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核聚变如何彻底改变医用同位素的生产

核聚变 医用同位素 钼-99
发布:2020-11-17 11:44:38    

几家致力于国内钼-99生产的公司在减轻这种放射性同位素全球供应链负担方面起着关键作用。

Shine Test System与世界上最强大的商用聚变中子生产商Phoenix合作,以分解低浓铀,生产出用于医学同位素生产的钼-99。

医学成像程序(例如单光子发射计算机断层扫描(SPECT)扫描,心肌灌注扫描和骨骼扫描)可用于诊断心脏病和癌症等问题,并每天为全球成千上万的患者提供挽救生命的治疗。但是,使这些程序成为可能的材料-钼元素的放射性同位素,称为“ molybdenum-99 ”或简称为“ moly-99 ”,供不应求。

这些程序依赖于短寿命放射性同位素,例如tech-99m或氟-18作为标记剂,因为它们会迅速分解成稳定和惰性的材料,因此在摄入或注入血液中时不会因辐射而损害人体,并且所有这些同位素都来自moly-99。如今,只有极少数的工厂生产来支持全世界的供应,而单个工厂仅停止生产几天就导致世界范围内的短缺。为了减轻和防止将来出现短缺,Phoenix LLC和Shine Medical Technologies等许多公司正在开发新的更有效的方法来生产大量的99钼。

什么是Moly-99?

钼-99是一种同位素,这意味着其原子核中的中子比普通元素钼多。一些同位素是稳定的,而另一些则是不稳定的,这意味着原子不能将自身保持在一起,必须排出粒子和能量才能转化为更稳定的元素。这个过程称为原子衰变。例如,钼99会通过释放β粒子(换句话说,是电子)而衰变,然后转变成tech 99m,而它本身会更快地衰变成tech- 99,而钼-99本身会衰变得更慢,最终变成稳定的钌99。

每个同位素具有不同的半衰期或时间量,而任何大小的给定样品中的一半都需要衰减。Molybdenum-99的半衰期约为66小时,因此,无论在任何给定时间有多少,都将在两天半后剩下一半的剩余量。Technetium-99m的半衰期为6小时,因此,引入人体进行医学扫描的任何量在24小时之内消耗了大约93%(这对医学成像非常有用)。但是,Technetium-99m放射性衰变的副产物的半衰期为211,000年,它花费微弱的时间发射少量的β射线,在变为稳定的钌99之前对患者的健康几乎没有危险。

由于放射性衰变,无法储存钼99或半衰期在数天或数小时范围内的任何其他放射性同位素。生产moly-99的设施必须不断地生产它,要知道在全世界,moly-99的供应量总是在减少。实际上,of 99m和其他医用放射性同位素的生产者必须总是比他们需要的多购买三分之一的99钼,这取决于最近的99钼生产者在全球范围内的购买量,仅仅是为了说明这一数字Moly-99会在运输过程中衰减。

当前,世界上供应的99号钼是在几个专门的核反应堆中生产的。Moly-99是裂变铀衰变的副产品,因此裂变反应堆将高浓缩铀原子分开,产生大量裂变反应堆。在绝大多数核反应堆中,钼99几乎是无关紧要的副产物,因为反应堆的主要功能是产生可转化为电能的动能。但是,世界各地的一些设施不是专门用来发电,而是用来收获99钼。全世界只有五种这样的设施,而没有一个位于西半球。

生产Moly-99的新方法

由于这四个反应堆中的一个甚至关闭几天(例如进行临时维护)都会危及全球99号钼的供应,因此世界各国政府认识到对生产99号钼的新方法的迫切需求。反应堆也有其他弊端,例如依赖于高度浓缩的铀,由于安全原因,铀很难运输。因此,几家公司已从政府那里获得了财政资助,以开发新颖的Mo-99钼生产新方法,用于不依赖于高浓缩铀的医学成像。

正在研究的许多新方法都涉及使用粒子加速器,而不是裂变反应堆。例如,NorthStar Medical放射性同位素正在研究的一种方法涉及使用粒子加速器分别向天然存在的和稳定的Mo-98或Mo-100中添加或从中减去中子。Niowave正在研究的另一种方法包括使用电子加速器分裂铀原子而不是反应堆。

在重振钼-99生产方面,最有前途的公司之一是Shine Medical Technologies。Shine的同位素生产方法依赖于其姊妹公司Phoenix LLC开发的极其强大的聚变中子发生器。将铀分解成钼99。这些中子发生器是核聚变的近期应用,其中融合了诸如氘,稳定的氢同位素之类的轻元素,以产生氦气和中子辐射。中子辐射与铀相互作用时,会导致铀原子分解成更轻的元素,包括钼99。核聚变最著名的是它作为清洁能源的潜在应用,但它还有许多与中子辐射产生相关的应用,不仅包括同位素生产,还包括工业射线照相和材料分析。

在Shine系统中,Phoenix的中子发生器可以从相对较小且浓缩程度较低的铀中生产大量的医学同位素。此过程使用低浓铀(LEU)代替高浓铀(HEU),

由于包括安全性在内的多个原因,这是有益的。Shine在美国威斯康星州简斯维尔的生产工厂预计将能够满足整个美国对moly-99的需求的一半。

开放生产链

尽管美国的医院占全球99%钼需求的一半,但美国在过去的三十多年中一直没有生产钼99的设施。整个西半球的最后一个生产99钼的设施已于2019年1月关闭。致力于开放99钼国内生产的公司在减轻这一放射性同位素对世界供应链的负担方面发挥着关键作用。未来几年,全球范围内的新设施旨在消除严重的钼短缺,最近的一次是在2018年,当时拆除了三个反应堆进行日常维护,这已经成为过去。

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