科學(xué)島團隊在聚變中子源生產(chǎn)醫(yī)用同位素研究取得進展

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全所韓運成副研究員團隊與湖北科技大學(xué)熊厚華等合作，在聚變中子源生產(chǎn)醫(yī)用同位素研究取得新進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在核領(lǐng)域期刊《核科學(xué)與技術(shù)》（Nuclear Science and Techniques）上。

利用醫(yī)用同位素進行診斷治療，是提高人民健康水平不可或缺的重要手段。锝-99m（99mTc）是目前臨床診斷應(yīng)用最為廣泛的醫(yī)用放射性同位素。我國的醫(yī)用同位素99mTc需求全部依賴進口，主要通過在實驗堆中輻照高濃縮鈾-235（235U）生成的鉬-99（99Mo）衰變得到，存在工藝復(fù)雜、成本高、長距離運輸損失等弊端以及核擴散風(fēng)險。此外全球?qū)嶒灧磻?yīng)堆數(shù)量少且面臨老化、維修、退役及意外事件等問題，使得鉬-99/锝-99m（99Mo/99mTc）供應(yīng)面臨困難。

針對上述問題，研究團隊提出了一種基于氣動磁鏡聚變中子源驅(qū)動低濃縮鈾（LEU）的次臨界包層系統(tǒng)生產(chǎn)99Mo方案。該方案具有生產(chǎn)效率高、核廢物少、成本低、可同時生產(chǎn)多種醫(yī)用同位素等優(yōu)點。方案利用氘氘反應(yīng)代替常規(guī)的氘氚反應(yīng)提供高通量中子，氘相對氚易于獲取和操作，成本相對更低。產(chǎn)99Mo包層大小為100°扇面（5π/18），緊貼高中子通量區(qū)。利用蒙特卡洛方法對產(chǎn)99Mo包層進行了中子學(xué)分析，包括對包層次臨界倍增因子ks計算、反射層及屏蔽層優(yōu)化設(shè)計、中子通量密度分布、核熱分布以及 99Mo生產(chǎn)能力分析等。研究結(jié)果表明，所設(shè)計的聚變中子源驅(qū)動產(chǎn)99Mo包層滿足核臨界安全設(shè)計要求（ks<0.97），且保持較高的99Mo生產(chǎn)能力，24小時能夠生成99Mo約157居里（Ci），可滿足未來中國市場應(yīng)用需求，為“健康中國”戰(zhàn)略提供強有力的技術(shù)支持。

圖1 氣動磁鏡聚變中子源驅(qū)動次臨界包層生產(chǎn)醫(yī)用同位素方案示意圖