🔬 physics

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

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि इंडोनेशिया का RSG-GAS अनुसंधान रिएक्टर, एक संशोधित कम-संवर्धित यूरेनियम इलेक्ट्रोप्लेटिंग कैप्सूल का उपयोग करते हुए, अनुकूलित विकिरण और बहु-मिल्किंग चक्रों के माध्यम से मोलिब्डेनम-99 का उत्पादन कर सकता है और एक्टिनियम-225 की पैदावार को बढ़ाकर 4.3 GBq कर सकता है।

मूल लेखक: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

प्रकाशित 2026-07-07

📖 5 मिनट में पढ़ें🧠 गहराई से पढ़ें

CC BY 4.0

मूल लेखक: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

मुख्य चित्र: एक ही मशीन से दो दवाइयाँ

कल्पना कीजिए कि एक परमाणु अनुसंधान रिएक्टर एक विशाल, उच्च-शक्ति वाले किचन की तरह है। आमतौर पर, इस किचन का उपयोग एक विशिष्ट प्रकार की "रेडियोधर्मी ब्रेड" बनाने के लिए किया जाता है जिसे मोलिब्डेनम-99 (99Mo) कहते हैं। जब यह ब्रेड "बासी" (क्षय/decay) हो जाती है, तो यह टेक्नेटियम-99m में बदल जाती है, जिसका उपयोग डॉक्टर मानव शरीर के अंदर की एक्स-रे जैसी तस्वीरें लेने (जैसे हृदय या हड्डियों की जांच करने) के लिए करते हैं। आज परमाणु इमेजिंग में इस्तेमाल होने वाली यह सबसे आम दवा है।

हालाँकि, एक अलग प्रकार की "दवा" की कमी है जिसे एक्टिनियम-225 (225Ac) कहा जाता है। इसका उपयोग कैंसर कोशिकाओं पर सीधे शक्तिशाली अल्फा कणों को दागकर कैंसर का इलाज करने के लिए किया जाता है।

लक्ष्य: शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या वे एक ही किचन (इंडोनेशिया के RSG-GAS रिएक्टर) में बिना ओवन या सामग्री को खराब किए, दोनों प्रकार की दवाएं एक साथ बना सकते हैं।

नया उपकरण: एक "रशियन डॉल" कैप्सूल

ऐसा करने के लिए, टीम ने एक विशेष कंटेनर डिजाइन किया, जिसे वे संशोधित LEU इलेक्ट्रोप्लेटिंग कैप्सूल कहते हैं। इस कैप्सूल को रूसी नेस्टिंग डॉल्स (रशियन डॉल) या एक परतदार सैंडविच की तरह समझें:

बाहरी आवरण: एक स्टेनलेस स्टील का कंटेनर।
भरवां सामग्री (द "बेटर"): लो एनरिच्ड यूरेनियम (LEU) की एक बहुत पतली परत। जब रिएक्टर इस परत पर न्यूट्रॉन की बौछार करता है, तो यह टूटता (फिशन होता) है, जिससे इमेजिंग के लिए आवश्यक मोलिब्डेनम-99 बनता है।
केंद्र (द "फिलिंग"): कैप्सूल के बिल्कुल बीच में, हीलियम गैस से घिरे हुए, रेडियम-226 का एक छोटा सा लक्ष्य (target) रखा गया है।

यह कैसे काम करता है:
जब यूरेनियम की परत टूटती है, तो यह केवल मोलिब्डेनम ही नहीं बनाती; बल्कि यह "तेज" न्यूट्रॉन (जैसे हाई-स्पीड बुलेट्स) भी बाहर निकालती है। ये तेज बुलेट्स केंद्र में मौजूद रेडियम-226 से टकराती हैं। यह टक्कर रेडियम को रेडियम-225 में बदल देती है, जो अंततः कैंसर से लड़ने वाले एक्टिनियम-225 में बदल जाता है।

प्रयोग: सही मोटाई का पता लगाना

शोधकर्ताओं को यह पता लगाना था कि यूरेनियम का "बेटर" (घोल) कितना मोटा होना चाहिए।

बहुत पतला: यदि यूरेनियम की परत बहुत पतली है, तो यह रेडियम को कुशलतापूर्वक एक्टिनियम में बदलने के लिए पर्याप्त तेज न्यूट्रॉन पैदा नहीं करेगी।
बहुत मोटा: यदि यूरेनियम की परत बहुत मोटी है, तो यह बहुत अधिक गर्मी पैदा करेगी। कल्पना कीजिए कि आप एक छोटे पैन में एक बड़ा स्टेक रख रहे हैं; पैन इतना गर्म हो जाएगा कि उसका हैंडल भी पिघल सकता है। इस मामले में, गर्मी रेडियम टारगेट को पिघला सकती है, जिससे प्रयोग बर्बाद हो सकता है।

