Новое предложение России для мировой ядерной медицины

Обзор текущего состояния рынков производства и потребления молибдена и технеция

Борис Марцинкевич, 15 мая 2017, 17:20 — REGNUM  

На прошедшей в марте выставке NDExpo одной из центральных тем стали новейшие разработки наших специалистов для ядерной и радиологической медицины. Представленных новых изделий и технологий на стендах красовалось множество, и не подготовленному посетителю, пусть даже и виртуальному, не так просто разобраться в этом изобилии. Что из представленного наиболее интересно, можно ли это изобилие изобретений выстроить в какую-то систему? Росатом точно знает, что ответ на этот вопрос положительный, потому и создает свой новый дивизион «Русатом хэлскеа». Давайте и мы попробуем увидеть логику действий наших атомщиков, чтобы понять, для каких целей формируется эта новая структура, что собирается предложить наша государственная корпорация России и всем остальным странам.

Если не очень внимательно присматриваться к тому, что представили на NDExpo-2017 его участники, то можно и не разглядеть скромно оформленное предложение от АО «Русатом растворные реакторы».

Вот оно:

«Радиохимический комплекс на базе растворного реактора с жидким НОУ-топливом для производства радиоизотопа 99Мо».

И чуть ниже еще одна фраза.

«Разработанный в госкорпорации радиохимический комплекс может совершить революцию на мировом рынке технологий — способен сделать медицинский изотоп доступным и дешевым».

Скромно так — можем организовать технологическую революцию мирового масштаба.

Конечно, можно ограничиться вот этим и немедленно начать кричать «Ура» — какие мы молодцы. Но вот, положа руку на сердце, мы уверены, что из этих двух коротких фраз 99% читателей не поняли вообще ничего. Какая такая революция, что за растворный реактор и какое отношение изотоп молибдена 99Мо имеет к медицине? Если кто-то видел нашу предыдущую статью о ядерной медицине, то видел, что никакого молибдена в списке «медицинских» изотопов просто нет. Все дело в том, что за этими двумя фразами, понятными только тем, кто внимательно следит за развитием ядерной медицины, — целый континент информации, без знания которой понять эпохальность предложения «Русатом растворные реакторы» не получится.

Технеций-99

Давайте без спешки разбираться, что тут к чему. Молибден-99 действительно не используется в диагностике и терапии, он важен и ценен тем, что является единственным источником для создания совсем другого изотопа — метастабильного технеция-99. В списке, который мы приводили в прошлой статье, он имеется — 99Тс, но вот сейчас мы, наконец, признаемся, что неправильно его обозначили, точное его обозначение 99mТс. Эта маленькая буква m для физиков значит многое — так обозначают метастабильные изотопы. «Мета» — как бы не совсем. Такие изотопы «как бы стабильны»: какое-то время они «живут», не меняясь, но, спустя некоторый промежуток времени, без всяких внешних причин меняют свое состояние, чтобы перейти в уже действительно стабильную форму. Представьте себе мячик, лежащий на дне неглубокой ямки-лунки, чуть поодаль от которой имеется ямка куда как более глубокая. Лежит себе мячик и лежит, никого не трогает, но тут в дело вмешивается некий внезапный фактор — ну, вот срабатывает «невидимая рука рынка», выталкивающая мячик из ямки в направлении ямы куда как более глубокой. Неожиданно для зрителей мячик перекатывается, и вот в глубокой яме он будет лежать стабильно и долго. В случае с метастабильным технецием-99 невидимый внутренний фактор — испускание двух гамма-квантов, несущих всегда одну и ту же порцию энергии — 140 килоэлектронвольт.

Электронвольт — единица, которую очень часто используют атомщики и ядерщики, потому мы, на всякий случай, поясним, что это такое. 1 эВ — это энергия, которую необходимо затратить для того, чтобы переместить заряд электрона между точками с разницей потенциалов в 1 вольт. Тоже сложно? Вот трубка, из которой выкачан воздух, в которой болтается одинокий электрон, на концах трубки — металлические пластины, на одной напряжение — 0,5 вольта, на другой +0,5 вольта. Электрон движется в сторону «плюса», получая при этом порцию энергии, равную 1 электронвольту. Физикам такая единица измерения кажется весьма удобной, поэтому стоит запомнить эту аббревиатуру — 1 эВ в русской транскрипции или 1 eV в англоязычной.

