08/20/2013 - 10:29

如何摒弃高浓铀

大约 85% 的诊断性核医学操作(相当于每年三千万次操作)使用锝-99 这种亚稳态医用同位素。它是钼-99的衰变产物,钼-99 被认为是核医学中使用的最重要的放射性同位素。

钼-99有数种生产方法,其中对医疗应用而言最有效的方法是裂变 -- 用核反应堆中产生的热中子辐照铀靶件。这使得铀原子分裂(或裂变)成各种稳定态放射性的同位素,其中之一就是钼-99。这种同位素最终被送到发生器的制造商那里,制造商将发生器送到核医学中心。在那里,锝-99 被用来标记诊断性程序中使用的分子。

高浓铀(HEU)或低浓铀(LEU)都可以使来作为靶件(即反应堆堆芯中,发射中子诱发裂变的材料)。使用 HEU 不可避免地带有核扩散和核恐怖主义的风险。使用 LEU 可使这些风险显著降低。

从高到底。阿根廷国家原子能委员会(CNEA)负责进行核研究及发展,也负责如放射性同位素生产等应用及服务,1985 年开始生产钼-99,使用浓缩到 90% 以上的同位素 235 靶件。在 1988 年和 1989 年期间,该委员会的 RA-3 堆 -- 当时及现在都是拉美地区最重要的生产放射性同位素的反应堆 -- 被改造为使用 LEU 燃料,从而应对国际核扩散方面的担忧。当时,高浓铀最小化的下一步就是制定一套使用低浓铀靶进行钼生产的程序。

那时的第一个挑战是产生一个合适的的 LEU 靶件,让钼产量至少跟高浓铀靶件的一样多。为此,CNEA 负责燃料元素、靶件制造以及为钼分离和纯化所用靶件进行化学处理的各个组推出了一个联合项目,对一些铀化合物进行了测试,最后终于产生了一个 LEU 靶件,它在几何上跟以前用的高浓铀靶件相似,但铀含量更高。

要开始使用这些新的靶件,就需要对工厂的分离和纯化过程做一些改变,但基础设施只需作出轻微的调整即可。2002 年,LEU 靶件的钼-99 开始商业化生产。整个改造项目全是由委员会的工作人员开展的,并没有任何外部技术或资金支持。如今,CNEA 生产高品质的钼-99,可满足阿根廷的所有需求以及巴西需求的三分之一。此外,生产的钼-99 中约 15% 以锝-99 发生器的形式出口到巴西以外的拉美地区。

阿根廷从 HEU 到 LEU 的改造经验常在国际上被用来证明这样的转变在技术上和经济上是可行的。例子有: 2009 年美国国会指定的研究"无高浓铀的医用同位素生产";"有关医用放射性同位素供应之安全性的高级别小组"(High-Level Group on Security of Supply of Medical Radioisotopes)的出版物,旨在应对全球供应问题,以及在裂变放射性同位素生产中向 LEU 靶件的转化;还有美国能源部被称为"研究堆和试验堆低浓化"的计划。

CNEA 目前正在努力建造一个新的研究及生产反应堆,以及一个新的具有更高生产能力的裂变放射性同位素生产厂,这将有助于提高 使用 LEU 靶件生产的医用放射性同位素的供应。这将帮助避免锝-99 的供应危机 -- 2009 年,位于加拿大的一个锝工厂的问题引发了这一危机,这也将为全球高浓铀最小化的倡议做贡献。

鼓励转换。国际社会努力最大限度地减少 HEU 在民用部门的使用,这方面的工作正朝着正确的方向前进。上述诸项举措是宣传低浓化改造可行性及重要性的有力工具;国际原子能机构就这一主题协调会议并建立研究项目的努力也同样如此。在国家层面上,对裂变钼产品有强烈需求的国家应该偏向使用 LEU 靶件的供应商,并且限制基于 HEU 的产品。

CNEA 对转换过程贡献良多 -- 不仅改造了它自己的 RA-3 、 RA-6 反应堆堆芯和钼-99 生产过程,转用 LEU,而且还把它的 LEU 生产技术成功地转移给了国外的实体。这其中包括澳大利亚核科学和技术组织(Australian Nuclear Science and Technology Organisation)和埃及原子能管理局(Atomic Energy Authority of Egypt)。

总之,国家和多边努力有助于更好地理解民用领域消除 HEU 的重要性。这有利于世界变得更加安全。