Stichting Laka

Publicatie Laka-bibliotheek:
Productiewijzen voor radionucliden voor medische toepassingen met een onderzoek-kernreactor en alternatieve technologieën: Pallas: noodzaak en ontwerp in pespectief

Auteur	TU Delft, P. Bode, T. Delorme
	1-01-8-55-06.pdf
Datum	april 2009
Classificatie	1.01.8.55/06 (PALLAS PETTEN - ALGEMEEN)
Voorkant

Samenvatting

Radionucliden zijn essentieel voor de diagnostiek en therapie in de nucleaire geneeskunde.
Radionucliden worden gevormd uit kernreacties van elementaire deeltjes met atoomkernen van
stabiele nucliden. Onderzoekskernreactoren en deeltjesversnellers (zoals cyclotrons) worden
beide hierbij gebruikt.

De radionucliden die worden geproduceerd met behulp van een kernreactor, en van belang zijn
voor nucleaire geneeskunde, zijn voornamelijk 89Sr, 90Y, 99mTc, 125I, 131I, 133Xe, 153Sm, 166Ho,
169
    Er, 177Lu, 186Re, 188Re en 192Ir waarbij in ca 80 % van de radiodiagnostiek wordt gebruik
gemaakt van 99mTc, dat gevormd wordt bij het verval van het radionuclide 99Mo. Wereldwijd is
er behoefte aan productie van ca. 12,000-18,000 Curie/week (6 dagen) 99Mo. Een groot deel van
deze radionucliden kan uitsluitend worden gemaakt met behulp van een kernreactor. Dit vindt
plaats door neutronen-activering (bijvoorbeeld voor 177Lu) en via splijting van 235U bevattende
targets (vooral voor 99Mo). De behoefte aan radionucliden voor de nucleaire geneeskunde, vooral
aan 99Mo lijkt te groeien met ca. 8-12 % per jaar wereldwijd. Een zelfde situatie doet zich voor
ten aanzien van de radionucliden 125I, 131I die worden gebruikt in de diagnostiek en therapie van
schildklieraandoeningen. Daarnaast wordt een groeiende behoefte aan 177Lu verwacht.

Een beperkt aantal radionucliden, waaronder 99Mo en 99mTc kan in beginsel ook worden
geproduceerd met een deeltjesversneller zoals een cyclotron, maar er is voldoende bewijs dat een
dergelijke productie niet kan voldoen aan de behoefte (omvang) en specificaties gesteld door de
nucleaire geneeskunde. Bovendien kunnen een groot aantal andere neutronen-rijke radionucliden
(bijvoorbeeld 131I, 153Sm, 166Ho en 177Lu) niet met een cyclotron worden gemaakt. Daarom kan
deze productie niet als volwaardig alternatief worden beschouwd voor de productie met behulp
van een kernreactor.

De huidige vijf voornaamste radionucliden producerende kernreactoren (gezamenlijk goed voor
95% van de totale productie) zijn al 40-50 jaar in bedrijf. Rond 2015 zullen deze naar
verwachting uit bedrijf genomen zijn, waardoor dus een gat ontstaat in de beschikbaarheid van
radionucliden voor medische toepassingen. Internationaal wordt aangedrongen op maatregelen
om in de vraag te kunnen blijven voorzien. Zowel de Verenigde Staten (voor nationaal gebruik)
als de IAEA onderzoeken of kleine onderzoeksreactoren op termijn de productie voor een deel
kunnen overnemen. Opgemerkt moet worden dat veel van deze kleine reactoren ook al een aantal
decennia in gebruikt zijn. Nieuwe grote reactoren (CARR, Jules Horowitz) zullen in 2015
operationeel zijn. De verwachting is dat de productie van medische radionucliden in deze
reactoren zal door interfererende belangen en prioriteitstelling (wetenschappelijk onderzoek vs.
routinematige productie van radiofarmaca) niet de wereldvraag zal kunnen dekken.

Nieuwe reactoren voor de productie van radionucliden voor medische toepassingen zijn daarom
rond 2015 nodig. Een kernreactor van ‘eenvoudig’ ontwerp op basis van bewezen techniek is
nodig, specifiek gericht is op de productie van radionucliden voor medische toepassingen. Het
beproefde zwembadtype lijkt daarmee het aangewezen ontwerp. De beschikbare neutronenflux
moet tenminste in 1014cm-2s-1 zijn om een productie van (onder meer) ca. 6,000 Curie (6d)
99
   Mo/week te realiseren. Daarnaast kan de productie van radionucliden voor medische
toepassingen deels worden opgevangen indien bestaande en toekomstige nieuwe multi-purpose
typen onderzoekskernreactoren onderling samenwerken als back-up faciliteiten.

Op langere termijn zou, specifiek voor de productie van Mo, de homogene reactor een
kandidaat met potentie kunnen zijn.

Met een Accelerator Driven System (ADS) zouden neutronen-fluxen bereikt kunnen worden die
in de zelfde ordegrootte liggen als bij kernreactoren, maar een dergelijk ADS bestaat momenteel
slechts nog als concept, en is in eerste instantie bestemd voor transmutatie van
splijtingsproducten en voor wetenschappelijk onderzoek (multi-purpose faciliteit). Het Belgische
MYRRHA ontwerp is geprojecteerd op realisatie rond 2016-2018, en verwacht kan worden dat
er nog tijd overheen zal gaan voordat een zodanig voldoende betrouwbare bedrijf bereikt is dat
een begin gemaakt kan worden met regelmatige productie op grote schaal van medische
radionucliden. De beoogde veelzijdigheid van MYRRHA kan interfereren met gegarandeerde
bedrijfstijd voor nuclide productie, en het is realistischer te verwachten dat een dergelijk systeem
slechts als back-up faciliteit kan gaan dienen dan als standaard grote producent.

De fotonen-splijtingsreactie lijkt een alternatief te kunnen zijn voor alleen de productie van
99
  Mo, maar ook een dergelijk instrument bestaat slechts nog als concept. Het kan nog zeker
enkele jaren duren voordat er zekerheid is over de (economische) haalbaarheid van deze optie als
onderzoeks-kernreactoren weg zouden vallen als producent voor 99Mo. Bovendien is het ontwerp
geheel gericht op productie van 99Mo en biedt het geen alternatief voor alle andere radionucliden
die via activering of splijting van uranium targets in een kernreactor kunnen worden
geproduceerd.

De eindconclusie van deze evaluatie is dat, om aan de toenemende vraag naar radionucliden voor
medische toepassingen te kunnen voldoen, nieuwe hoge flux onderzoekskernreactoren rond 2015
nodig zullen zijn met een specifiek op deze productie gerichte bedrijfsvoering.