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

Questo studio dimostra che il reattore di ricerca RSG-GAS dell'Indonesia, utilizzando una capsula di elettrodeposizione a basso arricchimento di uranio modificata, può produrre simultaneamente Molibdeno-99 e aumentare le rese di Attinio-225 fino a 4,3 GBq attraverso l'irraggiamento ottimizzato e molteplici cicli di mungitura.

Autori originali: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Pubblicato 2026-07-07

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CC BY 4.0

Autori originali: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Questa è una spiegazione generata dall'IA dell'articolo qui sotto. Non è stata scritta né approvata dagli autori. Per precisione tecnica, consulta l'articolo originale. Leggi il disclaimer completo

Il Quadro Generale: Due Medicinali da Una Macchina

Immaginate un reattore di ricerca nucleare come una cucina gigante e ad alta potenza. Di solito, questa cucina viene utilizzata per cuocere un tipo specifico di "pane radioattivo" chiamato Molibdeno-99 (99Mo). Quando questo pane si "raffredda" (decade), si trasforma in Tecnezio-99m, che i medici usano per scattare immagini simili a raggi X all'interno del corpo umano (come controllare il cuore o le ossa). Questo è il medicinale più comune utilizzato oggi nell'imaging nucleare.

Tuttavia, c'è una carenza di un tipo diverso di "medicinale" chiamato Attinio-225 (225Ac). Questo viene utilizzato per trattare il cancro, sparando piccole e potenti particelle alfa direttamente contro le cellule tumorali.

L'Obiettivo: I ricercatori volevano vedere se fossero in grado di cuocere entrambi i tipi di medicina contemporaneamente nella stessa cucina (il reattore RSG-GAS dell'Indonesia) senza rompere il forno o gli ingredienti.

Il Nuovo Strumento: Una Capsula a "Matrioska"

Per farlo, il team ha progettato un contenitore speciale, che chiamano capsula di elettrodeposizione LEU modificata. Pensate a questa capsula come a una serie di matrioske o a un sandwich a strati:

Il Guscio Esterno: Un contenitore in acciaio inossidabile.
Il Ripieno (L'"Impasto"): Uno strato molto sottile di Uranio a Basso Arricchimento (LEU). Quando il reattore spara neutroni contro questo strato, esso si scinde (fissiona), creando il Molibdeno-99 necessario per l'imaging.
Il Centro (Il "Cuore"): Proprio al centro della capsula, circondato da gas elio, si trova un piccolo bersaglio di Radio-226.

Come funziona:
Quando lo strato di Uranio si scinde, non crea solo Molibdeno; emette anche neutroni "veloci" (come proiettili ad alta velocità). Questi proiettili veloci colpiscono il Radio-226 al centro. Questa collisione trasforma il Radio in Radio-225, che infine decade nell'Attinio-225, utilizzato per combattere il cancro.

L'Esperimento: Trovare lo Spessore Perfetto

I ricercatori dovevano capire quanto dovesse essere spesso l'impasto di Uranio.

Troppo Sottile: Se lo strato di Uranio è troppo sottile, non crea abbastanza neutroni veloci per trasformare il Radio in Attinio in modo efficiente.
Troppo Spesso: Se lo strato di Uranio è troppo spesso, crea troppo calore. Immaginate di mettere una bistecca gigante in una padella piccola; la padella diventa così calda da rischiare di sciogliere il manico. In questo caso, il calore potrebbe sciogliere il bersaglio di Radio, rovinando l'esperimento.

I Risultati:

Hanno simulato diversi spessori. Hanno scoperto che rendere lo strato di Uranio più spesso aumentava la produzione di entrambi i medicinali.
Tuttavia, hanno incontrato un muro di "punto di fusione". Se lo strato era più spesso di 0,04 cm, il calore sarebbe stato troppo elevato perché il Radio potesse sopravvivere.
Il Punto Ottimale: Hanno determinato che 0,04 cm è lo spessore perfetto. È abbastanza spesso da produrre molto medicinale, ma abbastanza sottile da evitare che il bersaglio si sciolga.

Il Raccolto: Mungere il Medicinale

Una volta che la capsula è nel reattore per 26 giorni, il Radio-226 si trasforma in Radio-225, che poi si trasforma in Attinio-225.

I ricercatori hanno calcolato un programma di "mungitura" (come mungere una mucca per il latte). Hanno scoperto che se aspettano 17,5 giorni ed estraggono (separano) l'Attinio, ottengono la resa massima.

