Радиоизотопы для жизни

 В теории принцип применения в диагностике воспалений, опухолей, в том числе и онкологических, довольно простой. В организм человека вводят радиоактивные вещества, являющиеся маркерами. Маркеры по-разному задерживаются здоровыми и больными органами. Излучаемая радиация, проникая сквозь организм человека, регистрируется приборами, в данном случае однофотонным сцинциляционным томографом. По разнице, как маркеры задерживаются больными и здоровыми органами, врачи видят, какой орган не в порядке.

 Однофотонный сцинциляционный томограф. Фото: NIPK Electron Co.

Томографические срезы интенсивности гамма-излучения меченого ^99mTc препарата. Фото: habr.com

Когда в лечебных учреждениях пациенту вводят радиоактивный раствор, ему присваивается (почётный)) статус источника ионизирующего излучения с соответствующим отношением к нему, а именно – пациент несколько дней большую часть времени проводит в закрытом помещении до того времени, пока радиоактивный препарат не распадётся. Условия пребывания радиоактивных пациентов напоминают "места не столь отдалённые". Даже продукты жизнедеятельности этого пациента какое-то время считаются радиоактивными отходами. С учётом этих требований приходится делать в лечебных учреждениях, работающих с технецием, специальную канализацию.

Отделение для пациентов, содержащих радиоизотопы. Фото: semeyonco.kz.

Палата для пациента, содержащего радиоизотопы. Фото: semeyonco.kz.

Вредна ли такая радиационная диагностика для организма? Однозначно не полезна. За одну такую диагностическую процедуру человек получает радиации примерно 5 бэр - это предельно допустимая годовая доза для персонала АЭС. Но, как и многое другое в медицине, это тот случай, когда из всех зол выбирают меньшее – надёжной альтернативы радиационной диагностики в настоящее время нет.  

То, что в теории легко – на практике очень сложно. Маркеры должны иметь определённый период распада, что, с одной стороны, быстро распадаться, прекращая излучать радиацию, а с другой стороны, этого времени должно быть достаточно, чтобы врачи смогли провести диагностику. И в это время маркеры должны иметь излучение достаточной мощности, чтобы оно было зафиксировано томографом, при этом не вызвав переоблучения организма. И важно, чтобы этот изотоп не откладывался в организме. Из-за этих свойств в качестве маркеров наиболее популярным является технеций-99m (99mTc).

В мире 80% диагностических процедур с использованием радиофармпрепаратов приходится на 99mTc — это порядка 30 млн. процедур в год. Технеций-99 — примерно 1/4 всей ядерной медицины.

В природе такого элемента не существует. Технеций-99m — изомер изотопа технеций-99. Изомерия - явление существования у ядер атомов метастабильных (изомерных) возбуждённых состояний с достаточно большим временем жизни. Если предельно популярно Технеций-99m – это технеций-99, но, с другим периодом полураспада.

Следующая сложность – период полураспада технеций-99m – всего 6 часов. За 24 часа распадается 94% этого изотопа. Если получать технеций-99m на ядерном реакторе, то, около этого реактора придётся исследовать пациента. В массовой медицине такое практически невозможно, так как, облучив в реакторе мишень, из неё технеций нужно ещё выделить в горячей камере и сделать из него радиофармпрепарат.

Поэтому на специальных исследовательских реакторах и некоторых ускорителях вначале создают молибден-99 (99Mo) период полураспада которого 2.75 дня. Этого времени хватает, чтобы оперативно доставить его в лечебно-диагностические учреждения. Молибден-99 доставляют в больницу в виде генераторов технеция — свинцовых контейнеров, в которых находится колонка с осажденным молибденом, и уже в больнице, непосредственно перед диагностикой пациента, из генератора получают технеций-99m.

Молибден-99 - это один из осколков применяемого во всех энергетических реакторах урана-235, в продуктах деления которого его примерно 6,3%. Любой работающий реактор мощностью 1 гигаватт, подобный тем, что на Белорусской АЭС, содержит в своем топливе сотни грамм этого изотопа, при том, что потребление для медицинских нужд — всего около 1 грамма в год. Однако только остановка и извлечение тепловыделяющей сборки (ТВС) из такого энергетического реактора занимает примерно сутки, и за это время, что от молибдена-99 не остается практически ничего. 

Кроме того, с только извлечённую ТВС невозможно разделывать для извлечения нужных изотопов. ТВС отстаиваются в бассейнах выдержки атомных энергоблоков годами. Естественно, весь молибден-99 за это время распадётся.

