כור היתוך קליעים יכול ליצור איזוטופים רפואיים נחוצים - עולם הפיזיקה

רתימת כוחו של היתוך גרעיני לייצור חשמל היא שאיפה ארוכת שנים של קהילת הפיזיקה. חברה אחת שפועלת לקראת מטרה זו היא מבוססת בבריטניה היתוך אור ראשון, המשתמשת בטכניקה הנקראת היתוך קליעים כדי ליצור תחנת כוח היתוך אינרציאלית פשוטה ובעלות נמוכה.

לאחר שאישרה בשנה שעברה שהטכנולוגיה שלה יכולה להשיג היתוך, פירסט לייט מפתחת כעת מדגמת רווחי אנרגיה נטו, המכונה מכונת 4. ותוך כדי עבודה עם חברת הנדסה ספרדית ואני עידו כדי לייעל את תכנון הכור, הצוות הבין שאפשר להשתמש בהיתוך קליעים גם לייצור מגוון איזוטופים רפואיים מבוקשים.

היתוך כליאה אינרציאלית, אחת משתי טכנולוגיות היתוך עיקריות בפיתוח, פועל על ידי דחיסה של מטרת דלק קטנה המכילה תערובת של איזוטופים מימן. בטמפרטורות ולחצים גבוהים מספיק, מתרחשות תגובות היתוך גרעיני בין דאוטריום וטריטיום במטרה.

טכניקת היתוך אינרציאלי הנפוצה ביותר - והגישה שבה מתקן ההצתה הלאומי הוכיח לראשונה רווח אנרגיה מהיתוך בדצמבר האחרון - משתמש בלייזרים בעלי עוצמה גבוהה כדי להפעיל את ההיתוך. First Light מפתחת גישה אחרת, שבה נורה טיל במהירות גבוהה (ובעלות נמוכה) לעבר המטרה. מגבר בתוך המטרה ממקד את אנרגיית הקליע, כאשר גלי ההלם שנוצרו סוחטים את הדלק עד כדי כך שהוא מתחמם וצפוף מספיק כדי להתמזג ולשחרר פעימה של אנרגיה.

רוב האנרגיה המשתחררת בהיתוך היא בצורה של נויטרונים בעלי אנרגיה גבוהה. אנרגיה זו נספגת על ידי שמיכה של ליתיום נוזלי המצפה את הדופן הפנימית של הכור, וניתן להפיק את החום להפקת חשמל. הנייטרונים משמשים גם ליצירת טריטיום, באמצעות תגובה עם שמיכת הליתיום הנוזלית.

"בעוד שהמוקד העיקרי של הכור היה במקור ייצור חשמל מהיתוך, הכור First Light מייצר גם טריטיום כדי להיות עצמאי בדלק טריטיום", מסביר ניק הוקר, מייסד משותף ומנכ"ל First Light. "טריטיום משמש את רוב כורי ההיתוך האחרים והוא במחסור, אז התחלנו לשנות את התכנון כדי לראות אם ייצור יתר של טריטיום אפשרי. במהלך החקירות הללו, מסביר הוקר, "הבנו גם שהנייטרונים האלה יכולים להיות שימושיים לייצור איזוטופים".

איזוטופים מבוקשים

רדיואיזוטופים נמצאים בשימוש נרחב ברפואה למגוון יישומים אבחנתיים וטיפוליים. הנפוץ ביותר הוא technetium-99m (Tc-99m), תוצר הריקבון של מוליבדן-99 (Mo-99). Tc-99m מועסק בעשרות מיליוני הליכי רפואה גרעינית מדי שנה, כולל הדמיית זלוף שריר הלב לאבחון מחלות לב וסריקות לאיתור ובביימת סרטן.

כיום, Mo-99 מיוצר בדרך כלל באמצעות ייצור מבוסס ביקוע בכמה כורים גרעיניים מזדקנים, ובשל זמן מחצית חיים של ימים ספורים בלבד, לא ניתן לאחסן אותו. ככזה, יש ביקוש הולך וגובר לדרכים חדשות לייצור Mo-99 ואיזוטופים רפואיים אחרים. גישה אחת היא להפציץ גרעינים של יסודות יציבים בניוטרונים בעלי אנרגיה גבוהה - כמו אלה שמייצרים הכור של First Light - מה שגורם להם לעבור לאיזוטופ הרדיו-איזוטופ הנדרש.

"הנייטרונים המיוצרים בהיתוך הם אנרגיה גבוהה, וגם השטף גבוה מאוד. זה אומר שיש טווח רחב מאוד לייצור איזוטופים עם היתוך כמקור הנייטרונים", מסביר הוקר. "בתיאוריה אנו יכולים ליצור מגוון גדול של איזוטופים שונים, כולל Mo-99." הצוות גם חקר איזוטופים המשמשים לטיפול בסרטן, כולל נחושת-67, סמאריום-153, לוטציום-177 ואיטריום-90.

