Il dottor Tobias Chemnitz presso l'impianto di prova per la produzione di Mo-99 presso l'FRM II presso il campus di ricerca di Garching. Credito:Reiner Müller, FRM II / TUM
La medicina nucleare utilizza, tra le altre cose, il tecnezio-99m per la diagnostica del tumore. Con oltre 30 milioni di applicazioni in tutto il mondo ogni anno, è il radioisotopo più utilizzato. Il materiale precursore, molibdeno-99, è prodotto principalmente nei reattori di ricerca. Uno studio presso l'Heinz Maier-Leibnitz Research Neutron Source (FRM II) presso l'Università tecnica di Monaco (TUM) mostra ora le opzioni per ridurre significativamente i rifiuti radioattivi prodotti durante la lavorazione in un prodotto medico.
Oltre l'85% di tutti gli esami diagnostici di medicina nucleare utilizza tecnezio-99m (Tc-99m). Nella sola Germania, ogni anno vengono distribuite più di 3 milioni di dosi. Accoppiato a molecole organiche adatte, il tecnezio viene distribuito in tutto il corpo attraverso il sangue e si accumula, ad esempio, nei tumori. Quando decade lì, la radiazione rilasciata rivela la posizione precisa del tumore.
Il tecnezio-99m è prodotto irradiando lastre di uranio, i cosiddetti bersagli, con un flusso di neutroni elevato che è praticamente disponibile solo nei reattori di ricerca. Inizialmente, a partire dall'uranio-235 questo produce molibdeno-99 (Mo-99), che decade a Tc-99m con un'emivita di 66 ore. Con un'emivita di sei ore quest'ultimo si converte in Tc-99, emettendo radiazioni gamma che possono essere misurate.
Più rifiuti dall'uranio a basso arricchimento
La spinta politica a sostituire l'uranio altamente arricchito con l'uranio a basso arricchimento si applica anche agli obiettivi utilizzati in campo medico. Questo è il motivo per cui l'impianto di irradiazione Mo-99 attualmente in costruzione presso l'FRM II è progettato per obiettivi con uranio a basso arricchimento.
"Tuttavia, questo dà origine a un grave problema:meno le piastre di uranio sono arricchite con uranio-235, minore è la resa specifica di Mo-99 durante l'irradiazione", afferma il dott. Tobias Chemnitz, scienziato dello strumento presso la struttura di irradiazione medica MEDAPP a FRM II.
Per soddisfare la domanda mondiale di Tc-99m, almeno il doppio delle lastre di uranio devono essere irradiate e lavorate, a seconda della tecnologia utilizzata. Ciò produce volumi di rifiuti corrispondentemente più elevati. Chemnitz ha affrontato questo problema nella sua tesi di dottorato presso l'Università Tecnica di Monaco.
Il nuovo processo evita fino a 15.000 litri di rifiuti radioattivi liquidi
Le lastre irradiate finali comprendono solo lo 0,1% circa di Mo-99. Per garantire una purezza sufficiente per applicazioni mediche, il Mo-99 deve essere accuratamente separato dal materiale rimanente.
Attualmente sono in uso due processi standard, basati rispettivamente su un processo acido e uno alcalino. Nella variante alcalina, l'intero bersaglio viene inizialmente trattato con soda caustica. Nel processo, Mo-99 viene disciolto preferenzialmente, mentre l'uranio è insolubile in questa soluzione e rimane solido. I prodotti di fissione residui vengono quindi separati dalla soluzione acquosa in un elaborato processo di separazione chimica.
Poiché gli obiettivi altamente arricchiti sono stati sostituiti da obiettivi a basso arricchimento, la stessa resa di molibdeno raddoppia i rifiuti radioattivi acquosi di livello medio risultanti a un volume annuale fino a 15.000 litri in tutto il mondo, che inoltre deve essere cementato per essere idoneo allo smaltimento finale , così che alla fine si producono rifiuti radioattivi con un volume di 375.000 litri ogni anno.
La soluzione:sbarazzarsi dell'acqua
Per alleviare questo problema, Chemnitz e il suo collega Riane Stene hanno sviluppato un nuovo metodo per estrarre Mo-99 senza l'uso della chimica acquosa.
In collaborazione con il gruppo di chimica del fluoro dell'Università Philipps di Marburg, i ricercatori hanno sviluppato un sistema in cui le piastre di prova di uranio-molibdeno reagiscono con il trifluoruro di azoto in un plasma. Queste piastre avevano lo stesso contenuto di molibdeno che sarebbe stato successivamente presente negli effettivi bersagli irradiati.
Infine, hanno separato l'uranio in eccesso dal molibdeno tramite una reazione controllata dalla luce. La separazione dei due elementi in questo modo è altrettanto efficiente del trattamento con idrossido di sodio eseguito nella prima fase della procedura di ritrattamento convenzionale, con la notevole eccezione che non produce rifiuti acquosi.
Solo sei importanti reattori di ricerca producono molibdeno-99
"Attualmente, sei importanti impianti di irradiazione in tutto il mondo producono Mo-99. Di questi reattori di ricerca, quattro hanno più di 40 anni, il che porta a riparazioni impreviste e arresti associati, come è già accaduto nel recente passato. Ecco perché siamo orgogliosi che l'FRM II, insieme al reattore francese Jules-Horowitz, sarà in grado di garantire la domanda europea di Mo-99 in futuro", afferma Tobias Chemnitz.
TUM ha presentato una domanda di brevetto per il processo. Nonostante siano ancora necessari ulteriori lavori di sviluppo, Chemnitz è fiduciosa che questo nuovo approccio fornirà una valida alternativa ai processi consolidati a medio termine.
La ricerca è pubblicata su Journal of Fluorine Chemistry . + Esplora ulteriormente
