Новый метод извлечения молибдена-99 (Мо-99) из мишеней из низкообогащенного урана, разработанный исследователями Мюнхенского технического университета (TUM), может значительно сократить количество радиоактивных отходов, образующихся при производстве этого изотопа. Мо-99 является предшественником медицинского радиоизотопа технеция-99м (Тс-99м), используемого в более чем 85% всех диагностических исследований в области ядерной медицины.
Tc-99m имеет короткий период полураспада и производится в результате радиоактивного распада Mo-99 в так называемых технециевых генераторах, которые поставляются в больницы, где должен использоваться этот радиоизотоп. Большая часть Mo-99 в мире, период полураспада которого составляет всего 66 часов, производится путем облучения урановых мишеней потоком нейтронов высокого уровня в исследовательских реакторах.
Высокообогащенный уран (ВОУ), традиционно используемый для топлива в этих исследовательских реакторах и применяемый для облучения мишеней для производства Мо-99, рассматривается как имеющий определенный риск распространения. Во всем мире предпринимаются усилия по минимизации использования ВОУ, соответственно, исследовательские реакторы переводятся на использование топлива из низкообогащенного урана (НОУ), а в качестве мишеней используются материалы из НОУ.
“Однако, чем ниже обогащение урановой мишени, тем ниже удельный выход Мо-99 при облучении”, — отмечает Тобиас Хемниц из отдела медицинских радиоизотопов MEDAPP Мюнхенского технического университета.
Это означает, что для удовлетворения мирового спроса на Мо-99 необходимо использовать как минимум в два раза больше мишеней из низкообогащенного урана, при этом соответственно увеличивается объем радиоактивных отходов, образующихся при их переработке для извлечения изотопа.
Стандартные методы, используемые для извлечения Мо-99 из облученных мишеней, включают обработку кислотой или щелочью — обычно гидроксидом натрия — и приводят к образованию больших объемов среднеактивных жидких отходов. С момента замены мишеней из ВОУ на НОУ это привело к образованию около 15 000 литров ЖРО в год по всему миру, которые после переработки в форму, пригодную для окончательного захоронения, составляют конечный объем 375 000 литров в год, по данным TUM.
Новый метод предполагает реакцию ураново-молибденовых тестовых мишеней с трифторидом азота в плазме, а затем использование реакции под контролем света для отделения избыточного урана от молибдена. Это, по словам исследователей, так же эффективно, как обработка гидроксидом натрия на первом этапе традиционного процесса, но без образования ЖРО.
Тобиас Хемниц выполнил работу для своей докторской диссертации, работая с коллегой Рианой Стене и в сотрудничестве с химиками по фтору из Филиппского университета Марбурга. Мюнхенский технический университет уже подал патентную заявку на этот процесс.