תגובות הנגרמות על ידי ניוטרונים תלויות באנרגיה, כאשר כמה התמרות מחייבות נויטרונים בעלי אנרגיה גבוהה. מכיוון שהכור של First Light ייצר ניוטרונים בעלי אנרגיה גבוהה של 14 MeV, החברה עשויה להפיק תועלת מיצירת איזוטופים בעלי אנרגיית תגובה סף לייצור. "למרות שניתן לייצר את רוב האיזוטופים עם הפצצת נויטרונים באנרגיה גבוהה, עלינו למצוא היכן אנו תחרותיים בעלות או בעלי יתרון ייחודי", אומר הוקר עולם הפיזיקה.

הוקר מציין ש-First Light התנערה במקור מהרעיון של ייצור איזוטופים שכן שמיכת הנוזל של הכור מקשה על הנחת דגימה על הקיר הראשון, שם שטף הנייטרונים הוא הגבוה ביותר. עם זאת, הצוות תכנן כעת דרך לשלוט בנתיבי נויטרונים דרך השמיכה, המאפשרת לנייטרונים לחדור ולהתמקד באזורים ספציפיים שבהם ניתן למקם רכיבי ייצור איזוטופים.

חשוב מכך, ניתן להשיג זאת מבלי לפגוע ביכולתו של הכור לייצר חשמל. "יכול להיות לנו שמיכה עבה לייצור טוב של טריטיום וחשמל, אבל גם לאפשר לנוטרונים לצאת באזור ממוקד (שיכול לנוע) לייצור איזוטופים", מסביר הוקר. "משמעות הדבר היא שאנו יכולים לטפל בכל שלוש ההזדמנויות עם מעט פשרות".

First Light ממשיכה לעבוד בשיתוף פעולה הדוק עם IDOM על תכנון תא הכור שלה ופיתוח מכונה 4, שתשוכן במתקן ייעודי בקמפוס Culham של הרשות הבריטית לאנרגיה אטומית באוקספורדשייר. הבנייה צפויה להתחיל בשנה הבאה, כאשר הפעולות צפויות להתחיל בשנת 2027. "ברגע שהמערכת מבצעת זריקות עם תשואה גבוהה, זה עשוי לתת לנו הזדמנות לבחון את ייצור האיזוטופים כהוכחה לעיקרון", אומר הוקר.

גישה מוכחת

First Light היא לא החברה היחידה שמנצלת היתוך כדי ליצור איזוטופים רפואיים. SHINE Technologies של ארה"ב משתמשת בטכנולוגיית ההיתוך שלה כדי לייצר את האיזוטופ הטיפולי lutetium-177 (Lu-177). SHINE ביצעה את המכירות המסחריות הראשונות שלה של Lu-177 בשנת 2020 ולאחרונה פתחה את מתקן הייצור הגדול ביותר של Lu-177 בצפון אמריקה במטה שלה ב-Janesville, WI. החברה גם בונה כעת מתקן לייצור איזוטופים רפואיים מונע היתוך, The Chrysalis, לייצור Mo-99.

היתוך קליעים מציע נתיב חדש לאנרגיה נקייה, תקשורת קוונטית עבור תרבויות חייזרים

ייצור איזוטופים רפואיים הוא שלב 2 של מפת הדרכים ארבעת השלבים של SHINE לקראת יצירת אנרגיית היתוך. "ההתקדמות בטיפולים רדיו-פרמצבטיים הראו תוצאות מצוינות בהארכת חייהם של חולים שאחרת עלולים להיות חסרי אפשרויות", אומר מייסד ומנכ"ל SHINE גרג פיפר. "אנו נרגשים למלא תפקיד חשוב לוודא שטיפולים פורצי דרך אלה יגיעו למטופלים מהר יותר, ועלולים להציל או להאריך את חייהם של עשרות רבות של אלפי אנשים מדי שנה."

"אנו מאמינים שלהיתוך יש פוטנציאל לייצר איזוטופים לאבחון ולטפל בסרטן", אומר פיפר עולם הפיזיקה. "אנחנו רואים את עצמנו כחלוצים של החזון הזה, וזה נהדר לראות חברות אחרות שמעוניינות לפתח פתרונות שמפחיתים את תלות השוק בכורים גם כן".

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• ChartPrime. הרם את משחק המסחר שלך עם ChartPrime. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/projectile-fusion-reactor-could-generate-much-needed-medical-isotopes/