Reactor de fusión de proyectiles podría generar isótopos médicos muy necesarios

Reactor de fusión de proyectiles podría generar isótopos médicos muy necesarios

Marca de tiempo: 16 de agosto de 2023 4:00 a.m.

La máquina de la primera luz 3
Optimización de objetivos La Máquina 3 de First Light se emplea para lanzar proyectiles a velocidades ultraaltas necesarias para probar objetivos de fusión. Su sucesora, la Máquina 4, se utilizará para crear ignición, un paso fundamental hacia la energía de fusión autosostenible. (Cortesía: Primera fusión de luz)

Aprovechar el poder de la fusión nuclear para generar electricidad es una aspiración de larga data de la comunidad física. Una empresa que trabaja para lograr este objetivo tiene su sede en el Reino Unido. Primera fusión ligera, que utiliza una técnica llamada fusión de proyectiles para crear una planta de energía de fusión inercial simple y de bajo costo.

Habiendo confirmado el año pasado que su tecnología puede lograr la fusión, First Light está desarrollando ahora un demostrador de ganancia neta de energía, conocido como máquina 4. Y mientras trabajaba con una empresa de ingeniería española IDOM Para optimizar el diseño del reactor, el equipo se dio cuenta de que la fusión de proyectiles también podría usarse para producir una variedad de isótopos médicos muy solicitados.

La fusión por confinamiento inercial, una de las dos principales tecnologías de fusión en desarrollo, funciona comprimiendo un pequeño objetivo de combustible que contiene una mezcla de isótopos de hidrógeno. A temperaturas y presiones suficientemente altas, se producen reacciones de fusión nuclear entre el deuterio y el tritio en el objetivo.

La técnica de fusión inercial más común y el enfoque con el que la Instalación Nacional de Ignición Primera ganancia de energía demostrada por fusión. En diciembre pasado, utiliza láseres de alta potencia para desencadenar la fusión. First Light está desarrollando un enfoque diferente, en el que se dispara un proyectil de alta velocidad (y bajo costo) al objetivo. Un amplificador dentro del objetivo enfoca la energía del proyectil, y las ondas de choque resultantes comprimen el combustible tanto que se calienta y se vuelve lo suficientemente denso como para fusionarse y liberar un pulso de energía.

La mayor parte de la energía liberada por la fusión se encuentra en forma de neutrones de alta energía. Esta energía es absorbida por una capa de litio líquido que recubre la pared interior del reactor y el calor puede extraerse para generar electricidad. Los neutrones también se utilizan para crear tritio, mediante una reacción con la capa de litio líquido.

Nick Hawker
Centrado en la fusión Nick Hawker es el director ejecutivo y cofundador de First Light. (Cortesía: Primera fusión de luz)

“Si bien el objetivo principal del reactor era originalmente la producción de electricidad a partir de fusión, el reactor First Light también produce tritio para ser autosuficiente en combustible de tritio”, explica Nick Hawker, cofundador y director ejecutivo de First Light. “El tritio se utiliza en la mayoría de los demás reactores de fusión y es escaso, por lo que comenzamos a variar el diseño para ver si era posible una sobreproducción de tritio. Durante estas investigaciones, explica Hawker, “también nos dimos cuenta de que estos neutrones podrían ser útiles para la producción de isótopos”.

Isótopos en demanda

Los radioisótopos se emplean ampliamente en medicina para una variedad de aplicaciones diagnósticas y terapéuticas. El más frecuente es el tecnecio-99m (Tc-99m), el producto de la desintegración del molibdeno-99 (Mo-99). El Tc-99m se emplea en decenas de millones de procedimientos de medicina nuclear cada año, incluidas imágenes de perfusión miocárdica para diagnosticar enfermedades cardíacas y exploraciones para detectar y estadificar el cáncer.

En la actualidad, el Mo-99 se fabrica normalmente mediante producción basada en fisión en unos pocos reactores nucleares viejos y, debido a su vida media de sólo unos pocos días, no se puede almacenar. Como tal, existe una demanda creciente de nuevas formas de producir Mo-99 y otros isótopos médicos. Un enfoque consiste en bombardear núcleos de elementos estables con neutrones de alta energía (como los producidos por el reactor de First Light) provocando que se transmuten en el radioisótopo requerido.

“Los neutrones producidos por la fusión son de alta energía y el flujo también es muy elevado. Esto significa que existe un margen muy amplio para la producción de isótopos con la fusión como fuente de neutrones”, explica Hawker. "En teoría, podemos crear una amplia gama de isótopos diferentes, incluido el Mo-99". El equipo también ha estudiado isótopos utilizados para tratamientos contra el cáncer, incluidos el cobre-67, el samario-153, el lutecio-177 y el itrio-90.

Las reacciones inducidas por neutrones dependen de la energía y algunas transmutaciones requieren neutrones de alta energía. Dado que el reactor de First Light producirá neutrones de 14 MeV de alta energía, la empresa puede beneficiarse de la creación de isótopos que tengan un umbral de energía de reacción para la producción. "Si bien la mayoría de los isótopos se pueden fabricar mediante bombardeo de neutrones de alta energía, debemos encontrar dónde somos competitivos en términos de costos o tenemos una ventaja única", dice Hawker. Mundo de la física.

Hawker señala que First Light originalmente descartó la idea de la producción de isótopos ya que la capa líquida del reactor dificulta colocar una muestra en la primera pared, donde el flujo de neutrones es mayor. Sin embargo, el equipo ahora ha diseñado una forma de controlar las rutas de neutrones a través de la manta, permitiendo que los neutrones penetren y se concentren en regiones específicas donde se pueden colocar los componentes de producción de isótopos.

Es importante destacar que esto se puede lograr sin comprometer la capacidad del reactor para producir electricidad. "Podemos tener una capa gruesa para una buena producción de tritio y electricidad, pero también permitir que los neutrones salgan a una región enfocada (que puede moverse) para la producción de isótopos", explica Hawker. "Esto significa que podemos abordar las tres oportunidades con pocos compromisos".

First Light continúa trabajando estrechamente con IDOM en el diseño de la cámara de su reactor y el desarrollo de la Máquina 4, que se alojará en una instalación especialmente diseñada en el Campus Culham de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido en Oxfordshire. Se prevé que la construcción comience el próximo año, y es probable que las operaciones comiencen en 2027. "Una vez que el sistema esté realizando disparos de alto rendimiento, esto puede darnos la oportunidad de probar la producción de isótopos como prueba de principio", dice Hawker.

La visión de First Light de una planta de energía de fusión
máxima ambición First Light tiene como objetivo crear una planta de energía de fusión que produzca alrededor de 150 MW de electricidad, se encienda una vez cada 30 segundos y cueste menos de mil millones de dólares. (Cortesía: Primera fusión de luz)

Enfoque probado

First Light no es la única empresa que explota la fusión para crear isótopos médicos. Tecnologías BRILLO de EE.UU. está utilizando su tecnología de fusión para producir el isótopo terapéutico lutecio-177 (Lu-177). SHINE realizó sus primeras ventas comerciales de Lu-177 en 2020 y recientemente abrió el mayor instalación de producción de Lu-177 en Norteamérica en su sede en Janesville, WI. La compañía también está construyendo actualmente una instalación de producción de isótopos médicos impulsada por fusión, The Chrysalis, para producir Mo-99.

La producción de isótopos médicos es Fase 2 de la hoja de ruta de cuatro fases de SHINE hacia la generación de energía de fusión. "Los avances en las terapias radiofarmacéuticas han demostrado grandes resultados a la hora de prolongar la vida de los pacientes que, de otro modo, no tendrían opciones", afirma el fundador y director ejecutivo de SHINE. Greg Piefer. "Estamos entusiasmados de desempeñar un papel importante para garantizar que estas terapias innovadoras lleguen a los pacientes más rápido, salvando o extendiendo potencialmente la vida de muchas decenas de miles de personas cada año".

"Creemos que la fusión tiene el potencial de producir isótopos para diagnosticar y tratar el cáncer", dice Piefer. Mundo de la física. "Nos consideramos pioneros de esa visión y es fantástico ver a otras empresas interesadas en desarrollar soluciones que también reduzcan la dependencia del mercado de los reactores".

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