Це заключна частина з серії статей про Науково-дослідному інституті атомних реакторів, який знаходиться в місті Димитровград, Ульяновської області. Ми вже познайомилися з технологією виробництва найдорожчого металу на планеті - Каліфорнія-252 , Дізналися, як роблять паливні збірки для атомних реакторів, побачили унікальний реактор СМ-3, здатний генерувати дуже щільний потік нейтронів. Але все ж це не основна продукція, яку випускає НДІ. Є одна речовина, без якого все онкодіагностіческіе клініки світу не зможу прожити ні дня. Ціна цього радіонукліда досягає 46 млн. Доларів за грам. Що це за речовина і чому найменші збої в його поставках викликають великий переполох у світовій ядерній медицині - читайте далі ... 
Технецій і молібден
Ця речовина - Молібден-99, за допомогою якого сьогодні проводиться близько 70% діагностичних процедур в області онкології, 50% - в кардіології та близько 90% - в радіонуклідної діагностики. З огляду на складності і дорожнечі його отримання, він широко доступний лише в небагатьох розвинених країнах. Але як же Молібден-99 допомагає в діагностиці?
джерело фото
Насправді все не так просто. Молібден-99 - не кінцевий продукт, який використовується в ядерній медицині. Її робочою конячкою є інший радіоактивний метал - Технецій-99.
Заплуталися? Спробую пояснити.
Більшість штучно одержуваних ізотопів (різновидів одного і того ж хімічного елемента) досить нестабільні і швидко розпадаються за рахунок радіоактивного випромінювання. Час, через яке від початкового кількості речовини залишається рівно половина (насправді вимірювання роблять за величиною активності в Кюрі, але для простоти будемо вважати масу), називають періодом напіврозпаду. Наприклад, один грам того самого дорогого Каліфорнія-252 через 2,5 року перетворюється в половину грама, а найновіший і останній отриманий 118-й елемент таблиці Менделєєва унуноктій-294 зменшується вдвічі взагалі за 1 мс. Період напіврозпаду нашого мегакорисних ізотопів техніці-99 - всього 6 годин. В цьому і його плюс, і його мінус.
Реакторний корпус в НДІАР
Випромінювання цього ізотопу є досить м'яким, що не зачіпають сусідні органи, при цьому воно ідеально підходить для реєстрації спеціальною апаратурою. Технецій здатний накопичуватися в уражених пухлиною органах або відмерлих ділянках серцевого м'яза, тому за допомогою цього методу можна, наприклад, виявити осередок інфаркту міокарда вже через 24 години після його початку - проблемні місця в організмі просто підсвітяться на знімку або екрані. Через кілька годин після введення Технецій-99 перетворюється в більш стійкий ізотоп і повністю виводиться з організму без будь-яких наслідків для здоров'я. Однак, ці 6 годин одночасно є і головним болем медиків, так як за такий короткий час його просто неможливо доправити до клініки з місця виробництва.
НДІАР в Димитровграді
Єдиний вихід з цієї ситуації - виробляти Технецій-99 на місці, прямо в діагностичної клініці. Але як це зробити? Невже потрібно обладнати кожну клініку ядерним реактором? На щастя, цього не було потрібно. Вся справа в тому, що Технецій-99 можна порівняно легко і без реактора отримати з іншого ізотопу - молібдену-99, період напіврозпаду якого становить вже 66 годин! А це вже більш-менш адекватний час, за яке ізотоп можна доправити до клініки з будь-якої точки земної кулі. Фахівцям в клініці залишається лише перетворити Молібден-99 в Технецій-99 за допомогою спеціального генератора техніці
У генераторі відбувається природний розпад молібдену-99, одним з продуктів якого і є Технецій-99, який виділяють вже хімічним шляхом - сольовий розчин вимиває технеций, але залишає на місці молібден. Подібна процедура може проводитися кілька разів на день протягом тижня, після чого потрібна заміна генератора на свіжий. Ця необхідність пов'язана зі зменшенням активності молібдену-99 внаслідок його розпаду, а також з початком забрудненням техніці молібденом. «Старий» генератор стає непридатним для медичних потреб. Через коротке періоду напіврозпаду молібдену-99 неможливо створювати запаси генераторів техніці. Потрібні їх регулярні поставки на щотижневій основі або в ще більш короткі терміни.