परिणाम:

उन्होंने विभिन्न मोटाई का सिमुलेशन किया। उन्होंने पाया कि यूरेनियम की परत को मोटा करने से दोनों दवाओं का उत्पादन बढ़ जाता है।
हालाँकि, वे एक "पिघलने बिंदु" (melting point) की दीवार से टकरा गए। यदि परत 0.04 सेमी से अधिक मोटी थी, तो गर्मी इतनी अधिक हो जाती कि रेडियम जीवित नहीं रह पाता।
परफेक्ट स्पॉट (सही बिंदु): उन्होंने निर्धारित किया कि 0.04 सेमी की मोटाई एकदम सही है। यह इतनी मोटी है कि काफी दवा बना सके, लेकिन इतनी पतली भी है कि टारगेट को पिघलने से बचा सके।

कटाई: दवा का दोहन (Milking)

एक बार जब कैप्सूल रिएक्टर में 26 दिनों के लिए रहता है, तो रेडियम-226, रेडियम-225 में बदल जाता है, जो फिर एक्टिनियम-225 में बदल जाता है।

शोधकर्ताओं ने एक "मिलकिंग" शेड्यूल (जैसे गाय का दूध निकालना) की गणना की। उन्होंने पाया कि यदि वे 17.5 दिनों तक प्रतीक्षा करते हैं और फिर एक्टिनियम को निकालते (अलग करते) हैं, तो उन्हें सबसे अधिक उपज मिलती है।

इस प्रक्रिया को 5 बार दोहराकर, वे एक्टिनियम-225 का कुल 4.32 GBq (रेडियोधर्मिता का एक माप) उत्पादन कर सकते हैं।
यह उस उत्पादन से लगभग 19% अधिक है जो उन्हें तब मिलता जब वे यूरेनियम की परत का उपयोग नहीं करते।

सुरक्षा जांच: "भूतिया" गैसें

शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले "कचरे" या अशुद्धियों की भी जांच की।

रोडॉन की समस्या: एक उपोत्पाद रोडॉन गैस है। विशेष रूप से, एक प्रकार का रोडॉन-219। पेपर में उल्लेख है कि हालांकि यह गैस रेडियोधर्मी है, यह इतनी जल्दी क्षय (decay) हो जाती है (सेकंडों में) कि यदि कर्मचारी मानक मास्क पहने हुए हैं, तो यह सांस के जरिए उनके शरीर तक पहुँचने की संभावना नहीं रखती।
रोडॉन-222 का मुद्दा: रेडियम से एक अन्य प्रकार का रोडॉन (रोडॉन-222) भी उत्पन्न होता है। यह अधिक खतरनाक है क्योंकि यह लंबे समय तक रहता है और इसके "संतान" (क्षय उत्पाद) यदि सांस के जरिए अंदर चले जाएं तो फेफड़ों को नुकसान पहुंचा सकते हैं।
समाधान: पेपर सुझाव देता है कि नकारात्मक दबाव वाले कमरों (ताकि हवा बाहर जाने के बजाय अंदर आए) का उपयोग करने और पूर्ण सुरक्षात्मक उपकरण पहनने जैसे मानक सुरक्षा उपाय इन जोखिमों को संभालने के लिए पर्याप्त हैं।

निष्कर्ष (Bottom Line)

पेपर निष्कर्ष निकालता है कि इंडोनेशिया के अनुसंधान रिएक्टर का उपयोग इमेजिंग दवा (मोलिब्डेनम-99) और कैंसर-उपचार वाली दवा (एक्टिनियम-225) दोनों को एक साथ बनाने के लिए किया जा सकता है। 0.04 सेमी मोटी यूरेनियम परत वाले विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए कैप्सूल का उपयोग करके, वे टारगेट को पिघलने या रिएक्टर की सुरक्षा सीमाओं को तोड़े बिना कैंसर से लड़ने वाले एक्टिनियम के उत्पादन को बढ़ा सकते हैं।

जो पेपर नहीं कहता है:

यह दावा नहीं करता कि यह दवा कल मरीजों को इंजेक्शन के रूप में देने के लिए तैयार है।
यह वैश्विक स्तर पर कैंसर के इलाज की लागत को कम करने के बारे में चर्चा नहीं करता है।
यह पूरी तरह से भौतिकी (physics), ऊष्मा गणना (heat calculations) और रिएक्टर सिमुलेशन के भीतर उत्पादन संख्या पर केंद्रित है।

तकनीकी सारांश: इंडोनेशिया अनुसंधान रिएक्टर (RSG-GAS) का उपयोग करके मोलिब्डेनम-99 और एक्टिनियम-225 का समवर्ती उत्पादन

