Úterý, Leden 16

Quark: Reaktor, ktorý lieči

V dôsledku starnutia jadrových reaktorov produkujúcich rádiofarmaká sa zvyšuje záujem o reaktory, ktoré majú palivo rozpustené vo vode. Ruská korporácia Rosatom vyvinula nový reaktor s produkciou rádionuklidov s výnimočnou rádiochemickou čistotou.

Schéma reaktora Argus-M. (Zdroj: Rosatom)

Súčasná medicína používa rádionuklidy pri diagnostike a liečbe mnohých ochorení, či už onkologických, kardiologických alebo neurologických.

Molybdén 89 v nukleárnej medicíne

Najpoužívanejším rádionuklidom v medicíne je technécium 99m, ktoré vzniká rozpadom molybdénu 99. Ročne sa tento izotop po celom svete použije pri desiatkach miliónov diagnostických zákrokov. Ide približne o 70 % onkologických diagnostických zákrokov a o 50 % kardiologických vyšetrení.

Vlastná výroba rádiofarmaka prebieha tak, že sa technécium naviaže na farmakum, ktoré sa zvolí podľa typu zákroku. Rádiofarmakum sa potom zavádza do tela pacienta a podľa nosiča sa kumuluje na požadovaných miestach (nádorové bunky majú väčšiu tendenciu prepúšťať veľké molekuly, napríklad polymérne nosiče liečiva, v porovnaní so zvyškom tela). Potom nasleduje vyšetrenie pacienta gama kamerou alebo prístrojom SPECT. Detekciou rádionuklidu sa zobrazia aktívne časti nádoru, zápaly, lézie či cysty. Týmto spôsobom možno zobraziť aj oblasti, ktoré by na CT neboli dostatočne viditeľné. Veľmi časté sú aj vyšetrenia obličiek a močových ciest malých detí, vyšetrenia srdca a klasifikácia nádorov.

Krátky polčas rozpadu

Technécium 99m vzniká z molybdénu 99, ktorý sa získava najčastejšie ožarovaním uránových terčov vo výskumných reaktoroch. V tomto prípade molybdén 99 vzniká ako jeden z produktov rozpadu uránu 235. Keďže polčas rozpadu technécia 99m je len šesť hodín a nemôže sa prepravovať na väčšie vzdialenosti, používa sa v praxi tento model: Ožarovaním terčov v jadrovom reaktore vzniká najprv molybdén 99. V horúcich komorách vedľa reaktora potom prebieha separácia tohto rádionuklidu a balenie do prepravných obalov. Vďaka polčasu rozpadu molybdénu 99 ( je to až 66 dní) ho možno transportovať do zariadenia s generátorom Mo/Tc-99, v ktorom sa až krátko pred lekárskym zákrokom premení na technécium 99m. Tým sa problém s distribúciou rádionuklidu s krátkym polčasom rozpadu vyriešil.

Molybdén 99, rádionuklid využívaný v nukleárnej medicíne. (Zdroj: Rosatom)

Zariadenia starnú

Pretrváva však iný problém – starnutie zariadení na produkciu molybdénu 99. Reaktorov, ktoré sa na tento účel používajú, nie je mnoho, nie sú najmladšie a nevznikajú nové. Drvivú väčšinu svetovej produkcie zaisťuje päť reaktorov a všetky už oslávili svoju päťdesiatku. V Európe je hlavným producentom molybdénu 99 reaktor HFR v Pettene (Holandsko), ktorý zaisťuje približne 30 % jeho svetovej produkcie. Pre prípad výpadku niektorého z tejto pätice reaktorov sú v zálohe ďalšie výskumné reaktory, v minulosti to bol napríklad aj reaktor LVR-15 z Řeže u Prahy. Z dôvodu starnutia reaktorov a ich možnej odstávky sú projekty na nové reaktory produkujúce rádionuklidy nanajvýš aktuálne.

Reaktory AHR v kurze

Z uvedených dôvodov v poslednom období vzrástol záujem o reaktory AHR (z angl. aqueous homogeneous reactors – typ reaktora, v ktorom je jadrové palivo rozpustené vo vode), ktoré sú vhodné na efektívnejšiu a lacnejšiu produkciu molybdénu 99 a ďalších lekárskych rádionuklidov.

Celkovo doteraz vo svete postavili 30 týchto reaktorov, v súčasnosti však zostalo v prevádzke len päť. K hlavným výhodám týchto reaktorov patrí inherentná bezpečnosť, jednoduché riadenie výkonu a možnosť kontinuálne odoberať produkty z cirkulujúceho paliva. Vďaka svojim vlastnostiam predstavujú veľký potenciál pre produkciu lekárskych rádionuklidov a niekoľko spoločností pripravuje svoje komerčné projekty. Jedným z nich je aj reaktor Argus-M, vyvíjaný spoločnosťou Rosatom na základe reaktoru Argus, ktorý je v prevádzke od roku 1981.