Таким чином, молібден-99 є свого роду батьківським ізотопом, який зручно транспортувати до кінцевого споживача. Тепер ми підходимо до найголовнішого - процесу отримання молібдену-99.
Як роблять молібден-99
Молібден-99 можна отримати тільки двома способами і тільки в ядерному реакторі. Перший спосіб - це взяти стабільний ізотоп Молібден-98 і за допомогою ядерної реакції захоплення нейтрона перетворити його в Молібден-99. Це найбільш «чистий» метод, який, однак, не дозволяє отримувати комерційні обсяги ізотопу. Потрібно відзначити, що цей спосіб є перспективним і в даний час вдосконалюється. Уже сьогодні Японія збирається використовувати цей метод для виробництва молібдену для власних потреб.
Другий спосіб полягає в розподілі ядер високозбагаченого Урана-235 щільним потоком нейтронів. При «обстрілі» уранової мішені нейтронами, вона розпадається на безліч більш легких елементів, одним з яких і є Молібден-99. Якщо ви вже читали першу частину цієї серії статей, то напевно повинні пам'ятати про унікальний в своєму роді реактор СМ-3 , Який і генерує той самий щільний потік нейтронів - снарядів, розбивають «малину» урану на кілька маленьких «ягідок».
Мішені можуть бути різної форми - пластини, стрижні і т.д. Вони можу бути зроблені як з металевого урану, так і з його оксиду або сплаву з іншим металом (наприклад, алюмінієм). Мішені в оболонках з алюмінію або нержавіючої сталі поміщаються в активний канал реактора і витримуються там протягом певного часу.
Реактор СМ-3 в НДІАР
Після вилучення мішені з реактора, вона охолоджується водою протягом половини доби і переноситься в спеціальну «гарячу» лабораторію, де з суміші продуктів поділу урану хімічним шляхом виділяють шуканий Молібден-99, якого там виявиться всього 6%. З цього моменту запускається зворотний відлік часу життя нашого молібдену, за якої готовий заплатити замовник. Цю процедуру необхідно провести якомога швидше, так як після опромінення мішені кожну годину втрачається до 1% молібдену внаслідок його розпаду.
У «гарячої» камері, за допомогою електромеханічних маніпуляторів, матеріал мішені за допомогою лугу або кислоти перетворюється в рідкий розчин, з якого різними хімічними реагентами та відбувається виділення молібдену. У НДІАР використовують лужний метод, який більш безпечний, ніж кислотний, так як залишає після себе менше небезпечних рідких відходів.
Кінцевий продукт виглядає як безбарвна рідина - розчин солі молибдата натрію.
фото ngs.ru
Флакончик з рідиною поміщають в спеціальний свинцевий контейнер і спецрейсом з найближчого аеропорту Ульяновська відправляють потре ** телю.
Весь процес проходить під контролем комп'ютерної системи. виключає помилку оператора і людський фактор, що дуже важливо при виробництві молібдену-99. Необхідно так само дотримуватися і всі вимоги техніки безпеки.
На жаль, описаний вище метод є вкрай «брудним» з точки зору отримання великої кількості радіоактивних відходів, які в подальшому практично не використовуються і потребують поховання. Ситуація ускладнюється ще й тим, що відходи ці рідкі - їх складніше всього зберігати і утилізувати. До слова сказати, в відходи потрапляє 97% початкового завантаження урану в мішень! Чисто теоретично, високозбагачений уран з відходів може бути вилучено для подальшого використання, але практично цього ніхто не робить.