Извините, чуточку ушли в сторону. 99mТс для нужд диагностики удобен именно тем, что излучаемые им гамма-кванты всегда несут одну и ту же порцию энергии — точно известно, что должны «поймать» датчики, их не надо перенастраивать на каждый отдельный случай. Вторая особенность этого изотопа — то, что он очень легко встраивается в молекулы-векторы, переносящие его именно в обследуемые органы. Есть и третья: прибыв на место, этот технеций «приклеивается» к нему до «скончания дней», то есть до того момента, пока не испустит свои гамма-кванты и не превратится в уже действительно стабильный изотоп99Тс. Нет, если уж совсем точно, то и изотоп99Тс считается радиоактивным, но его период полураспада составляет десятки тысяч лет, так что такая его классификация достаточно условна. Так вот, энергия этих гамма-квантов значительна, но не настолько велика, чтобы вызвать переоблучение. Четвертая особенность — период полураспада этого изотопа составляет 6 часов. Смысл слова «полураспад» ясен интуитивно, это время, за которое половина радиоактивного вещества в результате распада преобразуется в другой элемент. В нашем случае этот другой элемент — технеций-99, 99Тс, у которого период полураспада 212 тысяч лет, то есть всерьез и надолго.

При этом есть уникальное свойство и у 99Тс — он очень быстро, в течение суток, полностью выводится из организма, не причиняя ему никакого вреда. Если коротко, то схема применения 99mТс получается простой и незатейливой: ввели, зафиксировали при помощи датчиков гамма-излучения все, что необходимо медикам, и «забыли», накопления и переоблучения не произойдет.

Перечисленные свойства и превратили 99mТс в основу ядерной медицины, где с использованием этого изотопа проводят 80−85% всех диагностических процедур. Только в США количество этих процедур составляет не менее 12 миллионов в год, а годовой объем рынка этого изотопа составляет 3,7 млрд долларов. Но эта цифра отнюдь не говорит о том, что объем рынка не может быть увеличен, просто сейчас технология получения 99mТс дорога настолько, что доступ к процедурам с ним возможен практически только в странах «золотого миллиарда».

Повторим фразу из информационного бюллетеня АО «Русатом растворные реакторы»:

«Разработанный в госкорпорации радиохимический комплекс может совершить революцию на мировом рынке технологий — способен сделать медицинский изотоп 99Мо доступным и дешевым»

и присмотримся к тому, какие же методы предлагают наши ядерщики для удешевления и доступности. Но для того, чтобы оценить новизну предлагаемой технологии, нужно представлять, что собой представляет ситуация, сложившаяся к настоящему времени.

Что имеем на сегодняшний день?

Как получают молибден-99 в настоящее время, пока обещанная российскими атомщиками техническая революция только намечается, но еще не произошла? Если рассказывать коротко, то при помощи исследовательских реакторов, уменьшенных копий энергетических реакторов. Стоит такая «копия» от 300 до 500 миллионов — вот вам первое ограничение на производство 99Мо, ведь далеко не каждая страна может себе такое позволить. Период полураспада у этого изотопа чуть больше двух суток — следовательно, никаких складских запасов создать не получается, и это уже второе ограничение. Каждый час хранения уменьшает количество молибдена на 1%, соответственно уменьшая и количество технеция, которое может быть использовано медиками. Третье ограничение — конечно, срок жизни самого 99mТс, от момента получения которого до применения должны проходить считаные часы. Чтобы сделать процедуры логистики хоть немного более удобными, физики разработали так называемые «генераторы технеция», но о них чуть позже. Четвертое ограничение производства 99Мо — материал, при помощи которого его получают.

Молибден-99

Собственно говоря, молибден — один из продуктов радиоактивного распада урана-235, 235U, составная часть осколков, на которые разваливается ядро урана после удара по нему нейтроном. Хочешь больше молибдена — используй как можно больше 235U. Как этого добиться? Самый логичный вариант — повысить его концентрацию. И на сегодняшний день в 90% случаев в составе мишени используется уран, обогащенный по содержанию изотопа-235 до 90%. МАГАТЭ об этом высказывается предельно жестко:

«В ядерной отрасли медицины обращается около 85 кг оружейного урана в год».

