راکتور همجوشی پرتابه می تواند ایزوتوپ های پزشکی بسیار مورد نیاز - Physics World را تولید کند

بهره برداری از قدرت همجوشی هسته ای برای تولید برق یک آرزوی دیرینه جامعه فیزیک است. یکی از شرکت هایی که برای رسیدن به این هدف تلاش می کند، مستقر در بریتانیا است اولین فیوژن نوری، که از تکنیکی به نام همجوشی پرتابه برای ایجاد یک نیروگاه همجوشی اینرسی ساده و کم هزینه استفاده می کند.

Having confirmed last year that its technology can achieve fusion, First Light is now developing a net energy gain demonstrator, known as ماشین 4. و در حین کار با شرکت مهندسی اسپانیایی IDOM to optimize the reactor design, the team realised that projectile fusion could also be used to produce a variety of sought-after medical isotopes.

همجوشی محصور اینرسی، یکی از دو فناوری اصلی همجوشی در دست توسعه، با فشرده سازی یک هدف کوچک سوختی حاوی مخلوطی از ایزوتوپ های هیدروژن کار می کند. در دماها و فشارهای کافی بالا، واکنش های همجوشی هسته ای بین دوتریوم و تریتیوم در هدف رخ می دهد.

رایج ترین تکنیک همجوشی اینرسی - و رویکردی که تأسیسات احتراق ملی با آن انجام می شود اولین بار انرژی حاصل از همجوشی را نشان داد دسامبر گذشته - از لیزرهای پرقدرت برای تحریک همجوشی استفاده می کند. First Light در حال توسعه یک رویکرد متفاوت است که در آن یک پرتابه با سرعت بالا (و کم هزینه) به سمت هدف شلیک می شود. یک تقویت کننده در داخل هدف، انرژی پرتابه را متمرکز می کند و امواج ضربه ای ناشی از آن سوخت را چنان فشرده می کند که به اندازه کافی داغ و متراکم می شود تا ذوب شده و پالس انرژی آزاد شود.

بیشتر انرژی آزاد شده از همجوشی به شکل نوترون های پرانرژی است. این انرژی توسط پوششی از لیتیوم مایع که دیواره داخلی راکتور را پوشانده است جذب می شود و گرما را می توان برای تولید برق استخراج کرد. نوترون ها همچنین برای ایجاد تریتیوم از طریق واکنش با پوشش لیتیوم مایع استفاده می شوند.

توضیح می‌دهد: «در حالی که تمرکز اصلی راکتور در اصل تولید الکتریسیته از همجوشی بود، راکتور First Light نیز تریتیوم تولید می‌کند تا در سوخت تریتیوم خودکفایی کند.» نیک هاوکر, First Light’s co-founder and CEO. “Tritium is used by most other fusion reactors and is in short supply, so we started to vary the design to see if over-production of tritium was possible. During these investigations, Hawker explains, “we also realised that these neutrons could be useful for isotope production”.

ایزوتوپ های مورد تقاضا

رادیوایزوتوپ ها به طور گسترده در پزشکی برای طیف وسیعی از کاربردهای تشخیصی و درمانی استفاده می شوند. شایع ترین آن تکنسیوم-99m (Tc-99m) است که محصول فروپاشی مولیبدن-99 (Mo-99) است. Tc-99m هر ساله در ده‌ها میلیون روش پزشکی هسته‌ای، از جمله تصویربرداری پرفیوژن میوکارد برای تشخیص بیماری قلبی، و اسکن برای تشخیص و مرحله‌بندی سرطان، استفاده می‌شود.

در حال حاضر، Mo-99 معمولاً با استفاده از تولید مبتنی بر شکافت در چند راکتور هسته‌ای قدیمی ساخته می‌شود و به دلیل نیمه‌عمر چند روزه، نمی‌توان آن را ذخیره کرد. به این ترتیب، تقاضای فزاینده ای برای راه های جدید برای تولید Mo-99 و سایر ایزوتوپ های پزشکی وجود دارد. یک روش بمباران هسته‌های عناصر پایدار با نوترون‌های پرانرژی است - مانند آن‌هایی که توسط راکتور First Light تولید می‌شوند - که باعث تبدیل آنها به رادیوایزوتوپ مورد نیاز می‌شود.

نوترون های تولید شده توسط همجوشی انرژی بالایی دارند و شار نیز بسیار زیاد است. هاوکر توضیح می دهد که این بدان معناست که دامنه بسیار وسیعی برای تولید ایزوتوپ با همجوشی به عنوان منبع نوترون وجود دارد. ما در تئوری می توانیم طیف وسیعی از ایزوتوپ های مختلف از جمله Mo-99 ایجاد کنیم. این تیم همچنین ایزوتوپ های مورد استفاده برای درمان سرطان از جمله مس-67، ساماریوم-153، لوتسیم-177 و ایتریوم-90 را مورد مطالعه قرار داده اند.