समस्या विवरण
टेक्नेटियम-99m ( $^{99m}$ Tc) की वैश्विक मांग, जो मोलिब्डेनम-99 ( $^{99}$ Mo) का क्षय उत्पाद है, नैदानिक इमेजिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले परमाणु चिकित्सा रेडियोआइसोटोप के 80% से अधिक हिस्से के लिए उत्तरदायी है। इसके साथ ही, एक्टिनियम-225 ( $^{225}$ Ac), जो लक्षित रेडियोन्यूक्लाइड थेरेपी (TRT) के लिए एक आशाजनक अल्फा-उत्सर्जक है, उत्पादन की भारी कमी का सामना कर रहा है। $^{225}$ Ac के वर्तमान उत्पादन तरीके थोरियम-229 के सीमित स्टॉक या त्वरक-आधारित विधियों (स्पैलेशन, ट्रांसम्यूटेशन, फोटोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं) पर निर्भर हैं। यह अध्ययन एक थर्मल रिसर्च रिएक्टर वातावरण, विशेष रूप से इंडोनेशिया के जी.ए. सियाबेसी अनुसंधान रिएक्टर (RSG-GAS) के भीतर मौजूदा लो एनरिच्ड यूरेनियम (LEU) इलेक्ट्रोप्लेटिंग कैप्सूल को संशोधित करके $^{99}$ Mo और $^{225}$ Ac के समवर्ती उत्पादन की चुनौती का समाधान करता है।

कार्यप्रणाली
इस शोध में मौजूदा RSG-GAS प्रथम वर्किंग कोर को मॉडल करने के लिए ENDF/B VIII.0 न्यूक्लियर डेटा लाइब्रेरी के साथ OpenMC मोंटे कार्लो पार्टिकल ट्रांसपोर्ट कोड का उपयोग किया गया। कोर कॉन्फ़िगरेशन में 19.75% $^{235}$ U संवर्धन के साथ एल्युमीनियम मैट्रिक्स में $U_3O_8$ का उपयोग करते हुए 12 ईंधन तत्व और 6 नियंत्रण तत्व शामिल हैं।

एक संशोधित LEU इलेक्ट्रोप्लेटिंग कैप्सूल को सेंट्रल इरेडिएशन पोजीशन (CIP) में विकिरण (irradiation) के लिए डिज़ाइन किया गया था। इस संशोधन में कैप्सूल के केंद्र में 1 ग्राम रेडियम-226 ( $^{226}$ Ra) लक्ष्य को स्थापित करना शामिल था, जिसे हीलियम गैस और LEU की एक पतली परत से घेरा गया था। अध्ययन ने यह परिकल्पना की कि पतली LEU परत के भीतर विखंडन (fission) प्रतिक्रियाएं तीव्र न्यूट्रॉन उत्पन्न करेंगी, जिससे $^{226}$ Ra(n,2n) $^{225}$ Ra प्रतिक्रिया (थ्रेशोल्ड ~6.5 MeV) को बढ़ावा मिलेगा, जो तत्पश्चात $^{225}$ Ac में क्षय होती है।

सिमुलेशन पैरामीटर निम्नलिखित थे:

विकिरण (Irradiation): निरंतर 15 MW थर्मल पावर पर 26 दिन।
कूलिंग: विकिरण के बाद 7 दिन।
परिवर्तनीय (Variable): प्रभावशीलता का आकलन करने के लिए रिएक्टिविटी, शक्ति उत्पादन, न्यूट्रॉन फ्लक्स और लक्ष्य व्यवहार्यता को मापने हेतु LEU परत की मोटाई को 0.01 cm से 0.25 cm के बीच बदला गया।
तापीय विश्लेषण: बेलनाकार निर्देशांकों में तापमान वितरण की गणना करने के लिए 1D फूरियर हीट कंडक्शन समीकरण का उपयोग किया गया, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि $^{226}$ Ra लक्ष्य (गलनांक 973 K) पिघले नहीं।
मिल्किंग सिमुलेशन: $^{225}$ Ac के उत्पादन को 120 दिनों में पांच पृथक्करण (मिल्किंग) चक्रों के साथ मॉडल किया गया, जो प्रत्येक 17.5 दिनों में होता है।
अशुद्धि विश्लेषण: रेडियोन्यूक्लाइड घनत्व का विश्लेषण अशुद्धियों से होने वाले विकिरण खुराक का अनुमान लगाने के लिए किया गया, जिसमें विशेष रूप से रेडॉन आइसोटोप्स ( $^{222}$ Rn, $^{219}$ Rn) और पोलोनियम वंशजों (progeny) पर ध्यान केंद्रित किया गया।

