A lövedék-fúziós reaktor előállíthatná az égetően szükséges orvosi izotópokat – Physics World

A magfúzió erejének hasznosítása villamos energia előállítására a fizikus közösség régóta törekszik. Az egyik vállalat, amely e cél érdekében dolgozik, az Egyesült Királyságban található Első Light Fusion, amely a lövedékfúziónak nevezett technikát alkalmazza egy egyszerű, olcsó inerciális fúziós erőmű létrehozására.

Miután tavaly megerősítette, hogy technológiája képes megvalósítani a fúziót, a First Light most egy nettó energianyereség demonstrátort fejleszt, Gép 4. És miközben a spanyol mérnöki céggel dolgozott azt IDO a reaktor tervezésének optimalizálása érdekében a csapat rájött, hogy a lövedékfúziót különféle keresett orvosi izotópok előállítására is fel lehet használni.

Az inerciális elzárású fúzió, amely a fejlesztés alatt álló két fő fúziós technológia egyike, egy hidrogénizotóp-keveréket tartalmazó kis tüzelőanyag-tárgy összenyomásával működik. Elég magas hőmérsékleten és nyomáson magfúziós reakciók mennek végbe a deutérium és a trícium között a célpontban.

A legelterjedtebb inerciális fúziós technika – és az a megközelítés, amellyel a National Ignition Facility először mutatta be a fúzióból származó energianyereséget tavaly decemberben – nagy teljesítményű lézereket használ a fúzió kiváltására. A First Light egy másik megközelítést fejleszt ki, amelyben egy nagy sebességű (és alacsony költségű) lövedéket lőnek ki a célpontra. A célponton belüli erősítő fókuszálja a lövedék energiáját, és a keletkező lökéshullámok annyira összenyomják az üzemanyagot, hogy az eléggé felforrósodik és elég sűrű lesz ahhoz, hogy egyesüljön és energiaimpulzust szabadítson fel.

A fúzió során felszabaduló energia nagy része nagyenergiájú neutronok formájában van. Ezt az energiát a reaktor belső falát bélelő folyékony lítiumtakaró nyeli el, és a hő kinyerhető elektromos áram előállítására. A neutronokat trícium előállítására is használják, a folyékony lítium takaróval reagálva.

„Míg a reaktor fő fókusza eredetileg a fúziós áram előállítása volt, a First Light reaktor tríciumot is termel, hogy önellátó trícium-üzemanyagból” Nick Hawker, a First Light társalapítója és vezérigazgatója. „Tríciumot a legtöbb más fúziós reaktor használ, és hiány van belőle, ezért elkezdtük variálni a tervezést, hogy megnézzük, lehetséges-e a trícium túltermelése. E vizsgálatok során Hawker kifejti: „arra is rájöttünk, hogy ezek a neutronok hasznosak lehetnek az izotóptermelésben”.

Igény szerinti izotópok

A radioizotópokat széles körben alkalmazzák az orvostudományban számos diagnosztikai és terápiás alkalmazásban. A legelterjedtebb a technécium-99m (Tc-99m), a molibdén-99 (Mo-99) bomlásterméke. A Tc-99m-et évente több tízmillió nukleáris medicina eljárásban alkalmazzák, beleértve a szívizom perfúziós képalkotását a szívbetegségek diagnosztizálására, valamint a rák kimutatására és stádiumba vételére szolgáló szkenneléseket.

Jelenleg a Mo-99-et jellemzően hasadás alapú termeléssel készítik néhány elöregedő atomreaktorban, és néhány napos felezési ideje miatt nem tárolható. Ezért egyre nagyobb az igény a Mo-99 és más orvosi izotópok előállításának új módjaira. Az egyik megközelítés a stabil elemek atommagjainak bombázása nagyenergiájú neutronokkal – például a First Light reaktora által előállítottakkal –, aminek következtében ezek a szükséges radioizotópokká alakulnak át.

„A fúzió során keletkező neutronok nagy energiájúak, és a fluxus is nagyon nagy. Ez azt jelenti, hogy az izotóptermelésnek nagyon széles lehetősége van a fúzióval mint neutronforrással” – magyarázza Hawker. "Elméletileg különféle izotópok széles skáláját hozhatjuk létre, beleértve a Mo-99-et is." A csapat a rák kezelésére használt izotópokat is tanulmányozta, köztük a réz-67-et, a szamárium-153-at, a lutécium-177-et és az ittrium-90-et.

