Ny separationsproces for nøgleradiodiagnostisk middel reducerer radioaktivt affald

Nuklearmedicin bruger blandt andet technetium-99m til tumordiagnostik. Med over 30 millioner applikationer på verdensplan hvert år er det den mest udbredte radioisotop. Precursormaterialet, molybdæn-99, produceres hovedsageligt i forskningsreaktorer. En undersøgelse ved Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II) ved det tekniske universitet i München (TUM) viser nu muligheder for betydeligt at reducere det radioaktive affald, der produceres under forarbejdning til et medicinsk produkt.

Over 85 procent af alle nuklearmedicinske diagnostiske undersøgelser bruger technetium-99m (Tc-99m). Alene i Tyskland udsendes mere end 3 millioner doser hvert år. Koblet til egnede organiske molekyler fordeles technetium i hele kroppen via blodet og ophobes i f.eks. tumorer. Når den henfalder der, afslører den frigivne stråling den præcise placering af tumoren.

Technetium-99m fremstilles ved at bestråle uranplader, såkaldte mål, med en høj neutronflux, der praktisk talt kun er tilgængelig på forskningsreaktorer. Startende fra uran-235 producerer dette molybdæn-99 (Mo-99), som henfalder til Tc-99m med en halveringstid på 66 timer. Med en halveringstid på seks timer omdannes sidstnævnte til Tc-99, der udsender gammastråling, der kan måles.

Mere affald fra lavberiget uran

Det politiske fremstød for at erstatte højtberiget uran med lavberiget uran gælder også for mål, der anvendes på det medicinske område. Dette er grunden til, at Mo-99-bestrålingsanlægget, der i øjeblikket er under opførelse ved FRM II, er designet til mål med lavt beriget uran.

"Dette giver dog anledning til et alvorligt problem:Jo mindre uranpladerne er beriget med uran-235, jo lavere er det specifikke udbytte af Mo-99 under bestråling," siger Dr. Tobias Chemnitz, instrumentforsker ved MEDAPP medicinske bestrålingsfacilitet. hos FRM II.

For at imødekomme den verdensomspændende efterspørgsel på Tc-99m skal mindst dobbelt så mange uranplader bestråles og behandles, afhængigt af den anvendte teknologi. Dette giver tilsvarende større mængder affald. Chemnitz behandlede dette problem i sin doktorafhandling ved det tekniske universitet i München.

Ny proces undgår op til 15.000 liter flydende radioaktivt affald

De endelige bestrålede plader omfatter kun ca. 0,1 procent Mo-99. For at sikre en renhed, der er tilstrækkelig til medicinske anvendelser, skal Mo-99 omhyggeligt adskilles fra det resterende materiale.

I øjeblikket er der to standardprocesser i brug, baseret på henholdsvis en sur og en alkalisk proces. I den alkaliske variant behandles hele målet indledningsvis med kaustisk soda. I processen opløses Mo-99 fortrinsvis, mens uranet er uopløseligt i denne opløsning og forbliver som et fast stof. De resterende fissionsprodukter separeres derefter fra den vandige opløsning i en omfattende kemisk separationsproces.

Da højtberigede mål blev erstattet af lavberigede mål, fordobler det samme molybdænudbytte det resulterende vandige, mellemaktive radioaktive affald til et årligt volumen på op til 15.000 liter på verdensplan - som desuden skal cementeres for at være egnet til endelig bortskaffelse , så der i sidste ende produceres radioaktivt affald med en volumen på 375.000 liter hvert år.

Løsningen:Slip af med vandet

For at afhjælpe dette problem udviklede Chemnitz og hans kollega Riane Stene en ny metode til at udvinde Mo-99 uden brug af vandig kemi.

I samarbejde med fluorkemigruppen ved Philipps Universitet i Marburg udviklede forskerne et system, hvor uran-molybdæn-testpladerne reagerer med nitrogentrifluorid i et plasma. Disse plader havde det samme indhold af molybdæn, som senere ville være til stede i faktiske bestrålede mål.

Til sidst adskilte de det overskydende uran fra molybdænet via en lysstyret reaktion. Adskillelsen af ​​de to elementer på denne måde er lige så effektiv som natriumhydroxidbehandlingen udført i det første trin af den konventionelle oparbejdningsprocedure – med den bemærkelsesværdige undtagelse, at den ikke producerer noget vandigt affald.

Kun seks store forskningsreaktorer producerer molybdæn-99

"I øjeblikket producerer seks store bestrålingsanlæg på verdensplan Mo-99. Af disse forskningsreaktorer er fire over 40 år gamle, hvilket fører til uforudsete reparationer og tilhørende nedlukninger - som det allerede er sket i den seneste tid. Derfor er vi stolte over, at FRM II vil sammen med den franske Jules-Horowitz-reaktor være i stand til at sikre den europæiske efterspørgsel efter Mo-99 i fremtiden," siger Tobias Chemnitz.

TUM har indsendt en patentansøgning for processen. Uanset om der stadig er behov for yderligere udviklingsarbejde, er Chemnitz overbevist om, at denne nye tilgang vil udgøre et levedygtigt alternativ til etablerede processer på mellemlang sigt.

Forskningen er offentliggjort i Journal of Fluorine Chemistry . + Udforsk yderligere

Partnerskabet planlægger at producere Mo-99 for at dække den globale efterspørgsel efter medicinske applikationer