Automatický systém ochrany

Reaktor Argus-M má výkon 50 kW a tvorí ho hermetická nádoba, do ktorej sa nalieva palivo v podobe vodného roztoku síranu uranylu (UO2S?4). Nízkoobohatené palivo (stupeň obohatenia nižší ako 20 %) je teda rovnomerne rozmiestnené po celom priestore reaktora a jeho ožarovaním dochádza k rozpadu uránu 235. Okolo nádoby je grafitový reflektor, ktorý odráža unikajúce neutróny späť do aktívnej zóny.

Riadenie reaktora uľahčuje jeho vysoká miera inherentnej bezpečnosti. Ak sa v reaktore zvyšuje reaktivita rozpadu uránu, vzrastie aj teplota a tlak, ktoré – naopak – vedú k poklesu reaktivity. Jedinečnosťou reaktorov AHR je veľký nárast reaktivity, ktorý dokážu bezpečne zvládnuť. V praxi to znamená, že pri mimoriadnej situácii sa reaktor sám odstaví pomocou automatického systému ochrany, teda vďaka inherentnej ochrane vychádzajúcej z princípov jeho prevádzky. To je dôvod, prečo sú reaktory AHR označované za jedny z najbezpečnejších na svete. Zóna havarijného plánovania dosahuje len 50 metrov od reaktora, takže je možné postaviť ho aj v blízkosti ľudských obydlí.

Problémy pri prevoze roztoku vznikajú pre korozívne pôsobenie síranu, takže väčšina reaktorov typu AHR prešla na zlúčeniny uranylu s dusíkom. Reaktor Argus je však unikátny tým, že používa síran a jeho reaktorová nádoba nemá problémy s koróziou. Tajomstvo spočíva v chemickom zložení ocele, z ktorej bola nádoba vyrobená.

Vysoký výkon

Využitie reaktorov AHR na produkciu lekárskych rádionuklidov je potenciálne veľmi výhodné vďaka nízkym investičným nákladom, malému kritickému množstvu, inherentnej bezpečnosti a jednoduchému systému na zaobchádzanie s jadrovým palivom, na jeho spracovanie a na separáciu rádionuklidov, uviedla vo svojej štúdii k tomuto typu reaktorov Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu. Tieto výhody pramenia z toho, že palivo je v kvapalnej podobe a tiež z toho, že palivo a moderátor tvoria homogénnu zmes. Zvládnutie praktických metód nakladania s jadrovým palivom a jednoduchosť reaktora sú v tomto prípade dobrým predpokladom pre ekonomickú produkciu lekárskych rádionuklidov.

V reaktoroch AHR je palivo rovnomerne rozmiestnené a slúži zároveň ako terč pre ožiarenie, takže urán sa môže využiť v maximálnej možnej miere a menej sa ho spáli na odpad. Ak vztiahneme produkciu rádionuklidov na 1 kW jeho výkonu, sú reaktory AHR 100-násobne výkonnejšie než heterogénne reaktory (reaktory, v ktorých je spomaľovanie neutrónov priestorovo oddelené od ich absorpcie). Preto je objem produkcie reaktoru Argus-M porovnateľný s reaktormi, ktoré majú tepelný výkon aj niekoľko MW.

Model reaktora Argus, ktorý je v prevádzke od roku 1981. (Zdroj: Rosatom)

Čistota rádionuklidov

Okrem efektivity využitia paliva je dôležitá aj čistota produkovaných rádionuklidov. Doterajšie analýzy ukázali výnimočnú rádiochemickú čistotu molybdénu 99 vyprodukovaného reaktorom Argus. Naša technológia umožňuje s menšími nákladmi a najbezpečnejšou cestou produkovať nielen molybdén 99, ale perspektívne aj ďalšie lekárske rádionuklidy. Odvtedy, ako sme predstavili projekt Argus-M, prejavilo oň vážny záujem niekoľko krajín, uvádza Denis Čeredničenko, generálny riaditeľ spoločnosti Rusatom Healthcare, ktorá je súčasťou Rosatomu.

Podľa prepočtov vychádzajúcich zo súčasných cien molybdénu 99 je rentabilita rádiochemického centra s reaktorom Argus-M kratšia ako 10 rokov. To umožňuje rozvojovým krajinám vytvoriť národné centrá jadrovej medicíny porovnateľne rýchlo a lacno, a stať sa tak oveľa sebestačnejšími v produkcii lekárskych rádionuklidov. Demonštračný reaktor Argus-M vzniká v ústave VNIIEF (Celoruský výskumný ústav experimentálnej fyziky, súčasť Rosatomu) a jeho sprevádzkovanie je naplánované na rok 2018.

Zdroj: Quark 12/2017

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *