🔬 physics

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

Deze studie toont aan dat de Indonesische RSG-GAS onderzoekreactor, gebruikmakend van een gemodificeerde elektropletingscapsule met laagverrijkt uranium, gelijktijdig Molybdeen-99 kan produceren en de opbrengst van Actinium-225 kan verhogen naar 4,3 GBq door middel van geoptimaliseerde bestraling en meerdere milkingcycli.

Oorspronkelijke auteurs: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Gepubliceerd 2026-07-07

📖 5 min leestijd🧠 Diepgaand

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

De Grote Visie: Twee Medicijnen uit Eén Machine

Stel je een nucleair onderzoekreactor voor als een enorme, krachtige keuken. Normaal gesproken wordt deze keuken gebruikt om één specifiek type "radioactief brood" te bakken, genaamd Molybdeen-99 (99Mo). Wanneer dit brood "oud" wordt (vervalt), verandert het in Technetium-99m, dat artsen gebruiken om röntgenachtige foto's van de binnenkant van het menselijk lichaam te maken (zoals het controleren van het hart of de botten). Dit is het meest gebruikte medicijn voor nucleaire beeldvorming vandaag de de dag.

Er is echter een tekort aan een ander soort "medicijn" genaamd Actinium-225 (225Ac). Dit wordt gebruikt om kanker te behandelen door kleine, krachtige alfadeeltjes direct op tumorcellen af te vuren.

Het Doel: De onderzoekers wilden zien of ze beide soorten medicijnen tegelijkertijd in dezelfde keuken (de RSG-GAS reactor in Indonesië) konden bakken zonder de oven of de ingrediënten te beschadigen.

Het Nieuwe Gereedschap: Een "Russische Matroesjka" Capsule

Om dit te doen, heeft het team een speciale container ontworpen, die zij een gemodificeerde LEU elektroplating capsule noemen. Denk aan deze capsule als een set Russische matroesjka-poppen of een gelaagde sandwich:

De Buitenste Schil: Een roestvrijstalen container.
De Vulling (Het "Beslag"): Een zeer dun laagje verarmd uranium (LEU). Wanneer de reactor neutronen op deze laag afvuurt, splitst deze zich (fission), waardoor het benodigde Molybdeen-99 ontstaat.
Het Midden (De "Vulling"): Precies in het midden van de capsule, omringd door heliumgas, bevindt zich een klein doelwit van Radium-226.

Hoe het werkt:
Wanneer de uraniumlaag splitst, produceert deze niet alleen Molybdeen, maar schiet het ook "snelle" neutronen naar buiten (als snelle kogels). Deze snelle kogels raken het Radium-226 in het midden. Deze botsing transformeert het Radium in Radium-225, wat uiteindelijk vervalt in het kankerbestrijdende Actinium-225.

Het Experiment: De Perfecte Dikte Vinden

De onderzoekers moesten uitzoeken hoe dik de Uranium-"beslag"-laag moest zijn.

Te Dun: Als de uraniumlaag te dun is, creëert deze niet genoeg snelle neutronen om het Radium efficiënt in Actinium te veranderen.
Te Dik: Als de uraniumlaag te dik is, creëert deze te veel hitte. Stel je voor dat je een enorme biefstuk in een kleine pan legt; de pan wordt zo heet dat het handvat kan smelten. In dit geval zou de hitte het Radium-doelwit kunnen doen smelten, wat het experiment zou verpesten.

De Resultaten:

Ze simuleerden verschillende diktes. Ze ontdekten dat het dikker maken van de uraniumlaag de productie van beide medicijnen verhoogde.
Echter, ze stuitten op een "smeltpunt"-muur. Als de laag dikker was dan 0,04 cm, zou de hitte te hoog zijn voor het Radium om te overleven.
Het Optimale Punt: Ze stelden vast dat 0,04 cm de perfecte dikte is. Het is dik genoeg om veel medicijn te maken, maar dun genoeg om het doelwit niet te laten smelten.

De Oogst: Het "Melken" van het Medicijn

Zodra de capsule 26 dagen in de reactor zit, verandert het Radium-226 in Radium-225, wat vervolgens verandert in Actinium-225.

De onderzoekers berekenden een "melkschema" (zoals het melken van een koe voor melk). Ze ontdekten dat als ze 17,5 dagen wachten en daarna het Actinium extraheren (scheiden), ze de hoogste opbrengst krijgen.

Door dit proces 5 keer te herhalen, konden ze in totaal 4,32 GBq (een maat voor radioactiviteit) aan Actinium-225 produceren.
Dit is ongeveer 19% meer dan ze zouden krijgen als ze de uraniumlaag helemaal niet zouden gebruiken.

De Veiligheidscontrole: De "Geest"-gassen

De onderzoekers keken ook naar de "afvalstoffen" of onzuiverheden die tijdens dit proces ontstaan.

Het Radon-probleem: Eén van de bijproducten is Radongas. Specifiek een type genaamd Radon-219. Het artikel merkt op dat hoewel dit gas radioactief is, het zo snel vervalt (binnen seconden) dat het waarschijnlijk niet ver genoeg zal reizen om ingeademd te worden door medewerkers als zij standaard maskers dragen.
Het Radon-222 Probleem: Een ander type Radon (Radon-222) wordt geproduceerd uit het Radium. Dit type is gevaarlijker omdat het langer aanwezig blijft en de "kinderen" (vervalproducten) ervan longschade kunnen veroorzaken bij inademing.
De Oplossing: Het artikel suggereert dat standaard veiligheidsmaatregelen, zoals kamers met negatieve druk (zodat de lucht naar binnen stroomt in plaats van naar buiten) en het dragen van volledige beschermende kleding, voldoende zijn om deze risico's te beheersen.

De Kern van het Verhaal

Het artikel concludeert dat het mogelijk is om de Indonesische onderzoekreactor te gebruiken voor de gelijktijdige productie van zowel het beeldvormingsmedicijn (Molybdeen-99) als het kankerbestrijdende medicijn (Actinium-225). Door een speciaal ontworpen capsule met een 0,04 cm dikke uraniumlaag te gebruiken, kunnen ze de productie van het kankerbestrijdende Actinium verhogen zonder het doelwit te laten smelten of de veiligheidslimieten van de reactor te overschrijden.

Wat het artikel niet zegt:

Het beweert niet dat dit medicijn morgen klaar is om in patiënten te worden geïnjecteerd.
Het bespreekt niet hoe dit de kosten van kankerbehandeling wereldwijd zal verlagen.
Het richt zich strikt op de fysica, de warmteberekeningen en de productiecijfers binnen de reactorsimulatie.

Technische Samenvatting: Gelijktijdige Productie van Molybdeen-99 en Actinium-225 met de Indonesische Onderzoeksreactor (RSG-GAS)

Probleemstelling
De wereldwijde vraag naar Technetium-99m ( $^{99m}$ Tc), het vervalproduct van Molybdeen-99 ( $^{99}$ Mo), beslaat meer dan 80% van de radio-isotopen voor nucleaire geneeskunde die worden gebruikt voor diagnostische beeldvorming. Tegelijkertijd kampt de productie van Actinium-225 ( $^{225}$ Ac), een veelbelovende alfa-emitter voor Targeted Radionuclide Therapy (TRT), met aanzienlijke tekorten. De huidige productiemethoden voor $^{225}$ Ac vertrouwen op beperkte voorraden van Thorium-229 of versnellermethoden (spallatie, transmutatie, fotonucleaire reacties). Deze studie adresseert de uitdaging van de gelijktijdige productie van $^{99}$ Mo en $^{225}$ Ac binnen een thermische onderzoeksreactoromgeving, specifiek de G.A. Siwabessy Research Reactor (RSG-GAS) in Indonesië, door bestaande LEU-elektroplatingcapsules te modificeren.

Methodologie
Het onderzoek maakte gebruik van de OpenMC Monte Carlo particle transport code met de ENDF/B VIII.0 nucleaire datalibraire om de eerste werkende kern van de RSG-GAS te modelleren. De kernconfiguratie bestaat uit 12 brandstofelementen en 6 regel-elementen, waarbij gebruik wordt gemaakt van U $_3$ O $_8$ gedispergeerd in een aluminiummatrix met een $^{235}$ U-verrijking van 19,75%.

Een gemodificeerde LEU-elektroplatingcapsule werd ontworpen voor bestraling in de Central Irradiation Position (CIP). De modificatie omvatte het implanteren van een 1 gram Radium-226 ( $^{226}$ Ra) target in het centrum van de capsule, omgeven door heliumgas en een dunne laag LEU. De studie veronderstelde dat splijtingsreacties binnen de dunne LEU-laag snelle neutronen zouden genereren, waardoor de $^{226}$ Ra(n,2n) $^{225}$ Ra reactie (drempelwaarde ~6,5 MeV) wordt versterkt, die vervolgens vervalt tot $^{225}$ Ac.