Согласитесь, что при таком раскладе говорить о 100%-ном соблюдении Договора о нераспространении ядерного оружия можно только с натяжкой. Каждый из перечисленных факторов — причина высоких цен на технеций, но, пожалуй, самый большой вклад заключается в расходовании 90%-ного оружейного урана. В мишени в молибден превращается не более 3% 235U, оставшиеся 97% приходится считать «отходами производства». Естественно, что при обработке мишеней получается большое количество радиоактивных отходов, причем в наиболее опасной форме — в жидком виде, поскольку молибден «вымывается» при помощи соляных или кислотных растворов. И это, разумеется, еще одна проблема, еще одно ограничение на количество производимого в мире молибдена и еще один фактор, повышающий его стоимость. Давайте коротко перечислим, чтобы список был нагляднее.

Технология

Искусство создания «молибденовых» мишеней мы описывать не будем, упомянем только, что используются различные варианты покрытий металлического урана, разнообразных сплавов и так далее. А вот что такое «горячая лаборатория» — поведаем, чтобы лучше была понятна сложность технологии обеспечения медиков так необходимым им технецием.

После того как «молибденовая» мишень извлечена из реактора, что делают после пяти суток ее облучения под потоком нейтронов, ее выдерживают сутки, чтобы дать остыть, и перемещают для дальнейшей обработки именно сюда — в горячую лабораторию. Горячая лаборатория — это помещение для работы с радиоактивными препаратами высокой активности, до сотен тысяч кюри. Горячие лаборатории располагаются в отдельных зданиях и состоят из рабочих и вспомогательных помещений. Рабочие помещения — это операторские залы, лаборатории с защитными боксами, хранилища радиоактивных отходов, вспомогательные — саншлюзы с душами, помещения для переодевания сотрудников в защитную одежду и прочее. Горячие лаборатории в обязательном порядке снабжают мощной приточно-вытяжной вентиляцией, системой очистки от пыли и эффективной многоступенчатой системой фильтрации, гарантированно обеспечивающей отсутствие выбросов радиации в любом виде — пыль, пар, аэрозоли должны быть полностью задержаны. Горячие лаборатории должны быть снабжены и автономной системой канализации со сбором жидких радиоактивных веществ в контейнеры-сборники. При этом сама горячая лаборатория представляет собой полностью герметичное помещение с мощной биологической защитой — из чугуна, свинца, специальных видов бетона. Внутренние поверхности горячих лабораторий для их лучшей дезактивации покрывают нержавеющей сталью, обтягивают сменяемыми пленками и т.д. Все работы в горячих лабораториях проводятся только дистанционно, что тоже отнюдь не удешевляет процедуры. Управление всеми процессами идет из операторских кабин, сами процессы производят при помощи различных манипуляторов. Помещения разделены по принципу убывающей радиоактивности, отделены друг от друга стенами биологической защиты и снабжены саншлюзами с автоблокировкой, совмещенной с системой дозиметрического контроля.

В случае с обработкой мишеней для получения99Мо радиации много, прямо скажем. Начало работы — полное растворение мишени в специально подобранных кислотах или щелочах, при этом 235U выпадает в осадок, в растворе остаются плутоний, искомый молибден и часть продуктов деления. Фильтрация, новые кислоты и щелочи — вот уже 80−90% молибдена собраны в чистом виде. Канадцы растворяют мишени в кислоте, все остальные производители — в щелочи. При щелочном процессе доля твердых радиоактивных отходов выше, чем жидких, с ними проще обращаться при дальнейшей обработке, но общее количество отходов больше, чем при кислотном методе. Кроме того, кислота быстрее разъедает мишень, что в данном случае тоже немаловажно: за каждый час бесследно исчезает 1% 99Мо. Еще раз напомним, что в отходах производства молибдена — уран-235 оружейного качества, который теоретически можно восстановить и употребить для «непотребства», но на практике, слава богу, подобным никто заниматься не рисковал.

