Nucleaire geneeskunde gebruikt technetium-99m onder meer voor tumordiagnostiek. Met meer dan 30 miljoen toepassingen wereldwijd per jaar is het de meest gebruikte radio-isotoop. Het voorlopermateriaal, molybdeen-99, wordt voornamelijk geproduceerd in onderzoeksreactoren. Een studie aan de Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II) aan de Technische Universiteit van München (TUM) toont nu mogelijkheden om het radioactief afval dat vrijkomt bij de verwerking tot een medisch product aanzienlijk te verminderen.

Meer dan 85 procent van alle diagnostische onderzoeken in de nucleaire geneeskunde maakt gebruik van technetium-99m (Tc-99m). Alleen al in Duitsland worden jaarlijks meer dan 3 miljoen doses ingezet. Gekoppeld aan geschikte organische moleculen wordt technetium via het bloed door het lichaam verspreid en hoopt het zich op in bijvoorbeeld tumoren. Wanneer het daar vergaat, onthult de vrijgekomen straling de precieze locatie van de tumor.

Technetium-99m wordt geproduceerd door uraniumplaten, zogenaamde targets, te bestralen met een hoge neutronenflux die vrijwel alleen bij onderzoeksreactoren aanwezig is. Aanvankelijk ontstaat hier uit uranium-235 molybdeen-99 (Mo-99), dat vervalt tot Tc-99m met een halfwaardetijd van 66 uur. Met een halfwaardetijd van zes uur wordt de laatste omgezet in Tc-99, waardoor gammastraling wordt uitgezonden die kan worden gemeten.

Meer afval uit laagverrijkt uranium

De politieke druk om hoogverrijkt uranium te vervangen door laagverrijkt uranium geldt ook voor doelen die in de medische wereld worden gebruikt. Daarom is de Mo-99-bestralingsinstallatie die momenteel in aanbouw is bij FRM II, ontworpen voor doelen met laagverrijkt uranium.

"Dit levert echter een ernstig probleem op:hoe minder de uraniumplaten zijn verrijkt met uranium-235, hoe lager de specifieke opbrengst van Mo-99 tijdens bestraling", zegt Dr. Tobias Chemnitz, instrumentwetenschapper bij de medische bestralingsfaciliteit van MEDAPP. bij FRM II.

Om aan de wereldwijde vraag naar Tc-99m te voldoen, moeten, afhankelijk van de gebruikte technologie, minstens twee keer zoveel uraniumplaten worden bestraald en verwerkt. Dit levert navenant grotere hoeveelheden afval op. Chemnitz behandelde dit probleem in zijn proefschrift aan de Technische Universiteit van München.

Nieuw proces vermijdt tot 15.000 liter vloeibaar radioactief afval

De uiteindelijk bestraalde platen bevatten slechts ongeveer 0,1 procent Mo-99. Om een ​​zuiverheid te garanderen die voldoende is voor medische toepassingen, moet de Mo-99 zorgvuldig worden gescheiden van het resterende materiaal.

Momenteel zijn er twee standaardprocessen in gebruik, respectievelijk gebaseerd op een zuur en een alkalisch proces. In de alkalische variant wordt het gehele doelwit in eerste instantie behandeld met natronloog. Daarbij wordt Mo-99 bij voorkeur opgelost, terwijl het uranium in deze oplossing onoplosbaar is en als vaste stof achterblijft. De resterende splijtingsproducten worden vervolgens gescheiden van de waterige oplossing in een uitgebreid chemisch scheidingsproces.

Aangezien hoogverrijkte doelen werden vervangen door laagverrijkte doelen, verdubbelt dezelfde molybdeenopbrengst het resulterende waterige, middelradioactieve afval tot een jaarlijks volume van maximaal 15.000 liter wereldwijd - dat bovendien moet worden gecementeerd om geschikt te zijn voor definitieve berging , zodat er uiteindelijk jaarlijks radioactief afval met een volume van 375.000 liter ontstaat.

De oplossing:van het water af

Om dit probleem te verlichten, ontwikkelden Chemnitz en zijn collega Riane Stene een nieuwe methode om Mo-99 te extraheren zonder gebruik te maken van waterige chemie.

In samenwerking met de fluorchemiegroep van de Philipps Universiteit van Marburg ontwikkelden de onderzoekers een systeem waarbij de uranium-molybdeen-testplaten reageren met stikstoftrifluoride in een plasma. Deze platen hadden hetzelfde molybdeengehalte als later aanwezig zou zijn in werkelijk bestraalde doelen.

Ten slotte scheidden ze via een lichtgestuurde reactie het overtollige uranium van het molybdeen. De scheiding van de twee elementen op deze manier is net zo efficiënt als de natriumhydroxidebehandeling die wordt uitgevoerd in de eerste stap van de conventionele opwerkingsprocedure - met de opmerkelijke uitzondering dat er geen waterig afval ontstaat.

Slechts zes grote onderzoeksreactoren produceren molybdeen-99

"Momenteel produceren zes grote bestralingsinstallaties wereldwijd Mo-99. Van deze onderzoeksreactoren zijn er vier meer dan 40 jaar oud, wat leidt tot onvoorziene reparaties en bijbehorende stilstanden - zoals in het recente verleden al is gebeurd. Daarom zijn we er trots op dat de FRM II zal samen met de Franse Jules-Horowitz-reactor in de toekomst in staat zijn om de Europese vraag naar Mo-99 veilig te stellen", zegt Tobias Chemnitz.

TUM heeft een octrooiaanvraag ingediend voor het proces. Ondanks dat er nog meer ontwikkelingswerk nodig is, heeft Chemnitz er vertrouwen in dat deze nieuwe benadering op middellange termijn een levensvatbaar alternatief zal bieden voor gevestigde processen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Journal of Fluorine Chemistry . + Verder verkennen

Partnerschap is van plan om Mo-99 te produceren om aan de wereldwijde vraag naar medische toepassingen te voldoen