Изотопы в промышленных масштабах

Производство изотопной продукции на энергетических реакторах: сегодня и завтра

С помощью воздействия ионизирующего излучения можно менять изотопный состав материалов. Конструктивные особенности реакторов РБМК позволяют облучать большой объем стартового материала в нейтронных потоках высокой мощности и получать изотопную продукцию одновременно с выработкой электроэнергии, обеспечивая непрерывную наработку и выгрузку изотопов без остановки процесса электрогенерации. Рассказываем, на каких российских АЭС производят изотопы и где они применяются.

От Кюри до пациента

Еще в XX веке ученые выяснили, что одни и те же химические элементы могут иметь разные формы, определяющие их свойства. Сегодня известно около 300 стабильных изотопов и свыше 2500 радиоактивных, которые могут превращаться в другие ядра с испусканием частиц. Эти свойства нашли применение в медицине, промышленности, сельском хозяйстве. Большинство радиоактивных изотопов можно получить только искусственно: на циклотронах, в исследовательских и энергетических реакторах, при переработке ядерных отходов.

Еще в первые десятилетия XX века врачи пытались использовать радий для лечения пациентов от онкологических и других болезней — прикладывали его к пораженным участкам кожи, а в случае поражения внутренних органов вводили внутрь специальными иглами. Начало систематическому медицинскому использованию радиоизотопов положили исследования, проведенные в начале — середине прошлого века. В 1940-е Ок-Риджская национальная лаборатория в США начала производить изотопы для медицинских целей.

В нашей стране производство изотопной продукции началось в 50-е годы на предприятиях Министерства среднего машиностроения, обладающих уникальной технологической базой.

Использование радиоактивных изотопов в медицине было вызвано потребностью медиков в проведении диагностических процедур по выявлению онкологических и кардиологических заболеваний. Например, диагностический изотоп технеций-99m (продукт на основе молибдена-99) из-за низкой активности и малого периода полураспада практически безвреден для человека и быстро, через несколько часов, выводится из организма.

Сейчас в России порядка 80% номенклатуры радиоизотопов получают с помощью реакторов. В Росатоме есть несколько ключевых организаций и предприятий с реакторными мощностями, в их числе концерн «Росэнергоатом».

Энергия и изотопы

На энергетических реакторах «Росэнергоатома» изотопы нарабатываются с 90-х годов. В 1991 году на Ленинградской АЭС был создан специализированный отдел радиационных технологий.

Сейчас на реакторах РБМК Ленинградской АЭС организовано производство в промышленных масштабах изотопов медицинского назначения: молибдена-99, йода-125, йода-131, самария-153, лютеция-177, а также производство стерилизационного кобальта-60 и ядерное легирование монокристаллического кремния. Кобальт-60 сегодня нарабатывается на РБМК трех АЭС: Ленинградской, Смоленской и Курской.

«Процесс производства изотопов на реакторах РБМК абсолютно безопасен. Нарабатывать радиоактивные изотопы в непрерывном режиме без влияния на показатели выработки электрической и тепловой энергии позволяют конструктивные особенности реакторов: наличие облучательных каналов, ядерно-физические характеристики активной зоны. Наработка изотопов на РБМК — это оптимальное сочетание возможности производить большие объемы по конкурентной цене, — поясняет Артур Миськов, руководитель проектного офиса по развитию изотопного бизнеса «Росэнергоатома». — Исходное вещество (нерадиоактивный химический элемент) помещается в мишень (кварцевую ампулу, металлический контейнер), и далее сборка из таких мишеней помещается в канал реактора, где за счет воздействия потока нейтронов нарабатываются промышленные или медицинские изотопы».

Планы на будущее

Масштабирование производства кобальта-60 одновременно на трех АЭС позволит «Росэнергоатому» уже в 2023 году занять 30% доли мирового рынка стерилизационного кобальта-60. К 2025 году «Росэнергоатом» планирует более чем в два раза увеличить наработку наиболее востребованных медицинских изотопов на Ленинградской, Смоленской и Курской атомных станциях. Это позволит обеспечить качественным сырьем российских производителей радиофармпрепаратов для нужд отечественной ядерной медицины, выходить на зарубежные рынки.

Обеспечение доступности технологий ядерной медицины в регионах Российской Федерации, в том числе востребованных радиофармпрепаратов, имеет важное социальное значение, так как напрямую связано с мероприятиями здравоохранения, направленными на борьбу с онкологическими и другими распространенными заболеваниями.

Для обеспечения потребностей в первую очередь отечественных производителей силовой электроники на реакторах концерна планируется расширение наработки ядерно-легированного кремния.

Тем не менее многих волнует будущее изотопного направления после остановки всех реакторов РБМК. «Несмотря на вероятное повторное продление сроков эксплуатации энергоблоков АЭС с РБМК-1000, на данный момент официальный срок их эксплуатации ограничен 2034 годом и может быть продлен максимум до 2039 года. В связи с этим рассматриваются вопросы организации наработки изотопов на других энергетических реакторах, а также развитие альтернативных технологий. Мы с уверенностью смотрим в будущее и стремимся сохранить и приумножить возможности отрасли по наработке изотопов для улучшения качества жизни людей и создать достойный задел для будущих поколений», — считает Артур Миськов.

В планах электроэнергетического дивизиона — развивать производство изотопной продукции: увеличивать объем и номенклатуру продукции, переходить на продукты более высокого передела, максимально эффективно используя компетенции, кадровый и технический потенциал, внутриотраслевую и внешнюю кооперацию.