Молибден-99 получают, облучая на исследовательских реакторах небольшие (десятки грамм) мишени из высокообогащенного 235U (наличие 238 изотопа в мишени дает нежелательные радиотоксичные трансурановые элементы: плутоний, нептуний, америций).

Всего в мире сейчас 9 производителей молибдена-99. Два из них расположены в России.

Стоимость традиционных драгоценных металлов типа золота или платины измеряют в деньгах за единицу веса, к примеру, в долларах за грамм. С молибденом-99 – иначе. Его стоимость измеряется в деньгах кюри – внесистемную единицу измерения активности радионуклида. К примеру - 220 долларов за кюри. Если перевести стоимость молибдена-99 в привычные обывателю доллары за грамм, получится около 50 000 000 долларов за грамм. 1 грамм молибдена-99 – это примерно годовая потребность всего мира в нём.

Рынок облученных мишеней сегодня — порядка 50 миллионов долларов, раствора молибдена — 80 миллионов, генераторов технеция — 150, а медицинских процедур — 2 миллиарда долларов. Такой рынок уже вполне окупает создание специальных установок для получения молибдена-99.

Но, хранить сбережения в виде молибдена-99 не получится из-за его быстрого распада – через 66,02 часа эти сбережения "инфляция" в виде полураспада уменьшит вдвое. И так – до полного исчезновения.

Россия давно производит генераторы технеция-99m и более 10 лет назад предлагала Беларуси закупать их. Но, Минздрав Беларуси не закупал эти генераторы в союзной России, а предпочитал закупать их в Польше, где их производят на научно-исследовательском реакторе "Мария" под Варшавой.

И только в 2023 году, когда из-за проводимой Россией СВО в отношении Беларуси усилились международные санкции, Минздрав Беларуси начал закупать генераторы технеция-99m ГТ-5К в России.

В России молибден-99 нарабатывают в двух местах – в Димитрограде и в Обнинске. Визит "Белатома" был организован в Обнинск ещё в то время, когда Беларусь закупала генераторы технеция в Польше.         

Попасть на производство генераторов технеция-99 постороннему человеку, да ещё иностранцу – практически невозможно. Но, благодаря коллегам из российского издания "Атоминфо", "Белатому" это удалось и получилось увидеть весь процесс производства.

Российский атомград Обнинск, где в 1954 году заработала первая в мире АЭС, находится в Калужской области примерно в 100 километрах от Москвы.

Кроме Первой в мире АЭС, в которой теперь создан музей, официально именуемый мемориалом, поскольку российское законодательство не позволяет назвать АЭС музеем, в городе размещены и другие различные учреждения, связанные с "атомкой". Производителем молибена-99 в Обнинске является Обнинский филиал Государственного научного центра Российской Федерации – Научно-исследовательский физико-химический института им. Л.Я. Карпова. Проще – Обнинский филиал НИФХИ. А совсем просто - "Обнинская Карповка".

Фото: "Белатом".

Фото: "Белатом".

Лев Яковлевич Карпов (1879—1921) — российский химик-технолог, революционер, организатор советской химической промышленности, а его сын Владимир Львович является основателем этого Научно-исследовательского физико-химического института. Бюст Владимиру Карпову установлен около Обнинского филиала НИФХИ

Фото: "Белатом".

Фото: "Белатом".

В Википедии указано, что НИФХИ – это организация по эксплуатации особо радиационно-опасных и ядерно-опасных производств и объектов, предприятие оборонно-промышленного комплекса России.

Обнинский филиал НИФХИ основан в 1957 году.

Как и положено, таким заведениям, оно огорожено несколькими заборами с различными системами наблюдения, сигнализации, охраны. На территории НИФХИ некоторые корпуса дополнительно огорожены рядами заборов, где по углам периметра виднеются ДОТы.

На вопрос, что там находится, один из сопровождающих вежливо ответил, что здесь не принято задавать такие вопросы. Но, потом, уважая белорусского гостя, с улыбкой пояснили, что там находится что-то, связанное с "атомкой". Фотосъёмку самому делать нельзя, но для "Белатома" снимает сотрудник института.

Проходим в корпус, где на научно-исследовательском реакторе ВВЭР-Ц происходит производство технеция-99. ВВЭР – это тип реактора. Что означает "Ц" – сопровождавшие работники "Карповки" признались, что даже они этого не знают. Наверное, так когда-то решили обозначать этот реактор в документах для секретности. Научно-исследовательский реактор ВВЭР-Ц мощностью15 МВт запущен в 1964 году. С 1980-го года его приоритетное использование – наработка изотопной продукции, в том числе и молибдена – 99. Загружен реактор топливом из высокообогащённого урана.

