研究堆如何使醫學成像成為可能

每年用于診斷癌癥等疾病的醫學成像中， 超過80%很大程度上是通過研究堆生產的藥物實現的。這些放射性藥物含有放射性同位素锝-99m（99mTc），它來自主要在研究堆中生產的放射性同位素鉬-99（99Mo）。

“雖然鉬-99甚至锝-99m可以用其他方法生產，但研究堆特別經濟實惠，非常適合這種情況，尤其適用于商業化、大規模生產。”原子能機構放射性同位素產品和輻射技術科科長Joao Osso說，“這是因為它們可以生產大量具有適當特性的鉬-99，使得在醫院用發生器提取锝-99m變得很容易，從而為更多的患者保持持續和可靠的放射性藥物供應。”

研究堆是一種主要用來為其他應用產生中子，而不是用來發電的反應堆。這些中子可用于各種目的，例如通過輻照鈾-235靶產生鉬-99。作為放射性同位素，鉬-99是一種不穩定原子，會發生衰變。產生的鉬-99衰變掉一半需要66小時，這就是所謂的半衰期。鉬-99的衰變產物，也稱為其子體產物，是锝-99m。

為了得到锝- 9 9 m ， 經輻照的鈾-235靶被移到通常位于研究堆附近的處理設施，將鉬-99從其他裂變產物中分離出來，并對其進行提純。然后，提純的鉬-99被運送到鉬-99/锝-99m發生器的生產設施。鉬-99/锝-99m發生器用于安全貯存、運輸和在醫院或其他醫療設施直接現場從鉬-99中化學提取锝-99m。

在典型的發生器里，含有鉬-99的氧化鋁用鹽水洗滌。鉬-99附著在氧化物上，而锝-99m被溶液帶走。這樣就產生了锝-99m溶液，然后用來制造不同的放射性藥物，以備注入患者體內。一旦進入體內，衰變的锝-99m釋放出的少量輻射就會被置于患者體外的一個特殊相機探測到，從而生成診斷疾病的醫學圖像。

由于锝-99m的半衰期為6小時，提取后必須趕快使用，否則會損失其有效性。由于鉬-99的壽命短，而锝-99m的壽命更短，因此必須不斷生產以滿足全球需求。

鉬-99和其他放射性同位素的全球主要生產商之一是南非基礎原子研究裝置（SAFARI-1），它是南非核能公司的一部分，是非洲大陸領先的醫用同位素生產研究堆。在與射性同位素供應商NTP放射性同位素有限公司（南非核能公司的子公司）的合作下，SAFARI-1反應堆已成為世界上五大鉬-99供應商之一，并成為全球50多個國家醫用放射性同位素供應鏈的一部分。目前，它的產量約占全球鉬-99需求的20%，使用SAFARI-1的鉬-99發生器生產的锝-99m用于非洲40多家醫院和其他醫療設施。

SAFARI-1高級經理Koos du Bruyn說：“要成為放射化學和放射藥物界的全球參與者，關鍵是要以良好的結構和控制方式實施管理系統、維護計劃、人員培訓和戰略計劃。”這也支持了該反應堆在研究和教育以及工業上的二次利用。

在原子能機構的支持下，SAFARI-1自1965年開始運行以來，經歷了不斷的發展和改進，包括2009年從高濃鈾燃料轉換為低濃鈾燃料（了解有關這種轉換的更多信息），以及2017年完成從高濃鈾靶轉換為低濃鈾靶。這些活動有助于確保反應堆得到更好的利用，并成功地過渡到更多的商業用途。

du Bruyn說：“20世紀90年代，我們改變了運作方式，更加注重維護和管理，包括組建一支在許多領域具有高技能的專業人員隊伍。這使得我們能夠從一座低使用率的反應堆轉變為一個使用率極高、更可持續的設施。”在1995年至2004年的9年間，該反應堆的使用量超過了之前30年的總和。接著，僅僅七年后，它就取得了同樣的成果。截至2019年，SAFARI-1的使用率自1995年以來幾乎翻了兩番。

在過去的15年中，SAFARI-1一直全天候運行，每年大約300天幾乎不間斷地運行，預計至少在2030年之前將繼續供應鉬-99。然而，隨著該反應堆的老化，南非正在考慮建一座熱功率15至30兆瓦的新多用途研究堆取代它。從可行性研究開始到完工，這一過程將需要長達十年的時間。

du Bruyn說：“如果建造一座新的多用途研究堆，它將配備成在未來60年或更長時間內靈活運行，這樣我們就可以適應潛在的變化，比如醫用同位素市場的波動和研究要求，并為南非和該地區提供關鍵的核燃料和材料測試設施。”