مفاعل الاندماج المقذوف يمكن أن يولد نظائر طبية تشتد الحاجة إليها - عالم الفيزياء

إن تسخير قوة الاندماج النووي لتوليد الكهرباء هو طموح طويل الأمد لمجتمع الفيزياء. إحدى الشركات التي تعمل على تحقيق هذا الهدف مقرها المملكة المتحدة أول ضوء فيوجن، والتي تستخدم تقنية تسمى اندماج المقذوفات لإنشاء محطة طاقة اندماجية بالقصور الذاتي بسيطة ومنخفضة التكلفة.

بعد أن أكدت في العام الماضي أن تقنيتها يمكنها تحقيق الاندماج النووي، تعمل شركة First Light الآن على تطوير أداة إثبات لكسب الطاقة الصافية، تُعرف باسم آلة 4. وأثناء العمل مع شركة هندسية إسبانية I عيدو ولتحسين تصميم المفاعل، أدرك الفريق أنه يمكن أيضًا استخدام اندماج المقذوفات لإنتاج مجموعة متنوعة من النظائر الطبية المرغوبة.

يعمل الاندماج بالقصور الذاتي، وهو أحد تقنيتي الاندماج الرئيسيتين قيد التطوير، عن طريق ضغط هدف وقود صغير يحتوي على خليط من نظائر الهيدروجين. عند درجات الحرارة والضغوط العالية بما فيه الكفاية، تحدث تفاعلات الاندماج النووي بين الديوتيريوم والتريتيوم في الهدف.

تقنية الاندماج بالقصور الذاتي الأكثر شيوعًا – والنهج الذي يتبعه مرفق الإشعال الوطني أظهر لأول مرة اكتساب الطاقة من الاندماج في ديسمبر الماضي - تم استخدام أشعة ليزر عالية الطاقة لتحفيز الاندماج. تعمل شركة First Light على تطوير نهج مختلف، حيث يتم إطلاق مقذوف عالي السرعة (ومنخفض التكلفة) على الهدف. يقوم مكبر الصوت الموجود داخل الهدف بتركيز طاقة المقذوف، حيث تضغط موجات الصدمة الناتجة على الوقود كثيرًا بحيث يصبح ساخنًا وكثيفًا بدرجة كافية لدمج وإطلاق نبضة من الطاقة.

غالبية الطاقة المنطلقة عن طريق الاندماج تكون على شكل نيوترونات عالية الطاقة. ويتم امتصاص هذه الطاقة بواسطة غطاء من الليثيوم السائل يبطن الجدار الداخلي للمفاعل، ويمكن استخلاص الحرارة لتوليد الكهرباء. تُستخدم النيوترونات أيضًا لتكوين التريتيوم، عن طريق التفاعل مع بطانية الليثيوم السائل.

"بينما كان التركيز الرئيسي للمفاعل في الأصل هو إنتاج الكهرباء من الاندماج، فإن مفاعل الضوء الأول ينتج أيضًا التريتيوم لتحقيق الاكتفاء الذاتي في وقود التريتيوم"، يوضح ذلك. نيك هوكر، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة First Light. "يتم استخدام التريتيوم في معظم مفاعلات الاندماج الأخرى وهو غير متوفر، لذلك بدأنا في تغيير التصميم لمعرفة ما إذا كان من الممكن الإفراط في إنتاج التريتيوم. ويوضح هوكر أنه خلال هذه التحقيقات، "أدركنا أيضًا أن هذه النيوترونات يمكن أن تكون مفيدة لإنتاج النظائر".

النظائر المطلوبة

تُستخدم النظائر المشعة على نطاق واسع في الطب لمجموعة من التطبيقات التشخيصية والعلاجية. والأكثر انتشارًا هو التكنيشيوم-99م (Tc-99m)، وهو ناتج اضمحلال الموليبدينوم-99 (Mo-99). يُستخدم Tc-99m في عشرات الملايين من إجراءات الطب النووي كل عام، بما في ذلك تصوير تروية عضلة القلب لتشخيص أمراض القلب، وعمليات المسح للكشف عن السرطان وتحديد مراحله.

في الوقت الحاضر، يتم تصنيع Mo-99 عادةً باستخدام الإنتاج القائم على الانشطار في عدد قليل من المفاعلات النووية القديمة، ونظرًا لعمر النصف الذي يبلغ بضعة أيام فقط، لا يمكن تخزينه. وعلى هذا النحو، هناك طلب متزايد على طرق جديدة لإنتاج Mo-99 والنظائر الطبية الأخرى. ويتمثل أحد الأساليب في قصف نوى العناصر المستقرة بالنيوترونات عالية الطاقة - مثل تلك التي ينتجها مفاعل فيرست لايت - مما يؤدي إلى تحولها إلى النظائر المشعة المطلوبة.