واکنش‌های ناشی از نوترون وابسته به انرژی هستند و برخی دگرگونی‌ها نیاز به نوترون‌های پرانرژی دارند. از آنجایی که راکتور First Light نوترون‌های پرانرژی 14 مگا الکترون ولت تولید می‌کند، این شرکت ممکن است از ایجاد ایزوتوپ‌هایی که انرژی واکنش آستانه‌ای برای تولید دارند، سود ببرد. هاوکر می‌گوید: «در حالی که بیشتر ایزوتوپ‌ها را می‌توان با بمباران نوترونی با انرژی بالا ساخت، ما باید مکان‌هایی را که مقرون به صرفه هستیم یا مزیت منحصربه‌فردی داریم، پیدا کنیم.» دنیای فیزیک.

هاوکر خاطرنشان می کند که First Light در اصل ایده تولید ایزوتوپ را نادیده گرفت، زیرا پوشش مایع راکتور، قرار دادن نمونه را روی دیوار اول، جایی که شار نوترون بالاترین است، دشوار می کند. با این حال، تیم اکنون راهی برای کنترل مسیرهای نوترون از طریق پتو طراحی کرده است که به نوترون‌ها اجازه نفوذ و تمرکز بر روی مناطق خاصی را می‌دهد که می‌توان اجزای تولید ایزوتوپ را در آن قرار داد.

نکته مهم این است که این امر می تواند بدون به خطر انداختن توانایی راکتور برای تولید برق محقق شود. هاوکر توضیح می دهد: "ما می توانیم یک پوشش ضخیم برای تولید تریتیوم و الکتریکی خوب داشته باشیم، اما همچنین اجازه می دهیم نوترون ها در یک منطقه متمرکز (که می توانند حرکت کنند) برای تولید ایزوتوپ خارج شوند. این به این معنی است که ما می‌توانیم هر سه فرصت را با مصالحه کمی حل کنیم.»

First Light به همکاری نزدیک با IDOM بر روی طراحی محفظه راکتور خود و توسعه ماشین 4 ادامه می دهد که در یک تاسیسات هدفمند در پردیس Culham اداره انرژی اتمی بریتانیا در آکسفوردشایر قرار خواهد گرفت. پیش‌بینی می‌شود ساخت و ساز در سال آینده آغاز شود و عملیات احتمالاً در سال 2027 آغاز شود. هاوکر می‌گوید: «زمانی که سیستم عکس‌های با بازده بالا انجام می‌دهد، ممکن است به ما فرصتی بدهد تا تولید ایزوتوپ را به عنوان اثبات اصل آزمایش کنیم.

رویکرد اثبات شده

First Light تنها شرکتی نیست که از همجوشی برای ایجاد ایزوتوپ های پزشکی استفاده می کند. فن آوری های شاین ایالات متحده از فناوری همجوشی خود برای تولید ایزوتوپ درمانی lutetium-177 (Lu-177) استفاده می کند. SHINE اولین فروش تجاری Lu-177 خود را در سال 2020 انجام داد و اخیراً آن را افتتاح کرد بزرگترین مرکز تولید Lu-177 in North America at its headquarters in Janesville, WI. The company is also currently constructing a fusion-driven medical isotope production facility, The Chrysalis, to produce Mo-99.

همجوشی پرتابه مسیر جدیدی برای انرژی پاک، ارتباطات کوانتومی برای تمدن های بیگانه ارائه می دهد

تولید ایزوتوپ پزشکی است فاز 2 نقشه راه چهار فازی SHINE به سمت تولید انرژی همجوشی. بنیانگذار و مدیر عامل SHINE می گوید: «پیشرفت ها در درمان های رادیودارو نتایج بزرگی در افزایش عمر بیمارانی که در غیر این صورت ممکن است خارج از گزینه باشند، نشان داده است. گرگ پیفر. ما هیجان‌زده‌ایم که نقش مهمی در حصول اطمینان از این که این درمان‌های پیشگامانه سریع‌تر به بیماران می‌رسند، ایفا می‌کنیم و به طور بالقوه زندگی ده‌ها هزار نفر را در هر سال نجات می‌دهند یا افزایش می‌دهند.»

پیفر ​​می گوید: "ما معتقدیم که همجوشی پتانسیل تولید ایزوتوپ هایی برای تشخیص و درمان سرطان را دارد." دنیای فیزیک. ما خود را پیشگامان این چشم‌انداز می‌دانیم، و دیدن شرکت‌های دیگری که علاقه‌مند به توسعه راه‌حل‌هایی هستند که وابستگی بازار به راکتورها را کاهش می‌دهند، بسیار خوب است.»

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• ChartPrime. بازی معاملاتی خود را با ChartPrime ارتقا دهید. دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/projectile-fusion-reactor-could-generate-much-needed-medical-isotopes/