Ripetendo questo processo 5 volte, possono produrre un totale di 4,32 GBq (una misura di radioattività) di Attinio-225.
Questo è circa il 19% in più rispetto a quello che otterrebbero se non usassero lo strato di Uranio.

Il Controllo di Sicurezza: I Gas "Fantasma"

I ricercatori hanno anche esaminato i "rifiuti" o le impurità create durante questo processo.

Il Problema del Radon: Uno dei sottoprodotti è il gas Radon. Nello specifico, un tipo chiamato Radon-219. Il documento nota che, sebbene questo gas sia radioattivo, decade così rapidamente (in pochi secondi) che probabilmente non potrà viaggiare abbastanza lontano da essere inalato dai lavoratori se indossano maschere standard.
Il Problema del Radon-222: Un altro tipo di Radon (Radon-222) è prodotto dal Radio. Questo è più pericoloso perché rimane in circolazione più a lungo e i suoi "figli" (prodotti di decadimento) possono causare danni ai polmoni se inalati.
La Soluzione: Il documento suggerisce che le normali misure di sicurezza, come l'uso di stanze a pressione negativa (affinché l'aria fluisca verso l'interno anziché verso l'esterno) e l'uso di dispositivi di protezione completa, sono sufficienti per gestire questi rischi.

In Sintesi

Il documento conclude che è possibile utilizzare il reattore di ricerca dell'Indonesia per produrre simultaneamente sia il medicinale per l'imaging (Molibdeno-99) che il medicinale per il trattamento del cancro (Attinio-225). Utilizzando una capsula appositamente progettata con uno strato di Uranio spesso 0,04 cm, possono aumentare la produzione dell'Attinio che combatte il cancro senza sciogliere il bersaglio o violare i limiti di sicurezza del reattore.

Ciò che il documento non dice:

Non afferma che questo medicinale sia pronto per essere iniettato nei pazienti domani.
Non discute come questo ridurrà il costo del trattamento del cancro a livello globale.
Si concentra strettamente sulla fisica, sui calcoli del calore e sui numeri di produzione all'interno della simulazione del reattore.

Sintesi Tecnica: Produzione Simultanea di Molibdeno-99 e Attinio-225 utilizzando il Reattore di Ricerca Indonesiano (RSG-GAS)

Problematica
La domanda globale di Tecnezio-99m ( $^{99m}$ Tc), il prodotto di decadimento del Molibdeno-99 ( $^{99}$ Mo), rappresenta oltre l'80% dei radioisotopi utilizzati nella medicina nucleare per la diagnostica per immagini. Contemporaneamente, l'Attinio-225 ( $^{225}$ Ac), un promettente emettitore alfa per la Terapia con Radioisotopi Mirati (TRT), affronta gravi carenze di produzione. Gli attuali metodi di produzione di $^{225}$ Ac si basano su scorte limitate di Torio-229 o su metodi basati su acceleratori (spallazione, trasmutazione, reazioni fotonucleari). Questo studio affronta la sfida della produzione simultanea di $^{99}$ Mo e $^{225}$ Ac all'interno di un ambiente di reattore di ricerca termico, specificamente il Reattore di Ricerca G.A. Siwabessy (RSG-GAS) in Indonesia, modificando le esistenti capsule di elettrodeposizione di Uranio Arricchito con Basso Contenuto (LEU).

Metodologia
La ricerca ha utilizzato il codice di trasporto di particelle Monte Carlo OpenMC con la libreria di dati nucleari ENDF/B VIII.0 per modellare il primo nucleo operativo del RSG-GAS. La configurazione del nucleo consiste in 12 elementi di combustibile e 6 elementi di controllo, utilizzando U $_3$ O $_8$ disperso in una matrice di alluminio con un arricchimento di $^{235}$ U del 19,75%.

È stata progettata una capsula di elettrodeposizione LEU modificata per l'irradiazione nella Posizione di Irradiazione Centrale (CIP). La modifica ha comportato l'impianto di un bersaglio di 1 grammo di Radio-226 ( $^{226}$ Ra) al centro della capsula, circondato da gas elio e da un sottile strato di LEU. Lo studio ha ipotizzato che le reazioni di fissione all'interno del sottile strato di LEU generino neutroni veloci, potenziando così la reazione $^{226}$ Ra(n,2n) $^{225}$ Ra (soglia ~6,5 MeV), che successivamente decade in $^{225}$ Ac.