Вот так и выглядит «традиционный» комплекс для производства молибдена. Исследовательский реактор, горячая лаборатория, заранее приготовленные мишени, генераторы технеция, специальный транспорт. Очень дорогое удовольствие, потому неудивительно, что почти все мировое производство молибдена жестко монополизировано. По состоянию на 2010-й мировой рынок производства молибдена выглядел простенько:

оставшиеся 5% были поделены между Аргентиной, Австралией и Россией. Цифру в 40% канадцам давал ровно один исследовательский реактор NRU. Замечательная, универсальная «машина» мощностью 135 МВт, она справлялась с наработкой молибдена много лет, но наступающий в этом году полувековой юбилей, по мнению канадских атомщиков, — последний на ее веку, в 2018 реактор будет полностью остановлен. Бельгия и Нидерланды работают на целом комплекте исследовательских реакторов: на HFR, расположенном в Голландии, на BR2, расположенном в Бельгии, и на Osiris во Франции, но горячая лаборатория — одна на троих, в Голландии. Французы вынуждены будут остановить свой реактор уже в 2018-м, голландский проработает до 2022-го, а в 2026-м запланирована остановка и бельгийского — возраст, ничего не поделаешь. Итого, не пройдет и 10 лет, как с рынка уйдут производители 85% молибдена-99. Если и выходить «в наступление», то сейчас момент практически идеальный.

США

Конечно, не только Росатом внимательно наблюдает за событиями, желающих выйти на этот рынок достаточно. Поскольку аналитический онлайн-журнал «Геоэнергетика.ru» не единожды упрекали за иронию в адрес американских атомщиков, мы просто крайне корректно перечисляем факты, благодаря которым США вряд ли смогут стать конкурентами, хотя почти половина производимого в мире 99Мо потребляется именно этой страной. Никаких издевательств или подтрунивания — грешно смеяться над… Нет, не будем.

Вплоть до 1989 года 99Мо нарабатывали на исследовательском реакторе в Такседо, штат Нью-Йорк, но реактор был закрыт после обнаружения радиоактивного загрязнения грунтовых вод. В 1991 году министерство энергетики предложило использовать для наработки 99Мо исследовательский реактор в национальной лаборатории Лос-Аламоса, но реактор был закрыт в 1993-м из-за утечек радиоактивного трития. Тогда американские специалисты решили попробовать использовать реактор в Сандийских национальных лабораториях, но расчеты показали, что там себестоимость99Мо была бы выше, чем у канадцев, на 80%. Сейчас изучается возможность использовать реактор MMUR (Missouri Univercity Research Reactor), вот только при нем нет горячей лаборатории и нет приемлемого решения по обращению с жидкими радиоактивными отходами. Еще имеется концептуально разработанный гомогенный реактор от компании Babcock&Wilcox, но тут требуется большой объем НИОКР, лет 5−6 работы, и есть проблема с финансированием. Извините, но на этом американский список закончен.

Австралия

Самый реальный конкурент Росатома на этом рынке — незамеченная в других направлениях атомного проекта Австралия. Австралийская организация атомной науки и техники — ANSTO — в 2016 году заявила о завершающей стадии строительства завода по производству 99Мо, проектная мощность которого — 10 млн доз 99mТс, то есть четверть имеющегося сейчас в мире спроса. 170 миллионов американских долларов государственных инвестиций реализуются весьма грамотно, поскольку проект изначально согласован с требованиями МАГАТЭ: в реакторе будет использовано НОУ-топливо, мишени для наработки 99Мо также содержат только низко обогащенный уран. С этими требованиями согласованы и требования министерства здравоохранения США: на территорию страны можно поставлять только тот 99Мо или 99mTc, при производстве которого соблюден принцип НОУ-НОУ. А требования со стороны США чрезвычайно важны с чисто коммерческой точки зрения, достаточно взглянуть на данные мирового потребления 99mТс. На долю ЮАР приходится 3,5% рынка потребления, на долю Японии — 17,5%, на долю ЕС — 26,3%, на долю всего остального мира — 8,8%, а на долю США — 43,9%.

Россия

Теперь посмотрим, как обстоят дела с производством 99Мо в России. Поскольку Договор о нераспространении ядерного оружия Россию не касается — мы его у себя «распространили» сразу после появления этого оружия у США — мы спокойно производили 99Мо в режиме ВОУ-ВОУ (высоко обогащенный уран в качестве топлива исследовательских реакторов и высоко обогащенный уран в качестве материала мишеней). Заранее высказываем признательность былому режиму секретности и верность традициям, соблюдаемым Росатомом, — аббревиатур будет не просто много, а очень много, ничего не поделать.

