Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 550

25. ledna 2013

Technecium 99m a jeho výroba

Radionuklidy používané v medicíně při diagnostice nádorů a dalších onemocnění se vyrábějí ve speciálních experimentálních jaderných reaktorech. Práce s radionuklidy podléhá přísným regulím stejně jako jejich výroba. Nejpoužívanějším lékařským radionuklidem je technecium 99m (^99mTc). Polotovarem – mateřským radionuklidem – pro přípravu technecia 99m je molybden 99 (⁹⁹Mo).

Technecium 99m se každý rok jako radioindikátor uplatní při desítkách milionů diagnostických zákroků. Radionuklid je nejprve navázán na farmakum, které se vpraví pacientovi do těla a sleduje se jeho kumulace. Oblast, kde se bude radiofarmakum kumulovat, je určena právě zvoleným farmakem, na nějž je ^99mTc navázáno (například nádorové buňky mají oproti zbytku těla větší tendenci propouštět velké molekuly, třeba polymerních nosičů léčiva, atp.). Následuje vyšetření pacienta na gama kameře nebo přístroji SPECT. Detekcí radionuklidu je možné zobrazit aktivní části nádorů, záněty, léze či cysty. Lze tak zobrazit i oblasti, které by na CT nebyly dostatečně patrné. Velmi častá jsou i vyšetření ledvin a močových cest u malých dětí, dále vyšetření srdce a klasifikace nádorů, dokonce i vyšetření celkového objemu krve.

Radionuklid navázaný na farmakum musí mít vhodný poločas rozpadu. Ten nesmí být ani příliš krátký (aby bylo možné jej přepravovat), ani příliš dlouhý (aby se radionuklid nehromadil v těle). Bývá to od dvou hodin až po několik desítek hodin. Dále je třeba, aby byl radionuklid při rozpadu zdrojem gama záření o energii řádově stovky keV. V případě nízké energie záření by ho bylo obtížné detekovat. A samozřejmě nesmí být radionuklid ani produkty jeho přeměny toxický. Tyto produkty by také měly být buď stabilní, nebo s poločasem rozpadu v řádu stovek let tak, aby byly z těla vyloučeny a nezatěžovaly organismus.

Zdroj ^99mTc
Technecium 99m bylo objeveno v roce 1938 při ostřelování molybdenu 99 neutrony. Tento způsob přípravy se používá dodnes. Celý proces výroby je komplikován krátkým šestihodinovým poločasem rozpadu ^99mTc. Proto není možné technecium skladovat a přepravovat na velké vzdálenosti. Nejdříve se v reaktoru ozáří vysoce obohacený uran a vznikne ⁹⁹Mo s poločasem rozpadu 66 hodin, což už v zásadě umožňuje transport a krátkodobé přechovávání. V jiném zařízení umístěném poblíž nemocnice potom probíhá přeměna molybdenu 99 na technecium 99m.

Technecium 99m v Čechách: výroba v ÚJV Řež

Díky jedné z krizí při výrobě technecia (výpadek reaktoru v holandském Pettenu, který produkuje většinu lékařských radionuklidů pro celou Evropu) v červenci 2008 se rozhodl ÚJV Řež zpracovat studii zaměřenou na technologii ozařování. Studie vedla k realizaci výroby radionuklidových zářičů pro využití v průmyslu a zdravotnictví a jejich následné přepravy do Belgie. Vybraným pracovištěm je řežský výzkumný reaktor LVR-15, z nějž se převáží izotop molybdenu ⁹⁹Mo do ústavu Institute for Radio-Elements (IRE) ve Felurus. Tento reaktor představuje zálohu pro případ výpadku ozařování v některém z reaktorů ve Francii, Belgii či Holandsku.

