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Simultaneous Production of Molybdenum-99 and Actinium- 225 using Indonesia Research Reactor (RSG-GAS)

Este estudio demuestra que el reactor de investigación RSG-GAS de Indonesia, utilizando una cápsula de electrodeposición de uranio de bajo enriquecimiento modificada, puede producir simultáneamente Molibdeno-99 y aumentar los rendimientos de Actinio-225 a 4.3 GBq mediante la optimización de la irradiación y múltiples ciclos de ordeño.

Autores originales: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Publicado 2026-07-07

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CC BY 4.0

Autores originales: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

La visión general: Dos medicinas de una misma máquina

Imagine que un reactor de investigación nuclear es una cocina gigante y de alta potencia. Normalmente, esta cocina se utiliza para hornear un tipo específico de "pan radiactivo" llamado Molibdeno-99 (99Mo). Cuando este pan se "pone viejo" (se descompone), se convierte en Tecnecio-99m, el cual los médicos utilizan para tomar imágenes similares a radiografías del interior del cuerpo humano (como revisar el corazón o los huesos). Esta es la medicina más común utilizada hoy en día para la imagenología nuclear.

Sin embargo, hay escasez de un tipo diferente de "medicina" llamada Actinio-225 (225Ac). Esta se utiliza para tratar el cáncer, disparando partículas alfa diminutas y potentes directamente contra las células tumorales.

El objetivo: Los investigadores querían ver si podían hornear ambos tipos de medicina al mismo tiempo en la misma cocina (el reactor RSG-GAS de Indonesia) sin romper el horno ni los ingredientes.

La nueva herramienta: Una cápsula de "Muñecas Rusas"

Para lograr esto, el equipo diseñó un contenedor especial, al que llaman cápsula de electrodeposición de LEU modificada. Piense en esta cápsula como un conjunto de muñecas rusas o un sándwich de capas:

La capa exterior: Un contenedor de acero inoxidable.
El relleno (La "masa"): Una capa muy fina de Uranio de Bajo Enriquecimiento (LEU). Cuando el reactor dispara neutrones contra esta capa, esta se divide (fisiona), creando el Molibdeno-99 necesario para la imagenología.
El centro (El "relleno"): Justo en medio de la cápsula, rodeado de gas helio, se encuentra un pequeño blanco de Radio-226.

Cómo funciona:
Cuando la capa de Uranio se divide, no solo crea Molibdeno; también dispara neutrones "rápidos" (como balas de alta velocidad). Estas balas rápidas golpean el Radio-226 en el centro. Esta colisión transforma el Radio en Radio-225, que eventualmente se descompone en el Actinio-225 que combate el cáncer.

El experimento: Encontrar el grosor perfecto

Los investigadores tuvieron que determinar qué tan gruesa debía ser la "masa" de Uranio.

Demasiado fina: Si la capa de Uranio es demasiado fina, no crea suficientes neutrones rápidos para convertir el Radio en Actinio de manera eficiente.
Demasiado gruesa: Si la capa de Uranio es demasiado gruesa, genera demasiado calor. Imagine poner un filete gigante en una sartén pequeña; la sartén se calienta tanto que podría derretir el mango. En este caso, el calor podría derretir el blanco de Radio, arruinando el experimento.

Los resultados:

Simulamos diferentes grosores. Encontramos que hacer la capa de Uranio más gruesa aumentaba la producción de ambas medicinas.
Sin embargo, chocamos con un muro de "punto de fusión". Si la capa era más gruesa de 0,04 cm, el calor sería demasiado alto para que el Radio sobreviviera.
El punto ideal: Determinaron que 0,04 cm es el grosor perfecto. Es lo suficientemente grueso para fabricar mucha medicina, pero lo suficientemente fino para evitar que el blanco se derrita.

La cosecha: Ordeñar la medicina

Una vez que la cápsula está en el reactor durante 26 días, el Radio-226 se convierte en Radio-225, que luego se convierte en Actinio-225.

Los investigadores calcularon un programa de "ordeño" (como ordeñar una vaca para obtener leche). Descubrieron que si esperan 17,5 días y luego extraen (separan) el Actinio, obtienen el mayor rendimiento.