В 1985 году в СССР был получен «свой» 99Мо на реакторе ИРТ-Т в НИИ ЯФ при ТПУ в городе Томске (научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете). В том же году к производству 99Мо приступили и в городе Обнинске Калужской области — на реакторе ВВР-ц в институте, который сейчас именуется «филиал ФГУП НИФХИ им. Л. Я. Карпова (филиал федерального государственного унитарного предприятия «научно-исследовательский физико-химический институт). В 1997 году Радиевый институт им. В. Г. Хлопонина продемонстрировал, что требования МАГАТЭ можно соблюдать практически «безболезненно» — с этого года сотрудники института производят99Мо в режиме НОУ-НОУ на Ленинградской АЭС, облучая ими разработанные НОУ-мишени непосредственно на реакторе РБМК-1000. А самое современное на сегодня производство 99Мо в России — на реакторе РБТ-10−2 в Димитровграде, принадлежащем ОАО «ГНЦ НИИАР» (государственный научный центр научно-исследовательский институт атомных реакторов). Первая очередь производства была закончена в 2010 году, вторая — в 2012-м, сделано это было в рамках проекта комиссии при президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики на период до 2020 года. Все эти реакторы укомплектованы горячими лабораториями, генераторами технеция-99 Россия научилась обеспечивать сама себя усилиями АО ГНЦ РФ ФЭИ (государственный научный центр физико-энергетический институт) им. А. И. Лейпунского в сотрудничестве с НИФХИ им. Карпова.

Поскольку, к огромному сожалению, современных медицинских центров в России очень и очень немного, 70% произведенного у нас 99Мо мы экспортируем. Начало было не хитрым — подписали контракт с канадцами из MDS-Nordition, которые, в преддверии закрытия своего реактора, ищут варианты альтернативных производителей. Но время идет, потихоньку появляются и «свои» покупатели — Аргентина, Бразилия, Южная Корея, Китай, Армения, Иран. Да, пока объем поставок невелик, но если присмотреться к списку наших партнеров внимательно, становится заметна характерная тенденция: поставки молибдена идут в страны, старающиеся поднять уровень предоставляемого им своему населению медицинских услуг до самых новых достижений в диагностике и в борьбе с онкологическими заболеваниями. Перечень государств, куда направлен наш молибденовый экспорт, как вы видите, не содержит те страны, в которых проживает «золотой миллиард», Росатом помогает добраться до медицинского хай-тека тем, кто раньше не мог себе этого позволить. Конечно, было бы исключительно логично, правильно начинать с самой России, но. Но развитие нашей национальной системы здравоохранения — вне компетенции Росатома, это уровень нашего федерального правительства и руководства наших субъектов Федерации. Однако анализ того, что происходит в этих вопросах, не является темой «Геоэнергетики», разумнее, если такой анализ будет сделан теми, кто квалифицированнее разбирается в вопросах формирования бюджетов и в системе государственного управления.

На этом краткий обзор текущего состояния рынков производства и потребления молибдена и технеция и закончим, поскольку все сказанное — всего лишь предисловие, аперитив перед основным блюдом от АО «Русатом растворные реакторы». Теперь мы понимаем, где, на каком рынке Росатом намерен устроить революцию. Остается разобраться, какой такой способ обнаружился в «заначке» и что именно имеется в виду под словом «революция». То, что Россия, стартовав со скромной доли в 3−4% производства 99Мо, к 2017 подбирается уже к 10% — это не революция, это вполне традиционная конкурентная борьба. Да, Росатом может себе позволить немного играть ценой, поскольку на рынке обогащения урана наши позиции весьма основательны, поскольку по объему ресурсной базы урановой руды Росатом уверенно лидирует — но это, повторим, конкуренция, а отнюдь не революция. Рассказ о революционном ноу-хау, да еще и в комплекте с определенными организационными усилиями нашей государственной корпорации, в чем суть предложений, озвученных на NDExpo-2017, станет содержанием нашей следующей заметки.

Если Вы заметите ошибку в тексте, выделите её и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отослать информацию редактору.