Postup výroby ⁹⁹Mo
Ozařování čehokoliv v reaktoru není jednoduchý úkol. Je třeba pečlivě měřit dávky, abychom dostali ve výsledku to, co potřebujeme, proces musí být dostatečně rychlý (kvůli krátkým poločasům rozpadu), personál nesmí být ohrožen zářením. Celý proces má proto jasně daná pravidla a bezpečnostní opatření. Podívejme se na postup ozařování terčů z vysoce obohaceného uranu.

1. Terče a ozařovací pouzdra

Terče z vysoce obohaceného uranu se do aktivní zóny reaktoru vkládají ve speciálních pouzdrech. Samotné terče mají tvar trubičky o vnějším průměru 2,2 cm a délce 16 cm. Během jedné provozní kampaně se do reaktoru umístí maximálně 24 terčů, které dohromady představují 96 g ²³⁵U. Ozařování trvá 144 až 180 hodin.

V jednom pouzdře jsou umístěny 3 terče. Pouzdro je vyrobeno ze slitiny hliníku a je ukončeno výstupkem, který umožňuje uchopení zakládacím zařízením DORA 1 nebo manipulační tyčí. Pouzdra je možné používat opakovaně; ne však ihned po předchozím použití, protože ozařováním vznikne v materiálu pouzdra indukovaná radioaktivita. Je třeba počkat jeden rok, než poklesne radioaktivita pouzdra na úroveň umožňující přímou manipulaci obsluhy. Během jednoho roku projde reaktorem až 360 pouzder.

2. Vkládání pouzder

Vzorky vložené do pouzder se zakládají do reaktoru pomocí manipulační tyče. Ta je standardním vybavením reaktoru sloužícím pro zakládání ozařovacích pouzder. Před vkládáním pouzder se musí reaktor zastavit. Až poté je možné pouzdra vložit do ozařovacích kanálů. Tyto smyčkové kanály procházejí vnitřním prostorem reaktoru mezi palivovými soubory a regulačními tyčemi. Nedosahují ovšem až na dno, končí kousek nad aktivní zónou. Takové kanály jsou v reaktoru LVR-15 k dispozici celkem čtyři a do každého z nich se vejdou dvě ozařovací pouzdra. Tím je jasné, proč je do reaktoru založeno vždy maximálně 24 terčů v jedné provozní kampani.

3. Ozařování

Během ozařování, které trvá 6 až 7,5 dne, získá terč ohromnou aktivitu, a to 200 TBq. Případný kontakt obsluhy s takovou látkou by byl smrtící. Proto je nutné s ozářenými terči zacházet s velikou pečlivostí a především podle bezpečnostních předpisů.

4. Vyjmutí terčů z reaktoru

Po ozáření a odstavení reaktoru se terče šest hodin chladí. Poté se uchopí pomocí zakládacího zařízení DORA 1 a přenesou se nad kanál, jímž se spustí ho horké komory 1. Zařízení DORA 1 je umístěno na víku reaktoru. Víko je složeno z několika otáčivých kruhových segmentů. Jejich otáčením je možné přesouvat zařízení DORA 1 nad libovolné místo reaktoru, tedy i nad ozařovací kanály a transportní trubku ústící do horké komory 1. V této komoře se pomocí manipulátoru vyjmou terče z pouzder a poté se převezou do horké komory 5.

5. Transport

K převozu vysoce radioaktivní látky se používá speciální obalový soubor. Typ souborů používaných pro transport do Belgie se nazývá Agnes. Jde o 110 cm vysoký válec s průměrem 77 cm. Zevnitř je vyložen olověným stíněním a uvnitř se udržuje podtlak. Je opatřen deformačními zónami, které mají tlumit případný náraz. Bez nich váží obalový soubor 4,4 tuny, s nimi 5,4 tun.

Nad horkou komorou 5 je přístavek, který slouží k ukládání ozářených materiálů do obalových souborů.