Al repetir este proceso 5 veces, podrían producir un total de 4,32 GBq (una medida de radiactividad) de Actinio-225.
Esto es aproximadamente un 19% más de lo que obtendrían si no utilizaran la capa de Uranio.

El control de seguridad: Los gases "fantasma"

Los investigadores también observaron la "basura" o las impurezas creadas durante este proceso.

El problema del Radón: Uno de los subproductos es el gas Radón. Específicamente, un tipo llamado Radón-219. El artículo señala que, aunque este gas es radiactivo, se descompone tan rápido (en segundos) que probablemente no viajará lo suficiente como para ser inhalado por los trabajadores si usan mascarillas estándar.
El problema del Radón-222: Otro tipo de Radón (Radón-222) es producido por el Radio. Este es más peligroso porque permanece más tiempo y sus "hijos" (productos de desintegración) pueden causar daños pulmonares si se inhalan.
La solución: El artículo sugiere que las medidas de seguridad estándar, como el uso de salas de presión negativa (para que el aire fluya hacia adentro en lugar de hacia afuera) y el uso de equipo de protección completo, son suficientes para manejar estos riesgos.

La conclusión final

El artículo concluye que es posible utilizar el reactor de investigación de Indonesia para producir tanto la medicina de imagenología (Molibdeno-99) como la medicina para combatir el cáncer (Actinio-225) simultáneamente. Al utilizar una cápsula especialmente diseñada con una capa de Uranio de 0,04 cm de grosor, pueden aumentar la producción de Actinio-225 que combate el cáncer sin derretir el blanco o romper los límites de seguridad del reactor.

Lo que el artículo no dice:

No afirma que esta medicina esté lista para ser inyectada en pacientes mañana.
No discute cómo esto reducirá el costo del tratamiento del cáncer a nivel mundial.
Se centra estrictamente en la física, los cálculos de calor y los números de producción dentro de la simulación del reactor.

Resumen Técnico: Producción Simultánea de Molibdeno-99 y Actinio-225 utilizando el Reactor de Investigación de Indonesia (RSG-GAS)

Planteamiento del Problema
La demanda global de Tecnecio-99m ( $^{99m}$ Tc), el producto de desintegración del Molibdeno-99 ( $^{99}$ Mo), representa más del 80% de los radioisótopos para medicina nuclear utilizados en el diagnóstico por imagen. Concurrentemente, el Actinio-225 ( $^{225}$ Ac), un prometedor emisor alfa para la Terapia de Radionúclidos Dirigida (TRT), enfrenta escaseces significativas de producción. Los métodos de producción actuales para el $^{225}$ Ac dependen de existencias limitadas de Torio-229 o métodos basados en aceleradores (espalación, transmutación, reacciones fotonucleares). Este estudio aborda el desafío de producir simultáneamente $^{99}$ Mo y $^{225}$ Ac dentro de un entorno de reactor de investigación térmica, específicamente el Reactor de Investigación G.A. Siwabessy (RSG-GAS) en Indonesia, mediante la modificación de las cápsulas de electrodeposición de Uranio de Bajo Enriquecimiento (LEU) existentes.

Metodología
La investigación utilizó el código de transporte de partículas Monte Carlo OpenMC con la librería de datos nucleares ENDF/B VIII.0 para modelar el primer núcleo de trabajo del RSG-GAS. La configuración del núcleo consiste en 12 elementos de combustible y 6 elementos de control, utilizando U $_3$ O $_8$ disperso en una matriz de aluminio con un enriquecimiento de $^{235}$ U del 19.75%.

Se diseñó una cápsula de electrodeposición de LEU modificada para la irradiación en la Posición de Irradiación Central (CIP). La modificación consistió en implantar un blanco de Radio-226 ( $^{226}$ Ra) de 1 gramo en el centro de la cápsula, rodeado de gas helio y una fina capa de LEU. El estudio planteó la hipótesis de que las reacciones de fisión dentro de la fina capa de LEU generarían neutrones rápidos, mejorando así la reacción $^{226}$ Ra(n,2n) $^{225}$ Ra (umbral ~6.5 MeV), que posteriormente decae a $^{225}$ Ac.