проблеми
До недавніх пір в світі було лише 3 основних виробників молібдену-99, і на них припадало 95% всіх поставок. Дімітровградський НДІАР покривав лише до 5% потреби в цьому ізотопі. Найпотужнішими гравцями цієї галузі були Канада (40%), Нідерланди + Бельгія (45%) і ПАР (10%). Однак у найбільшого постачальника Канади виникли проблеми з основним реактором-наработчіком, і ніша раптово звільнилася. «Росатомі» побачив у цьому шанс зайняти її протягом короткого терміну.
Дефіцит молібдену-99 на світовому ринку зараз перевищує 30% при середніх потребах до 12 000 кюрі на тиждень (насіння соняшнику вимірюють не в грамах, а в одиницях активності матеріалів). А ціни на цю речовину доходять до $ 1500 за кюрі.
Однак, при таких обсягах виробництва молібдену-99 постає питання про пропорційному збільшенні кількості радіоактивних відходів, які потрібно десь зберігати. На жаль, єдиним способом поховати рідкі відходи в НДІАР досі залишається закачування їх під тиском на глибину 1300 метрів. Це дуже небезпечно, враховуючи знаходження майданчика сховища на перетині тектонічних розломів (з досліджень «ЦНІІгеолнеруда»). На сьогодні це найболючіше питання, для якого поки немає рішення: під землею поруч з Димитровград вже утворилося невелике море радіоактивних відходів, які теоретично можуть потрапити в Волгу.
Будівництво нового багатоцільового реактора на швидких нейтронах в НДІАР
По хорошому, рідкі відходи необхідно переводити в тверді шляхом цементування і зберігати їх вже в спеціальних контейнерах. У 2015 році в НДІАР був побудований новий пункт зберігання твердих відходів на 8000 кубометрів, з технологічними ділянками сортування, переробки та кондиціонування.
фото niiar.ru
Протягом більше двох десятків років МАГАТЕ виявляють крайнє невдоволення технологією використання високозбагаченого урану в виробництві молібдену-99. Але технологія, яка використовується в НДІАР розрахована саме на цей спосіб. Згодом Дімітровградський НДІ планує переходити на роботу з низькозбагаченим ураном. Але це питання майбутнього, а поки найскладнішим питанням при виробництві молібдену залишається утилізація радіоактивних відходів.
А їх багато і всі вони надзвичайно небезпечні для навколишнього середовища і населення. Взяти, приміром ізотопи стронцію і йоду, які запросто можуть потрапити в атмосферу і рознестися на сотні кілометрів навколо. Для регіону, де у населення спостерігається природний дефіцит йоду, це особливо небезпечно. Організм забирає з середовища необхідний йод, включаючи і радіоактивний, що і призводить до сумних наслідків для здоров'я. Але, як стверджують в НДІАР, їх технологічний процес має дуже високу захищеністю від викидів йоду в атмосферу.
джерело фото
Швець без чобіт
Щороку в усьому світі виконують понад 30 млн. Лікувальних процедур із застосуванням радіонуклідів. Однак в самій Росії, яка претендує на роль основного постачальника молібдену-99, потреба в цьому ізотопі мінімальна. Більше 70% всіх вироблених в Росії радіоактивних ізотопів йде на експорт. У онкологічних хворих в Росії шанс отримати сучасне і своєчасне лікування, не перевищує 10% через банальну нестачу спеціалізованих діагностичних центрів. У країні працюють всього сім таких центрів. Але потрібно, щоб їх було не менше 140. Виходить, що новітні технології з використанням ізотопів в Росії часто просто не мають застосовувати.
Для порівняння, В США діє понад 2000 центрів ядерної медицини. В інших розвинених країнах один такий центр припадає на кожні 500 тис. Чоловік населення. Нічого дивного, що, за даними ВООЗ, п'ятирічне виживання онкологічних хворих в США становить 62%, у Франції - 58%, в Росії ця цифра не досягає і 43%.
З цього і складається не дуже радісна картина: кому-то вершки, а нам - корінці.
джерело: http://alexio-marziano.livejournal.com/159160.html
Але як же Молібден-99 допомагає в діагностиці?Але як це зробити?
Невже потрібно обладнати кожну клініку ядерним реактором?