I parametri di simulazione includevano:

Irradiazione: 26 giorni a una potenza termica costante di 15 MW.
Raffreddamento: 7 giorni post-irradiazione.
Variabile: Lo spessore dello strato di LEU è stato variato tra 0,01 cm e 0,25 cm per valutare gli impatti su reattività, generazione di potenza, flusso neutronico e vitalità del bersaglio.
Analisi Termica: Un'equazione di conduzione del calore di Fourier 1D in coordinate cilindriche è stata applicata per calcolare le distribuzioni di temperatura, garantendo che il bersaglio di $^{226}$ Ra (punto di fusione 973 K) non si fondesse.
Simulazione di "Milking" (Estrazione): La produzione di $^{225}$ Ac è stata modellata su 120 giorni con cinque cicli di separazione (estrazione) ogni 17,5 giorni.
Analisi delle Impurità: Le densità dei radionuclidi sono state analizzate per stimare le dosi di radiazioni dalle impurità, concentrandosi specificamente sugli isotopi del Radon ( $^{222}$ Rn, $^{219}$ Rn) e sulla progenie del Polonio.

Risultati Chiave

Neutronica e Reattività: L'aumento dello spessore dello strato di LEU è correlato a un maggiore inserimento di reattività e alla generazione di potenza totale. Allo spessore massimo testato di 0,25 cm, lo strato di LEU ha generato circa 1000 kW con un inserimento di reattività di ~1,13$, avvicinandosi ai limiti di criticità rapida. Gli strati più spessi hanno anche prodotto uno spettro neutronico più "duro", aumentando il flusso di neutroni veloci favorevoli alla reazione (n,2n).
Rese di Produzione:
- $^{225}$ Ra: La produzione è aumentata di circa il 68,27% quando lo spessore del LEU è passato da 0,02 cm a 0,25 cm.
- $^{99}$ Mo: La produzione è aumentata di circa il 400% a 0,25 cm rispetto a 0,02 cm.
Vitalità del Bersaglio: I calcoli termici hanno indicato che spessori di LEU pari o superiori a 0,04 cm causavano il superamento del punto di fusione (973 K) del bersaglio di $^{226}$ Ra. Di conseguenza, 0,04 cm è stato identificato come lo spessore massimo accettabile per mantenere l'integrità del bersaglio.
Produzione Ottimizzata: Allo spessore ottimale di 0,04 cm, la produzione totale di $^{225}$ Ac dopo cinque cicli di estrazione ha raggiunto 4,32 GBq. Ciò rappresenta un aumento del 19% rispetto a una capsula senza strato di LEU e un aumento del 12% rispetto a un livello di LEU di 0,02 cm.
Impurità: L'analisi ha identificato il $^{219}$ Rn come il responsabile della dose di inalazione più elevata tra gli isotopi del radon, a causa della generazione di $^{227}$ Ac dall'irradiazione del $^{226}$ Ra, sebbene la sua breve emivita ne limiti il rischio. Il $^{222}$ Rn e la sua progenie ( $^{218}$ Po, $^{214}$ Po) presentano rischi significativi di tumore ai polmoni in caso di inalazione, richiedendo rigorosi controlli di ventilazione e di pressione negativa nelle hot cell. Gli emettitori beta a lunga vita $^{227}$ Ac e $^{210}$ Pb sono stati identificati come richiedenti un attento contenimento dei rifiuti.

Significatività e Rivendicazioni
L'articolo sostiene che la proposta capsula di elettrodeposizione LEU modificata offre un metodo praticabile per la produzione simultanea di $^{99}$ Mo e $^{225}$ Ac all'interno di un reattore di ricerca termico. Lo studio dimostra che l'utilizzo dei neutroni di fissione da un sottile strato di LEU può effettivamente potenziare la produzione di precursori di $^{225}$ Ac senza compromettere la produzione primaria di $^{99}$ Mo.

Gli autori concludono che, sebbene gli strati di LEU più spessi producano tassi di produzione più elevati, i vincoli termici ne limitano l'applicazione pratica. Uno spessore di LEU di 0,04 cm fornisce il bilanciamento ottimale tra l'incremento della produzione di $^{225}$ Ac (tramite l'aumento del flusso di neutroni veloci) e la sicurezza del bersaglio. La ricerca suggerisce che questo approccio potrebbe aiutare ad alleviare la carenza globale di $^{225}$ Ac mantenendo al contempo le capacità di fornitura domestica di $^{99}$ Mo per l'Indonesia. Gli autori osservano che studi futuri dovranno affrontare il metodo logistico per la sostituzione dello strato di LEU ogni 6 giorni, poiché il $^{99}$ Mo richiede un tempo di irradiazione più breve (6 giorni) rispetto al $^{225}$ Ra (26 giorni).