A neutronok által kiváltott reakciók energiafüggőek, egyes transzmutációk nagy energiájú neutronokat tesznek szükségessé. Mivel a First Light reaktora nagyenergiájú, 14 MeV-os neutronokat fog termelni, a vállalat számára előnyös lehet olyan izotópok létrehozása, amelyeknek van küszöbértéke a reakcióenergiának a termeléshez. „Bár a legtöbb izotóp előállítható nagy energiájú neutronbombázással, meg kell találnunk, hol vagyunk versenyképesek a költségek szempontjából, vagy hol van egyedi előnyünk” – mondja Hawker. Fizika Világa.

Hawker megjegyzi, hogy a First Light eredetileg figyelmen kívül hagyta az izotópgyártás ötletét, mivel a reaktor folyadéktakarója megnehezíti a minta elhelyezését az első falon, ahol a legnagyobb a neutronfluxus. A csapat azonban most kidolgozott egy módot a neutronpályák szabályozására a takarón keresztül, lehetővé téve a neutronok behatolását, és azokra a meghatározott területekre összpontosítva, ahol az izotópgyártás komponenseit el lehet helyezni.

Fontos, hogy ez a reaktor villamosenergia-termelési képességének veszélyeztetése nélkül is elérhető. „Lehet egy vastag takaró a jó trícium- és elektromos termeléshez, de a neutronokat is kiengedhetjük egy fókuszált tartományba (amely mozoghat) az izotóptermelés érdekében” – magyarázza Hawker. „Ez azt jelenti, hogy csekély kompromisszumok mellett meg tudjuk oldani mindhárom lehetőséget.”

A First Light továbbra is szorosan együttműködik az IDOM-mal a reaktorkamrájának tervezésében és a Machine 4 fejlesztésében, amely az Egyesült Királyság Atomenergia Hatóságának oxfordshire-i Culham Campusának egy erre a célra épített létesítményében lesz elhelyezve. Az építkezés várhatóan jövőre kezdődik, és a műveletek várhatóan 2027-ben kezdődnek meg. „Miután a rendszer nagy hozamú lövéseket hajt végre, ez lehetőséget adhat számunkra az izotópgyártás tesztelésére az elv bizonyításaként” – mondja Hawker.

Bevált megközelítés

A First Light nem az egyetlen vállalat, amely a fúziót használja fel orvosi izotópok létrehozására. SHINE Technologies Az Egyesült Államok fúziós technológiáját használja a lutécium-177 (Lu-177) terápiás izotóp előállítására. A SHINE először 177-ban értékesítette a Lu-2020-et, és nemrégiben nyitotta meg a legnagyobb Lu-177-es gyártóüzem Észak-Amerikában, a WI-ben található Janesville-i központban. A cég jelenleg is épít egy fúziós vezérlésű orvosi izotópgyártó létesítményt, a Chrysalis-t a Mo-99 gyártására.

A lövedékfúzió új utat kínál a tiszta energiához, a kvantumkommunikációhoz az idegen civilizációk számára

Az orvosi izotópgyártás az Fázis 2 a SHINE négyfázisú ütemtervéből a fúziós energia előállítására. „A radiofarmakon terápiákban elért fejlődés nagyszerű eredményeket mutatott azon betegek életének meghosszabbításában, akik egyébként kikerültek a lehetőségekből” – mondja a SHINE alapítója és vezérigazgatója. Greg Piefer. „Izgatottan várjuk, hogy fontos szerepet játszhassunk abban, hogy ezek az úttörő terápiák gyorsabban eljussanak a betegekhez, és évente sok tízezer ember életét menthetik meg vagy hosszabbíthatják meg.”

„Úgy gondoljuk, hogy a fúzióban megvan a lehetőség izotópok előállítására a rák diagnosztizálására és kezelésére” – mondja Piefer Fizika Világa. „Az elképzelés úttörőinek tekintjük magunkat, és nagyszerű látni, hogy más cégek is érdeklődnek olyan megoldások kifejlesztésében, amelyek csökkentik a reaktoroktól való piaci függőséget is.”

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• ChartPrime. Emelje fel kereskedési játékát a ChartPrime segítségével. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/projectile-fusion-reactor-could-generate-much-needed-medical-isotopes/