Согласно требованиям подобных заведений, одеваем белые халаты. Помещение, где находится реактор, выглядит стандартно - толстые бетонные стены, тяжёлые двери и чистота.

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

В зале управления реактором находятся два рабочих пульта – старый исторический с стрелочными приборами и механическими переключателями, и современный с мониторами. 

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Молибден–99 получают, облучая помещённые в реактор небольшие (десятки грамм) мишени из высокообогащенного урана-235. Облучение ведется в 6 каналах реактора, куда загружаются специальные сборки с внешним охлаждением. Мишени облучаются в реакторе в течение приблизительно недели.

На стене видна схема активной зоны реактора с поставленными там мишенями. Шесть мишеней отмечены голубым цветом.

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

После извлечения из реактора мишени выдерживают 1-2 суток для распада еще более активных, чем молибден, осколков, затем растворяют в азотной кислоте или щелочи и химическим способом экстрагируют молибден-99. 

Из-за высокой радиоактивности разделка мишеней, облучённых в реакторе и содержащих наработанный молибден-99, происходит в помещении "горячих" камер.

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Операции выполняют двое операторов с помощью манипуляторов. От радиации операторов защищает толстая бетонная стена, а за происходящим за стеной операторы наблюдают через небольшие окна с толстым стеклом. Из-за специальных добавок в стекло, которые уменьшают прохождение через него радиационного излучения, стекло имеет жёлтый цвет. Глядя на это стекло и толщину стены, понимаешь, и, кажется, чувствуешь всем телом, что рядом с тобой за этой преградой находится смертельно опасная радиация.

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

На однй паре манипуляторов сохранились заводские таблички – им более 60 лет, и они продолжают работать - операторы довольны их качеством. Мне разрешают попробовать себя в роли оператора - подвигать манипуляторами. Манипуляторы послушно откликаются на малейшее движение руки, повторяя его там, где условиях сильной радиации мои руки (и не только они) сгорели бы за минуты. Механическое продолжение рук, за которыми наблюдаешь через толстое стекло – непривычное ощущение. Сопровождающие пояснили, что в "Карповке" существует неофициальный тест на пригодность работы с таким манипулятором, когда требуется манипулятором открыть спичечный коробок, достать из него спичку и зажечь её о коробок.

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Проходим по технологическому процессу в цех зарядки генераторов. Здесь выделенным из мишеней молибденом-99, находящемся в виде раствора молибдата натрия Na2MoO4, "заряжают" генераторы технеция-99m. Сосуд для молибдата натия сделан изтолстого металла. Молибдат натрия доставляют на тележке в тяжёлом защитном контейнере.

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Внешне раствор молибдата натрия Na2MoO4 выглядит как прозрачная жидкость. В руку эту жидкость брать категорически не рекомендуется по причине того, что этой руки быстро лишиться – молибдат натрия излучает 100 рентген в секунду на поверхности.

Процесс зарядки генераторов также происходит в "горячих" камерах, где все операции операторы проводят манипуляторами, но с соблюдением GMP - системы стандартов фармпроизводства, обеспечивающая стерильность и качество препаратов. Поэтому здесь операторы, согласно требованиям GMP, одеты в белые чистые комбинезоны и их лица закрыты масками.

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Заряжаемые в Обнинском филиале НИФХИ им. Л.Я. Карпова генераторы технеция-99m ГТ-5К внешне выглядят как круглый пластиковый контейнер зелёного цвета с рукоятью сверху для его переноски. Своим видом ГТ-5К напоминает термос. Вес генератора – 12 килограмм. Большую часть его веса составляет свинцовая защита. Внутри контейнера имеется хроматографическая колонка окись-алюминиевая и один выход. Ещё в генераторе имеется физраствор, который прокачивается через молибдат натрия и "высасывает" технеций-99m, образующийся в результате распада молибдена. С одного генератора можно получить до 20 порций технеция для диагностики. Мощности Обнинского филиала НИФХИ им. Л.Я. Карпова позволяют производить 800 генераторов в месяц.

Схема: "Обнинский филиал НИФХИ".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Находящийся в генераторе молибден-99m активно распадается. Период его полураспада– 66,02 часа или 2,75 дня. Срок годности генератора – не более 10 суток. Поэтому на складе запасов не создаётся, и генераторы как можно быстрее стараются доставить в медучреждения.

Склад генераторов технеция. Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

Фото: "Обнинский филиал НИФХИ" специально для "Белатом".

По условиям контракта, в Беларусь из Обнинска с августа 2023 года по июль 2024 года будет поставлено более 900 генераторов технеция-99m ГТ-5К разной активности. Это обеспечит потребности медицинских учреждений Беларусь в генераторах технеция-99м на 100%.