用同位素

2022-02-23 22:20     来源:phys.org     超导直线加速器 医用同位素 医用同位素钼-99

钼 (Mo-99) 在癌症和其他疾病的诊断中发挥着重要作用。几个小时后,放射性同位素衰变产生锝99m,它被用于每年为全世界数百万人进行检查所需的成像程序。当前基于裂变的工艺面临许多挑战,例如老化的反应堆和工艺对环境的影响。这就是为什么研究人员正在寻找替代生产方法的原因。在 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR),欧洲 SMART 合作现已在超导直线加速器 ELBE 的帮助下成功测试了 Mo-99 的生产。

有了ELBE的这个主模块,电子可以被加速到接近光速。在 SMART 实验中,粒子产生“轫致辐射”,从钼原子核中各击出一个中子,留下放射性同位素 Mo-99。图片来源:HZDR/Jürgen Jeibmann

ELBE 负责人 Peter Michel 教授解释说:“"我们将ELBE的性能发挥到了极致,在将近一周的时间里,我们不间断地将一束30千瓦的高能电子射向一毫米大小的钼靶,"HZDR辐射物理研究所ELBE负责人Peter Michel教授解释说。

“这意味着我们可以在很小的体积内储存总计 13 吉焦的能量。这大致相当于一架满载的波音 747-400 以每小时约 900 公里的最高速度飞行的动能。”

需要如此极端的能量密度才能触发所需的反应:“在目标处产生的轫致辐射会从原子核中分别击出一个中子,因此最终剩下的是所需的产品钼-99。”

虽然 HZDR 提供了必要的加速器技术,但荷兰科技公司 Demcon 负责实验装置。作为世界上最大的 Mo-99 生产商之一,比利时放射性元素研究所(IRE)发起了SMART(MedicAl RadioisoTopes来源),并与荷兰公司ASML一起,与科学和工业界的合作伙伴合作开发该技术。

“ELBE 加速器是欧洲唯一适合我们实验的研究设施,因为只有在这里,光束质量才能在我们部署数天后保持稳定,”高级机电系统工程师 Johannes Jobst 说在德姆康。

“但我们成功的决定性因素是合作伙伴之间非常好的、信任的合作。就 ELBE 而言,我们不仅从独特的技术中受益匪浅,而且还从 ELBE 团队的科学专业知识和奉献精神中受益匪浅。”

复杂的实验装置:用液态钠冷却

由于极端条件,该实验对研究人员提出了许多挑战,需要复杂的实验设置。例如,他们必须在所使用的材料中控制巨大的压力和潜在的辐射损害,从而实施特殊的保障措施。

另一个挑战:在正常情况下,钼在辐射下只需要很短的时间就会蒸发。因此,Demcon 使用了基于液态钠的高导热性的特殊冷却技术。这种金属也被用作核反应堆中的传热流体,由于其高沸点和允许的广泛工艺温度范围,它能够吸收特别大量的热量。

此次试运行于 2 月初成功进行,是确认整个概念可行性的重要一步,并相信该技术可以在更大的工业规模上使用。新方法的优点是显而易见的:由于使用钼 100 作为起始材料,不再需要在核反应堆中分解铀——这意味着放射性废物更少,尤其是半衰期长的废物。IRE 及其合作伙伴正在继续开发完整的安装。这个雄心勃勃的计划的科学基础现在已经通过 ELBE 加速器的实验得到证实。


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