по медицинским радиоизотопам рассказывается … Читать далее →

TerraPower — актиний из отходов

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 29.08.2020

Компания «TerraPower» напомнила на этой неделе о себе, заявив о старте проекта «Natrium». Кроме реакторных проектов, у компании Билли Гейтса есть и другие направления работ.

О проекте «TerraPower» по медицинским радиоизотопам рассказывается в статье «Mining Medical Isotopes from Nuclear Waste», опубликованной в июне 2020 года в «ACS Central Science». Автор статьи — Wudan Yan. Мы публикуем краткое изложение статьи.

Актиний-225 и его возможности

Малые (граммовые) образцы торий-содержащих отходов, принадлежаших министерству энергетики США и хранившихся на плошадке компании «Isotek», были переданы «TerraPower» для проекта, в рамках которого предполагается разработать технологии извлечения из таких отходов радиоизотопа актиний-225.

В статье говорится, что в «TerraPower» считают — если такая технология будет разработана, то она позволит «добывать» из радиоактивных отходов от 200 тысяч до 600 тысяч доз ²²⁵Ac в год, что на два порядка больше нынешнего общемирового производства актиния-225.

Изотоп ²²⁵Ac является альфа-эмиттером. Период полураспада — 9,9 суток, энергия альфа-частиц — примерно 5,8 МэВ.

При лечении онкологии актиний-225 применяется давно. Его дочерние альфа-частицы несут достаточно большую энергию, а их пробег в человеческом органе мал, что позволяет медикам организовывать прицельное облучение поражённых тканей.

«В 1993 году учёные обнаружили, что актиний-225 может быть связан с антителами или другими биомолекулами, нацеленными на рак и переносящими изотоп к клеткам-мишеням, доставляя излучение именно туда, где оно необходимо», — объясняется в статье.

Подробнее — см., например, DOI 10.2967/jnumed.114.138347.

«Актиний — идеальный кандидат для присоединения к лекарствам, потому что он заряженный металл… что позволяет ему плотно хелатировать антитело».

Важное преимущество актиния-225 перед другими медицинскими изотопами со схожими функциями — его относительно долгий период полураспада (почти 10 дней). Для сравнения, у висмута-213 период 45 минут, а у астата-211 — 8 часов.

Таким образом, работая с актинием-225, атомщики и медики располагают бо́льшим временем для того, чтобы выделить изотоп, изготовить из него радиофармпрепарат и доставить его к пациенту.

На данный момент, в США нет ни одного радиофармпрепарата на базе актиния-225, получившего одобрение от FDA, управления по саннадзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Ведутся доклинические испытания по лечению рака груди и глиобастомы, а также клинические испытания по лечению миелоидного лейкоза и рака простаты.

Но когда (и если) FDA утвердит первый препарат с актинием, то медики США столкнутся с проблемой нехватки данного радиоизотопа. Сегодня в США актиний-225 производят три нацлаборатории — Окридж, Брукхейвен и Лос-Аламос, но объёмы производства малы.

Ториевая корова

В 2014 году вице-президент «TerraPower» по инновациям Джефф Латковски и радиохимик компании Кен Червински предложили вернуться к идее родом из начала нулевых, а именно, о получении актиния-225 из ядерных отходов. В прошлом идея до реализации не дошла из-за отсутствия необходимой инфраструктуры.

В ноябре 2019 года «TerraPower», «Isotek Systems» и министерство энергетики США подписали соглашение о партнёрстве с целью создать инфраструктуру для получения актиния-225.

Схема сотрудничества выглядит следующим образом. Компания «Isotek» (входит сейчас в состав «SNC-Lavalin») на протяжении последнего десятилетия нанимается министерством энергетики для работ по удалению запасов урана-233, оставшегося от закрытых военных программ.

За организацию хранения удаляемого урана-233 отвечает «Isotek». Так как программа идёт давно, то в хранимых запасах накопилось определённое количество тория-229, который образуется в результате распада урана-233. В свою очередь, торий-229 распадается с образованием актиния-225.