"إن النيوترونات الناتجة عن الاندماج هي ذات طاقة عالية، كما أن التدفق مرتفع جدًا أيضًا. ويوضح هوكر أن هذا يعني أن هناك نطاقًا واسعًا جدًا لإنتاج النظائر باستخدام الاندماج كمصدر للنيوترونات. "يمكننا من الناحية النظرية إنشاء مجموعة كبيرة من النظائر المختلفة، بما في ذلك Mo-99." وقام الفريق أيضًا بدراسة النظائر المستخدمة في علاج السرطان، بما في ذلك النحاس-67، والسماريوم-153، واللوتيتيوم-177، والإيتريوم-90.

تعتمد التفاعلات المحدثة بالنيوترونات على الطاقة، حيث تتطلب بعض التحولات نيوترونات عالية الطاقة. نظرًا لأن مفاعل First Light سينتج نيوترونات عالية الطاقة تبلغ 14 ميجا فولت، فقد تستفيد الشركة من إنشاء نظائر لها طاقة تفاعل عتبة للإنتاج. يقول هوكر: "بينما يمكن تصنيع معظم النظائر باستخدام قصف النيوترونات عالية الطاقة، يجب علينا أن نجد مكانًا نكون فيه قادرين على المنافسة من حيث التكلفة أو نتمتع بميزة فريدة". عالم الفيزياء.

يشير هوكر إلى أن شركة First Light استبعدت في الأصل فكرة إنتاج النظائر لأن الغطاء السائل للمفاعل يجعل من الصعب وضع عينة على الجدار الأول، حيث يكون تدفق النيوترونات في أعلى مستوياته. ومع ذلك، فقد صمم الفريق الآن طريقة للتحكم في مسارات النيوترونات عبر الغطاء، مما يسمح للنيوترونات بالاختراق والتركيز على مناطق محددة حيث يمكن وضع مكونات إنتاج النظائر.

والأهم من ذلك، أنه يمكن تحقيق ذلك دون المساس بقدرة المفاعل على إنتاج الكهرباء. يشرح هوكر: "يمكننا الحصول على غطاء سميك لإنتاج التريتيوم والكهرباء بشكل جيد، ولكن أيضًا نسمح للنيوترونات بالخروج في منطقة مركزة (يمكن أن تتحرك) لإنتاج النظائر". "وهذا يعني أنه يمكننا التعامل مع الفرص الثلاث مع القليل من التنازلات."

تواصل شركة First Light العمل بشكل وثيق مع IDOM في تصميم غرفة مفاعلها وتطوير الآلة 4، والتي سيتم وضعها في منشأة مخصصة لهذا الغرض في حرم كولهام التابع لهيئة الطاقة الذرية في المملكة المتحدة في أوكسفوردشاير. ومن المتوقع أن يبدأ البناء في العام المقبل، ومن المرجح أن تبدأ العمليات في عام 2027. يقول هوكر: "بمجرد أن يقوم النظام بأداء طلقات عالية الإنتاجية، قد يمنحنا هذا فرصة لاختبار إنتاج النظائر كدليل على المبدأ".

نهج ثبت

إن شركة First Light ليست الشركة الوحيدة التي تستغل الاندماج لإنتاج نظائر طبية. تقنيات شاين تستخدم الولايات المتحدة تكنولوجيا الاندماج لإنتاج النظير العلاجي اللوتيتيوم-177 (Lu-177). قامت SHINE بأول مبيعاتها التجارية للطائرة Lu-177 في عام 2020 وافتتحت مؤخرًا أكبر منشأة لإنتاج Lu-177 في أمريكا الشمالية في مقرها الرئيسي في جينسفيل، ويسكونسن. وتقوم الشركة حاليًا أيضًا ببناء منشأة لإنتاج النظائر الطبية تعتمد على الاندماج النووي، The Chrysalis، لإنتاج Mo-99.

يوفر اندماج القذائف مسارًا جديدًا للطاقة النظيفة ، والاتصالات الكمومية للحضارات الفضائية

إنتاج النظائر الطبية المرحلة 2 من خارطة طريق SHINE المكونة من أربع مراحل نحو توليد طاقة الاندماج. يقول المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة SHINE: "لقد أظهرت التطورات في العلاجات الصيدلانية الإشعاعية نتائج رائعة في إطالة حياة المرضى الذين قد لا تكون لديهم خيارات أخرى لولا ذلك". جريج بيفر. "نحن متحمسون للعب دور مهم في التأكد من وصول هذه العلاجات الرائدة إلى المرضى بشكل أسرع، مما يحتمل أن ينقذ أو يطيل حياة عشرات الآلاف من الأشخاص كل عام."

يقول بايفر: "نعتقد أن الاندماج النووي لديه القدرة على إنتاج نظائر لتشخيص وعلاج السرطان". عالم الفيزياء. "نحن نرى أنفسنا روادًا في هذه الرؤية، ومن الرائع أن نرى شركات أخرى مهتمة بتطوير حلول تقلل من اعتماد السوق على المفاعلات أيضًا."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• تشارت بريم. ارفع مستوى لعبة التداول الخاصة بك مع ChartPrime. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/projectile-fusion-reactor-could-generate-much-needed-medical-isotopes/