一种利用电子加速器生产钼99的新方法

产生钼-99：在一项破纪录的实验中，HZDR的易北河电子加速器用高亮度电子束照射钼-靶小时。（提供：HZDR/JürgenJeibmann）

一种生产医用放射性同位素的新方法已经通过了它的第一个里程碑，它是将目标暴露在能量密度比太阳核心高几个数量级的电子束中。这一成就为使用电子加速器的替代放射性同位素生产方法铺平了道路，这种方法不需要浓缩铀，产生的核废物很少。

医用放射性同位素

锝-99m（99mTc）是一种亚稳放射性核素，能发出γ辐射，可通过医用γ相机在体内检测到。它每年用于数千万种诊断程序，使其成为世界上最常用的医用放射性同位素。99mTc是由其母体核素钼-99（99Mo）衰变形成的，钼-99来自核反应堆中子辐照铀-靶产生的裂变产物。

目前，全球五座核研究反应堆的高浓缩铀生产了大部分99Mo。在至少三个反应堆中，从低浓缩铀中生产的铀数量较少。但这种对核反应堆的依赖本身就产生了问题，因为一些反应堆正在老化，无法满足需求。

加快生产

SMART项目正在开发一个不需要使用核反应堆的替代概念。SMART项目是由比利时无线电元件研究所（IRE）牵头的国际合作项目，也包括荷兰公司Demcon和ASML。其想法是用强流加速电子束辐照非放射性钼-（Mo）来产生99Mo。这种方法不需要浓缩铀，也几乎不会产生任何长寿命的放射性废物。

ASML最初研究用于自由电子激光器的加速电子束，以产生用于光刻应用的极紫外光。随后，该公司意识到，与目前的电子加速器相比，其技术可以扩展，以满足大规模放射性同位素生产所需的规格。SMART项目旨在将这一想法转化为商业生产设施。

由于智能电子加速器仍在开发中，研究人员需要通过几个关键的设计里程碑。其中之一是证明他们的Mo靶可以承受长时间暴露在极端强度的辐射下。使用位于赫尔姆霍尔茨-天顶-德累斯顿-罗森多夫（HZDR）的易北河超导电子加速器，以1:0的比例进行了试验，与99Mo生产的预期尺寸进行了比较。

在这些试验中，研究小组将一个毫米大小的钼靶连续小时暴露在一束聚焦度为30千瓦的电子束中，这是生产同位素所需的时间。这种极端暴露的最大障碍是，如果不适当冷却，目标会在几毫秒内蒸发。

温度在到°C之间时，不能用水冷却。此外，气体不能足够快地排出热量。相反，研究人员转向液态金属。液态金属的优点是其高比热容和导电性，这使得它们在散热方面非常有效。

该团队选择液态钠作为冷却剂，因为它已经在其他核应用中使用——尽管它也带来了自己的挑战。钠与空气和水发生剧烈反应，并能溶解其他金属。它在室温下也是固体，如果系统中的一些关键部件发生故障，它将冷却并堵塞管道，危及整个过程。然而，试运行证明液态钠是这项任务的有效冷却剂。目标在连续五天的极端辐射中幸存了下来。

Demcon的首席工程师巴斯·维特（BasVet）表示，这些挑战将多个学科结合在一起：“液态钠不仅在使用上极具挑战性，而且在地球上最极端的条件下也会被使用。沉积在靶中的功率密度比在太阳核心中产生的功率密度高9个数量级。辐射环境与核电站反应堆容器壁在10年内接收到的辐射环境相当——但只需5天。”

尽管测试是在缩小目标尺寸的情况下进行的，但实验达到了预期的功率密度。进一步的步骤将涉及扩大到最终的工业比例。SMART项目定义了最终工厂的设计，包括目标、环境和冷却的细节，以及处理辐照目标的系统。

该国际财团希望，到年，将有一家医院生产放射性同位素。

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