Хранится уран-233 в виде нитрата уранила, который образуется в результате растворения исходного урана в азотной кислоте. Компания «Isotek» прогоняет раствор нитрата уранила через ионообменный фильтр, что позволяет отделить торий. Далее торий извлекается из ионообменной колонны, сушится и поставляется в «TerraPower».

Задача «TerraPower» — выделить из получаемого тория-229 радиоизотоп актиний-225. Делать это компания собирается методом под названием «доение ториевой коровы» (milking the thorium cow). Метод был разработан в начале 90-ых годов в Окридже и до сих пор применяется в американских нацлабораториях.

В данном методе ториевый раствор проходит через колонну в которой организован отбор тория, в то время как «молоко» — актиний-225 и другие присутствующие в растворе изотопы — сливается дальше. Для отбора ²²⁵Ac из «молока» предусмотрен дополнительный ионобменный этап процедуры.

Возможности Окриджа по получению актиния-225, как уже сказано, ограничены. Поэтому компания «TerraPower» планирует масштабировать технологию «доения» с целью вывести её на высокий уровень производительности.

Колонна в ORNL для получения актиния-225
методом доения ториевой коровы

Процесс образования актиния-225 из урана-233 путём радиоактивных распадов стабильный, надёжный, но чрезвычайно медленный. Период полураспада урана-233 составляет 160 тысяч лет, а тория-229 — около 8 тысяч лет. За год из килограмма урана-233 получается 5 миллиграмм тория-229, а актиния-225, соответственно, ещё меньше.

По соглашению с «Isotek», компания «TerraPower» будет получать весь торий-229 из того объёма урана-233, который «Isotek» должна забирать на хранение. В количественном выражении, это 45 грамм тория-229 в год. На первый взгляд, это немного. На самом деле, из такого количества тория-229 можно получать в 50-100 раз больше актиния-225, чем сегодня производят нацлаборатории.

История и перспективы

Если обратиться к истории, то в 2008 году в США нехватка актиния-225 повлияла на ход клинических испытаний по лечению острого миелоидного лейкоза. В тот же период времени министерство энергетики рассматривало возможность захоронения накопленных запасов урана-233.

Специалисты предупредили чиновников — если будет выбран такой путь утилизации урана-233, то о дальнейших клинических испытаниях РФП на основе актиния-225 придётся забыть.

Приводились такие цифры. Если ничего не предпринимать, то из каждых 5,5 тысяч онкологических больных, для лечения которых подходит ²²⁵Ac, реальную помощь от РФП с актинием получит только один человек.

Нужно признать, что в министерстве к предупреждению отнеслись серьёзно и инициировали ряд программ по наработке актиния.

В Лос-Аламосе и Брукхейвене актиний-225 получают на ускорителях. Мишени из тория-232 обстреливаются пучком протонов, в результате чего образуется ²²⁵Ac, а также ряд других изотопов. Далее в дело вступает радиохимия, и с её помощью выделяется чистый актиний.

Ускорительный метод хорош тем, что с его помощью актиний-225 можно получать по требованию, не дожидаясь результатов распада тория-229. Но производительность его в нацлабораториях невысока.

А как обстоят дела у «TerraPower»? Компания получила разрешение на хранение тория-229 на своём объекте в Эверетте. Сейчас она разрабатывает всё необходимое оборудование и методики и уже осенью 2020 года планирует приступить к выделению актиния-225 из поступившего в Эверетт тория.

Ключевые слова: Радиоизотопы, США, Ядерная медицина, TerraPower, Статьи

Другие новости:

На Ленинградской АЭС внедрена технология дожигания топлива с остановленных энергоблоков

Позволит сэкономить около 1000 свежих ТВС.

Китай отказался от сотрудничества с «TerraPower»

Два СП закрыты.

Глава Росатома Лихачёв за 2019 год задекларировал 74,5 млн рублей дохода

Это следует из материалов, опубликованных на сайте госкорпорации.