科學島團隊在聚變中子源生產醫(yī)用同位素研究取得進展

近日，中國科學院合肥物質院核能安全所韓運成副研究員團隊與湖北科技大學熊厚華等合作，在聚變中子源生產醫(yī)用同位素研究取得新進展，相關研究成果發(fā)表在核領域期刊《核科學與技術》（Nuclear Science and Techniques）上。

利用醫(yī)用同位素進行診斷治療，是提高人民健康水平不可或缺的重要手段。锝-99m（99mTc）是目前臨床診斷應用最為廣泛的醫(yī)用放射性同位素。我國的醫(yī)用同位素99mTc需求全部依賴進口，主要通過在實驗堆中輻照高濃縮鈾-235（235U）生成的鉬-99（99Mo）衰變得到，存在工藝復雜、成本高、長距離運輸損失等弊端以及核擴散風險。此外全球實驗反應堆數(shù)量少且面臨老化、維修、退役及意外事件等問題，使得鉬-99/锝-99m（99Mo/99mTc）供應面臨困難。

針對上述問題，研究團隊提出了一種基于氣動磁鏡聚變中子源驅動低濃縮鈾（LEU）的次臨界包層系統(tǒng)生產99Mo方案。該方案具有生產效率高、核廢物少、成本低、可同時生產多種醫(yī)用同位素等優(yōu)點。方案利用氘氘反應代替常規(guī)的氘氚反應提供高通量中子，氘相對氚易于獲取和操作，成本相對更低。產99Mo包層大小為100°扇面（5π/18），緊貼高中子通量區(qū)。利用蒙特卡洛方法對產99Mo包層進行了中子學分析，包括對包層次臨界倍增因子ks計算、反射層及屏蔽層優(yōu)化設計、中子通量密度分布、核熱分布以及 99Mo生產能力分析等。研究結果表明，所設計的聚變中子源驅動產99Mo包層滿足核臨界安全設計要求（ks<0.97），且保持較高的99Mo生產能力，24小時能夠生成99Mo約157居里（Ci），可滿足未來中國市場應用需求，為“健康中國”戰(zhàn)略提供強有力的技術支持。

圖1 氣動磁鏡聚變中子源驅動次臨界包層生產醫(yī)用同位素方案示意圖