De simulatieparameters omvatten:

Bestraling: 26 dagen bij een constant thermisch vermogen van 15 MW.
Afkoeling: 7 dagen post-bestraling.
Variabele: De dikte van de LEU-laag werd gevarieerd tussen 0,01 cm en 0,25 cm om de effecten op reactiviteit, vermogensopwekking, neutronenflux en target-viabiliteit te beoordelen.
Thermische analyse: Een 1D Fourier warmtegeleidingsvergelijking in cilindrische coördinaten werd toegepast om temperatuurverdelingen te berekenen, om er zeker van te zijn dat het $^{226}$ Ra-target (smeltpunt 973 K) niet zou smelten.
Melking-simulatie: De productie van $^{225}$ Ac werd gemodelleerd over 120 dagen met vijf scheidingscycli (milking cycles) elke 17,5 dagen.
Onzuiverheidsanalyse: Radionuclide-densiteiten werden geanalyseerd om de stralingsdosissen van onzuiverheden in te schatten, met een specifieke focus op Radon-isotopen ( $^{222}$ Rn, $^{219}$ Rn) en Polonium-nakomelingen.

Belangrijkste Resultaten

Neutronica en Reactiviteit: Een toenemende dikte van de LEU-laag correleerde met een hogere reactiviteitsinjectie en totale vermogensopwekking. Bij de maximaal geteste dikte van 0,25 cm genereerde de LEU-laag ongeveer 1000 kW met een reactiviteitsinjectie van ~1,13$, wat de grenzen van de prompt kritikaliteit nadert. Dikker lagen produceerden ook een "harder" neutronenspectrum, wat de flux van snelle neutronen verhoogt die gunstig zijn voor de (n,2n) reactie.
Productieopbrengsten:
- $^{225}$ Ra: De productie nam met ongeveer 68,27% toe wanneer de LEU-dikte werd verhoogd van 0,02 cm naar 0,25 cm.
- $^{99}$ Mo: De productie nam met ongeveer 400% toe bij 0,25 cm vergeleken met 0,02 cm.
Target-viabiliteit: Thermische berekeningen gaven aan dat LEU-diktes van 0,04 cm of groter ervoor zorgden dat de temperatuur van het $^{226}$ Ra-target het smeltpunt (973 K) overschreed. Daarom werd 0,04 cm geïdentificeerd als de maximale acceptabele dikte om de integriteit van het target te waarborgen.
Geoptimaliseerde Productie: Bij de optimale dikte van 0,04 cm bereikte de totale productie van $^{225}$ Ac na vijf melkingscycli 4,32 GBq. Dit is een toename van 19% vergeleken met een capsule zonder LEU-laag en een toename van 12% vergeleken met een 0,02 cm LEU-laag.
Onzuiverheden: De analyse identificeerde $^{219}$ Rn als de isotopen met de hoogste inhalatie-dosis onder de radon-isotopen vanwege de vorming van $^{227}$ Ac uit $^{226}$ Ra-bestraling, hoewel de korte halfwaardetijd het risico beperkt. $^{222}$ Rn en zijn nakomelingen ( $^{218}$ Po, $^{214}$ Po) vormen een aanzienlijk risico op longkanker bij inademing, wat strikte ventilatie en negatieve drukcontrole in hot cells noodzakelijk maakt. Langlevende bèta-emittenten zoals $^{227}$ Ac en $^{210}$ Pb werden geïdentificeerd als stoffen die zorgvuldige afvalopslag vereisen.

Betekenis en Claims
Het artikel claimt dat de voorgestelde gemodificeerde LEU-elektroplatingcapsule een levensvatbare methode biedt voor de gelijktijdige productie van $^{99}$ Mo en $^{225}$ Ac binnen een thermische onderzoeksreactor. De studie demonstreert dat het gebruik van de splijtingsneutronen van een dunne LEU-laag de productie van $^{225}$ Ac-precursors effectief kan verhogen zonder de primaire productie van $^{99}$ Mo in gevaar te brengen.

De auteurs concluderen dat hoewel dikkere LEU-lagen hogere productieratest opleveren, thermische beperkingen de praktische toepassing beperken. Een LEU-dikte van 0,04 cm biedt de optimale balans tussen verhoogde $^{225}$ Ac-productie (via verhoogde snelle neutronenflux) en target-veiligheid. Het onderzoek suggereert dat deze aanpak kan helpen bij het verlichten van het wereldwijde tekort aan $^{225}$ Ac, terwijl de binnenlandse $^{99}$ Mo-voorziening voor Indonesië behouden blijft. De auteurs merken op dat toekomstige studies zich moeten richten op de logistieke methode voor het vervangen van de LEU-laag elke 6 dagen, aangezien $^{99}$ Mo een kortere bestralingstijd vereist (6 dagen) dan $^{225}$ Ra (26 dagen).