Pro odvoz plné produkce jedné provozní kampaně reaktoru (24 terčů) postačí čtyři obalové soubory Agnes. Jsou složeny ze dvou kamiónů v reaktorové hale a pak se po jednom převážejí do přístavku. V této hale také probíhá kontrola těsnosti obalových souborů. Následuje patnáctihodinová cesta do Belgie.

Celý proces trvá více než týden. Všechny činnosti se podle požadavků belgického ústavu IRE přesně plánují. Zpracování ozářených pouzder v horkých komorách začíná v sedm hodin ráno. Reaktor může být znovu uveden na výkon po 20 až 26 hodinách.

Výrobci lékařských radionuklidů ve světě

Významným meziproduktem při výrobě technecia 99m je molybden 99. Na čele celosvětové produkce technecia 99m a molybdenu 99 stojí Kanada, Holandsko, do klubu nejvýznamnějších producentů se dere Rusko.

Kanada

Nejvýznamnějším světovým reaktorem ve výrobě lékařských radionuklidů je kanadský NRU (National Research Universal), který obstarává 60 % světové produkce. Tento reaktor byl poprvé spuštěn už v roce 1957. V roce 2007 byl z důvodu pravidelné kontroly odstaven. Společnost AECL, která reaktor provozuje, bohužel nezařídila náhradu, což znamenalo obrovský výpadek ve výrobě technecia 99m. Další odstávka nebyla plánovaná. Začala v půli května 2009, když obsluha zaznamenala únik kapaliny z reaktorové nádoby. Příčinou úniku těžké vody byla koroze. Z reaktoru bylo nutné před opravami vyložit veškeré palivo, což odstávku značně protáhlo. Trvala až do srpna roku 2010.

Na techneciu z Kanady je každý rok závislých 5 milionů pacientů, což je přes 50 % všech vyšetření pomocí radiofarmak.

Holandsko

Nejvýznamnějším dodavatelem lékařských radionuklidů v Evropské unii je holandské výzkumné centrum v Pettenu. Produkce představuje 60 % spotřeby Evropské unie. Jsou zde umístěny dva jaderné reaktory – starší s výkonem 30 kW byl spuštěn v roce 1960 a je používán pro výrobu neutronů pro výzkum, o rok novější reaktor má výkon 45 MW (bývá označován zkratkou HFR – High Flux Reactor) a kromě jiného produkuje molybden 99, který se používá pro výrobu technecia 99m. Životnost tohoto reaktoru by měla skončit v roce 2015, kdy by měla být uvedena do provozu náhrada.

Rusko

Ruská jaderná medicína značně pokulhává za světovými standardy. Podle statistik dnes nemocnice po celém světě používají více než 130 diagnostických metod, zatímco ruské nemocnice jich používají nanejvýš 30. A to jen v nejlepších výzkumných centrech. Výsledkem je, že ruský pacient s onkologickým onemocněním má jen desetiprocentní šanci, že bude léčen moderními metodami, odpovídajícími světové praxi. Rusko se snaží tuto situaci zlepšit. S programem rozšíření jaderné medicíny v zemi přišla státní jaderná společnost Rosatom. Zásadním krokem je ale modernizace zařízení, neboť Rusko netrpí ani tak nedostatkem nemocnic a onkologických center, jako spíše jejich zastaralostí.

Ruský objem výroby molybdenu 99 bude v blízké době zvýšen přibližně dva a půlkrát díky rozvoji centra pro výzkum jaderných reaktorů NIIAR v Dimitrovgradu. Zde začaly 11. prosince 2012 zkoušky druhé výrobní linky, která pomůže zajistit stálost dodávek molybdenu 99. Kromě další výrobní linky má být do konce roku 2013 vybudováno v Dimitrovgragu první ruské federální centrum radiologické medicíny.

Další státy

Technecium 99m vyrábí i francouzský reaktor Osiris v Saclay, belgický reaktor BR-2 a jihoafrický Safari-1. Všechny jsou staré více než 40 let. Místo některých už se plánují moderní náhrady.