मुख्य परिणाम

न्यूट्रोनिक्स और रिएक्टिविटी: LEU परत की मोटाई बढ़ने के साथ उच्च रिएक्टिविटी इंसर्शन और कुल शक्ति उत्पादन का संबंध देखा गया। 0.25 cm की अधिकतम परीक्षण मोटाई पर, LEU परत ने लगभग 1000 kW उत्पन्न किया और रिएक्टिविटी इंसर्शन ~1.13$ रहा, जो प्रॉम्प्ट क्रिटिकलिटी सीमाओं के करीब है। मोटी परतों ने एक "हार्डर" न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम भी उत्पन्न किया, जिससे (n,2n) प्रतिक्रिया के अनुकूल तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्स बढ़ गया।
उत्पादन उपज (Yields):
- $^{225}$ Ra: जब LEU की मोटाई 0.02 cm से बढ़ाकर 0.25 cm की गई, तो $^{225}$ Ra के उत्पादन में लगभग 68.27% की वृद्धि हुई।
- $^{99}$ Mo: 0.02 cm की तुलना में 0.25 cm पर उत्पादन में लगभग 400% की वृद्धि हुई।
लक्ष्य व्यवहार्यता: तापीय गणनाओं से संकेत मिला कि 0.04 cm या उससे अधिक की LEU मोटाई के कारण $^{226}$ Ra लक्ष्य का तापमान उसके गलनांक (973 K) से ऊपर चला गया। फलस्वरूप, लक्ष्य की अखंडता बनाए रखने के लिए 0.04 cm को अधिकतम स्वीकार्य मोटाई के रूप में पहचाना गया।
अनुकूलित उत्पादन: 0.04 cm की इष्टतम मोटाई पर, पांच मिल्किंग चक्रों के बाद कुल $^{225}$ Ac का उत्पादन 4.32 GBq तक पहुँच गया। यह बिना LEU परत वाले कैप्सूल की तुलना में 19% और 0.02 cm की LEU परत की तुलना में 12% अधिक है।
अशुद्धियाँ: विश्लेषण ने पहचान की कि $^{226}$ Ra विकिरण से $^{227}$ Ac के उत्पादन के कारण $^{219}$ Rn रेडॉन आइसोटोप्स में सबसे अधिक इनहेलेशन डोज़ (साँस द्वारा ली गई खुराक) रखता है, हालांकि इसकी अल्प अर्ध-आयु (half-life) जोखिम को सीमित करती है। $^{222}$ Rn और इसके वंशज ( $^{218}$ Po, $^{214}$ Po) फेफड़ों के कैंसर के महत्वपूर्ण जोखिम प्रस्तुत करते हैं, जिसके लिए हॉट सेल्स में सख्त वेंटिलेशन और नेगेटिव प्रेशर नियंत्रण की आवश्यकता है। लंबे समय तक रहने वाले बीटा उत्सर्जक $^{227}$ Ac और $^{210}$ Pb को सावधानीपूर्वक अपशिष्ट रोकथाम की आवश्यकता के रूप में पहचाना गया।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र दावा करता है कि प्रस्तावित संशोधित LEU इलेक्ट्रोप्लेटिंग कैप्सूल एक थर्मल रिसर्च रिएक्टर के भीतर $^{99}$ Mo और $^{225}$ Ac के समवर्ती उत्पादन के लिए एक व्यवहार्य विधि प्रदान करता है। यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक पतली LEU परत से प्राप्त विखंडन न्यूट्रॉन का उपयोग करके $^{99}$ Mo के प्राथमिक उत्पादन से समझौता किए बिना $^{225}$ Ac के पूर्ववर्तियों (precursors) के उत्पादन को प्रभावी ढंग से बढ़ाया जा सकता है।

लेखकों का निष्कर्ष है कि जबकि मोटी LEU परतें उच्च उत्पादन दर प्रदान करती हैं, तापीय बाधाएं व्यावहारिक अनुप्रयोग को सीमित करती हैं। 0.04 cm की LEU मोटाई, बढ़ी हुई $^{225}$ Ac उत्पादन (बढ़े हुए तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्स के माध्यम से) और लक्ष्य सुरक्षा के बीच इष्टतम संतुलन प्रदान करती है। यह शोध सुझाव देता है कि यह दृष्टिकोण इंडोनेशिया के लिए घरेलू $^{99}$ Mo आपूर्ति क्षमताओं को बनाए रखते हुए $^{225}$ Ac की वैश्विक कमी को दूर करने में मदद कर सकता है। लेखक नोट करते हैं कि भविष्य के अध्ययनों को हर 6 दिन में LEU परत को बदलने की लॉजिस्टिक पद्धति को संबोधित करना चाहिए, क्योंकि $^{99}$ Mo को $^{225}$ Ra (26 दिन) की तुलना में कम विकिरण समय (6 दिन) की आवश्यकता होती है।