Как исследовательские реакторы делают возможным проведение процедур медицинской визуализации

Более 80% всех процедур медицинской визуализации, назначаемых для диагностики таких заболеваний, как рак, невозможно было бы осуществить без специальных фармацевтических препаратов, в большинстве случаев производимых при помощи исследовательских реакторов. Эти радиофармацевтические препараты содержат радиоизотоп технеций-99m (^99mTc), получаемый из радиоизотопа молибдена-99 (⁹⁹Mo), который нарабатывается главным образом в исследовательских реакторах.

«Хотя существуют и другие методы получения ⁹⁹Mo или даже ^99mTc, наиболее экономичный и подходящий для этих целей вариант — использование исследовательских реакторов, особенно в случае коммерческого, крупномасштабного производства, — говорит Жуан Оссу, руководитель Секции радиоизотопных продуктов и радиационной технологии МАГАТЭ. — Это объясняется тем, что на них можно производить ⁹⁹Mo в больших количествах и с нужным характеристиками — это облегчает выделение ^99mTc с помощью генератора в условиях больницы, где можно таким образом поддерживать запас радиофармпрепаратов, чтобы на систематической и надежной основе обслуживать больше пациентов».

Из реактора к пациентам

Исследовательские реакторы представляют собой установки, которые используются преимущественно в качестве источника нейтронов для других применений, нежели чем генерации электроэнергии. Эти нейтроны могут использоваться в разных целях, например, для получения ⁹⁹Mo путем облучения мишеней с ураном-235.

Будучи радиоизотопом, ⁹⁹Mo представляет собой нестабильный атом, который подвержен распаду. Распад половины любого полученного количества ⁹⁹Mo занимает 66 часов — это так называемый период полураспада. Продуктом радиоактивного распада ⁹⁹Mo, также называемым «дочерним продуктом», является ^99mTc.

Для получения ^99mTc облученные мишени с ураном-235 поступают на линию радиохимической переработки, расположенную обычно поблизости от исследовательского реактора, где происходит отделение ⁹⁹Mo от других осколков деления и его очистка. Очищенный ⁹⁹Mo затем транспортируется на производственный объект, где расположены генераторы ⁹⁹Mo /^99mTc — устройства, используемые для безопасного удержания, перевозки и химического выделения ^99mTc из ⁹⁹Mo непосредственно на местах в условиях больницы или другого медицинского учреждения.

Внутри типичного генератора происходит обработка сорбента в виде оксида алюминия, на который был предварительно нанесен ⁹⁹Mo, щелочным раствором. Изотоп ⁹⁹Mo остается в оксиде, а ^99mTc элюируется (захватывается) раствором. В результате образуется содержащий ^99mTc раствор, который затем используется для приготовления различных радиофармпрепаратов, пригодных для непосредственного введения в организм пациента. В процессе распада находящегося внутри организма ^99mTc образуется слабое излучение, которое детектируется специальной камерой, подводимой снаружи к телу пациента для получения медицинских снимков в целях диагностики тех или иных заболеваний.

Постоянное производство радиоизотопов, имеющих малый период полураспада

Учитывая, что ^99mTc имеет период полураспада в шесть часов, после его выделения его следует использовать быстро, иначе он потеряет свою эффективность. Так как время жизни ⁹⁹Mo короткое, а ^99mTc — еще короче, для удовлетворения мирового спроса на эти радиоизотопы необходимо их постоянное производство.

Одним из крупнейших в мире источников ⁹⁹Mo и других радиоизотопов является южно-африканская установка фундаментальных ядерных исследований (SAFARI-1), которая входит в состав Южно-африканской ядерно-энергетической корпорации («Некса») и представляет собой ведущий на африканском континенте исследовательский реактор для производства изотопов медицинского назначения. В рамках сотрудничества с поставщиком радиоизотопов — компанией «NTP Radioisotopes SOC Ltd», которая является дочерней структурой «Нексы»— реактор SAFARI-1 превратился в один из 5 крупнейших в мире источников ⁹⁹Mo и является частью цепочки поставок медицинских радиоизотопов для более 50 стран мира. Сейчас производительность этого реактора покрывает примерно 20% мирового спроса на ⁹⁹Mo, а ^99mTc, выделяемый в генераторах из произведенного на SAFARI-1 ⁹⁹Mo, используется в более чем 40 больницах и других медицинских центрах по всей Африке.

«Быть глобальным игроком на радиохимическом и радиофармацевтическом рынке — значит предпринимать тщательно сформулированные и контролируемые шаги по внедрению систем управления, программ технического обслуживания, заниматься подготовкой персонала и стратегическим планированием», — говорит Кос дю Брейн, старший руководитель проекта SAFARI-1. Это также способствует второстепенным направлениям использования реактора в исследовательских, образовательных и промышленных целях.

При поддержке МАГАТЭ реактор SAFARI-1 с самого начала его эксплуатации в 1965 году является объектом непрерывного развития и усовершенствования, в частности в 2009 году была осуществлена его конверсия с высокообогащенного уранового топлива на низкообогащенное (подробнее о таком типе конверсии), а в 2017 году — переход с мишеней из высокообогащенного урана на мишени из низкообогащенного урана. Эти меры помогли обеспечить более эффективный профиль использования реактора и успешно перевести его на решение задач, имеющих в большей степени коммерческую направленность.

«В 90-х мы поменяли наш подход к эксплуатации и стали уделять больше внимания вопросам технического обслуживания и менеджмента, в том числе вопросу создания команды профильных специалистов, имеющих высокую квалификацию в соответствующих областях. Это позволило нам пройти путь от редко используемой вначале до чрезвычайно высоконагруженной и более экологически безопасной реакторной установки», — говорит г-н дю Брейн. За девятилетний период с 1995 года по 2004 год реактор использовался больше, чем за предыдущие три десятилетия вместе взятые. Затем такой же показатель был достигнут всего лишь спустя семь лет. По состоянию на 2019 год загруженность SAFARI-1 по сравнению с 1995 годом возросла практически в четыре раза.

В последние 15 лет реактор SAFARI-1 круглосуточно эксплуатируется практически в непрерывном режиме примерно 300 дней в году и, как ожидается, будет продолжать вырабатывать ⁹⁹Mo как минимум до 2030 года. Тем не менее, учитывая его неизбежное старение, рассматривается возможность его замены новым многоцелевым исследовательским реактором (МИР) мощностью 15–30 МВт (тепл.). Этот процесс займет до десяти лет, с момента начала технико-экономических изысканий до завершения проекта.

«Если будет принято решение о сооружении нового МИРа, его оборудование будет подбираться таким образом, чтобы обеспечить гибкость эксплуатации на протяжении последующих 60 или более лет; таким образом, мы сможем адаптироваться к возможным переменам, например, к колебаниям на рынках медицинских изотопов и другим требованиям к научным исследованиям, а также обеспечить Южную Африку и весь регион важнейшей установкой для испытания ядерного топлива и материалов», — говорит г-н дю Брейн.