Tobias Chemnitz 博士在 Garching 研究園區(qū) FRM II 的 Mo-99 生產(chǎn)測試設(shè)施。圖片來源：Reiner Müller，F(xiàn)RM II / TUM

核醫(yī)學(xué)使用锝 99m 進行腫瘤診斷。它每年在全球范圍內(nèi)應(yīng)用超過 3000 萬次，是使用最廣泛的放射性同位素。前體材料鉬 99 主要在研究堆中生產(chǎn)。慕尼黑工業(yè)大學(xué) (TUM) 的 Heinz Maier-Leibnitz 研究中子源 (FRM II) 的一項研究現(xiàn)在顯示了顯著減少醫(yī)療產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的放射性廢物的選項。

超過 85% 的核醫(yī)學(xué)診斷檢查使用锝 99m (Tc-99m)。僅在德國，每年就部署超過 300 萬劑疫苗。例如，與合適的有機分子相結(jié)合，锝通過血液分布在全身并在腫瘤中積累。當(dāng)它在那里衰變時，釋放的輻射揭示了腫瘤的精確位置。

锝 99m 是通過用實際上只有研究反應(yīng)堆才有的高中子通量輻照鈾板(即所謂的靶材)產(chǎn)生的。最初，從鈾 235 開始，生成鉬 99 (Mo-99)，其衰變?yōu)?strong> Tc-99m，半衰期為 66 小時。后者的半衰期為 6 小時，可轉(zhuǎn)化為 Tc-99，發(fā)出可測量的伽馬輻射。

來自低濃縮鈾的更多廢物

用低濃縮鈾取代高濃縮鈾的政治推動也適用于醫(yī)療領(lǐng)域使用的靶材。這就是為什么目前在 FRM II 建造的 Mo-99 輻照設(shè)施是為低濃縮鈾目標(biāo)設(shè)計的。

MEDAPP 醫(yī)療輻照設(shè)施的儀器科學(xué)家 Tobias Chemnitz 博士說：“然而，這帶來了一個嚴重的問題：鈾板中鈾 235 的富集越少，Mo-99 在輻照過程中的比產(chǎn)率就越低。”在 FRM II。

為滿足全球?qū)?Tc-99m 的需求，根據(jù)所使用的技術(shù)，至少兩倍的鈾板必須經(jīng)過輻照和處理。這會相應(yīng)地產(chǎn)生更多的廢物。開姆尼茨在慕尼黑工業(yè)大學(xué)的博士論文中解決了這個問題。

新工藝可避免多達 15,000 升液態(tài)放射性廢物

最終的輻照板僅包含約 0.1% 的 Mo-99。為確保純度足以用于醫(yī)療應(yīng)用，必須小心地將 Mo-99 與剩余材料分開。

目前，有兩種標(biāo)準工藝在使用，分別基于酸性工藝和堿性工藝。在堿性變體中，整個目標(biāo)最初用苛性鈉處理。在此過程中，Mo-99 優(yōu)先溶解，而鈾在該溶液中不溶解并保持為固體。然后在精細的化學(xué)分離過程中將殘留的裂變產(chǎn)物從水溶液中分離出來。

由于高富集目標(biāo)被低富集目標(biāo)取代，相同的鉬產(chǎn)量使由此產(chǎn)生的水性中等放射性廢物增加一倍，全球年排放量高達 15,000 升——此外，必須將其加固以適合最終處置，從而最終每年產(chǎn)生 375,000 升的放射性廢物。

解決方法：去除水

為了緩解這個問題，Chemnitz 和他的同事 Riane Stene 開發(fā)了一種不使用水化學(xué)提取 Mo-99 的新方法。

研究人員與馬爾堡菲利普斯大學(xué)的氟化學(xué)小組合作，開發(fā)了一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，鈾-鉬測試板與等離子體中的三氟化氮反應(yīng)。這些板的鉬含量與后來實際輻照目標(biāo)中的鉬含量相同。

最后，他們通過光控反應(yīng)將多余的鈾與鉬分離。以這種方式分離兩種元素的效率與傳統(tǒng)再處理程序第一步中進行的氫氧化鈉處理一樣有效，但它不會產(chǎn)生水性廢物。

只有六個主要的研究反應(yīng)堆生產(chǎn)鉬 99

“目前，全球有六個主要輻照設(shè)施生產(chǎn) Mo-99。在這些研究反應(yīng)堆中，有四個已經(jīng)超過 40 年，這導(dǎo)致了不可預(yù)見的維修和相關(guān)的停機——就像最近發(fā)生的那樣。這就是為什么我們感到自豪的是FRM II 與法國 Jules-Horowitz 反應(yīng)堆一起，將能夠確保歐洲未來對 Mo-99 的需求，”Tobias Chemnitz 說。

TUM 已經(jīng)提交了該工藝的專利申請。不管仍需要進一步的開發(fā)工作，開姆尼茨相信這種新穎的方法將在中期為已建立的工藝提供可行的替代方案。