Los parámetros de la simulación incluyeron:

Irradiación: 26 días a una potencia térmica constante de 15 MW.
Enfriamiento: 7 días post-irradiación.
Variable: El espesor de la capa de LEU se varió entre 0.01 cm y 0.25 cm para evaluar los impactos en la reactividad, la generación de potencia, el flujo de neutrones y la viabilidad del blanco.
Análisis Térmico: Se aplicó una ecuación de conducción de calor de Fourier 1D en coordenadas cilíndricas para calcular las distribuciones de temperatura, asegurando que el blanco de $^{226}$ Ra (punto de fusión 973 K) no se fundiera.
Simulación de Ordeño (Milking): La producción de $^{225}$ Ac se modeló durante 120 días con cinco ciclos de separación (ordeño) ocurriendo cada 17.5 días.
Análisis de Impurezas: Las densidades de radionúclidos se analizaron para estimar las dosis de radiación de las impurezas, centrándose específicamente en los isótopos de Radón ( $^{222}$ Rn, $^{219}$ Rn) y la progenie de Polonio.

Resultos Clave

Neutrónica y Reactividad: El aumento del espesor de la capa de LEU se correlacionó con una mayor inserción de reactividad y generación de potencia total. Con el espesor máximo probado de 0.25 cm, la capa de LEU generó aproximadamente 1000 kW con una inserción de reactividad de ~1.13$, acercándose a los límites de criticidad prompt. Las capas más gruesas también produjeron un espectro de neutrones más "duro", aumentando el flujo de neutrones rápidos favorables para la reacción (n,2n).
Rendimientos de Producción:
- $^{225}$ Ra: La producción aumentó aproximadamente un 68.27% cuando el espesor de LEU se incrementó de 0.02 cm a 0.25 cm.
- $^{99}$ Mo: La producción aumentó aproximadamente un 400% a 0.25 cm en comparación con 0.02 cm.
Viabilidad del Blanco: Los cálculos térmicos indicaron que los espesores de LEU de 0.04 cm o superiores causaron que la temperatura del blanco de $^{226}$ Ra excediera su punto de fusión (973 K). Por consiguiente, se identificó 0.04 cm como el espesor máximo aceptable para mantener la integridad del blanco.
Producción Optimizada: En el espesor óptimo de 0.04 cm, la producción total de $^{225}$ Ac tras cinco ciclos de ordeño alcanzó los 4.32 GBq. Esto representa un aumento del 19% en comparación con una cápsula sin capa de LEU y un aumento del 12% en comparación con una capa de LEU de 0.02 cm.
Impurezas: El análisis identificó al $^{219}$ Rn como el que presenta la mayor dosis de inhalación entre los isótopos de radón debido a la generación de $^{227}$ Ac a partir de la irradiación de $^{226}$ Ra, aunque su corta vida media limita el riesgo. El $^{222}$ Rn y su progenie ( $^{218}$ Po, $^{214}$ Po) presentan riesgos significativos de cáncer de pulmón si se inhalan, lo que requiere controles estrictos de ventilación y presión negativa en las celdas calientes. Se identificaron los emisores beta de larga vida $^{227}$ Ac y $^{210}$ Pb, que requieren una contención de residuos cuidadosa.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma que la cápsula de electrodeposición de LEU propuesta ofrece un método viable para la producción simultánea de $^{99}$ Mo y $^{225}$ Ac dentro de un reactor de investigación térmica. El estudio demuestra que el uso de los neutrones de fisión de una fina capa de LEU puede mejorar eficazmente la producción de precursores de $^{225}$ Ac sin comprometer la producción primaria de $^{99}$ Mo.

Los autores concluyen que, si bien las capas de LEU más gruesas producen mayores tasas de producción, las restricciones térmicas limitan su aplicación práctica. Un espesor de LEU de 0.04 cm proporciona el equilibrio óptimo entre la mejora de la producción de $^{225}$ Ac (mediante el aumento del flujo de neutrones rápidos) y la seguridad del blanco. La investigación sugiere que este enfoque podría ayudar a aliviar la escasez mundial de $^{225}$ Ac manteniendo al mismo tiempo las capacidades de suministro doméstico de $^{99}$ Mo para Indonesia. Los autores señalan que estudios futuros deberían abordar el método logístico para reemplazar la capa de LEU cada 6 días, ya que el $^{99}$ Mo requiere un tiempo de irradiación más corto (6 días) en comparación con el $^{225}$ Ra (26 días).