Физики из Бельгийского института радиоэлементов совместно с голландскими компаниями Demcon и ASML провели первый успешный эксперимент по созданию изотопа молибдена-99 при помощи ускорителя электронов.
Во время испытаний ученые в течение 115 часов непрерывно облучали молибденовую мишень размером в один мм сфокусированным пучком электронов мощностью 30 кВт. Именно столько времени необходимо для создания изотопа. Физики отмечают, что самым большим препятствием при таком экстремальном воздействии было обеспечить охлаждение мишени, которая может испарится за миллисекунды без отвода тепла.
Температура поверхности в процессе эксперимента поднимается от 200°C до 600°C, поэтому применять для охлаждения воду невозможно. Вместо нее физики использовали жидкий натрий. Жидкие металлы обладают высокой удельной теплоемкостью и теплопроводностью, что делает их очень эффективными при отводе тепла.
Исследователи выбрали в качестве хладагента жидкий натрий, поскольку он уже используется в ядерной энергетике. Проблемы этого вещества в том, что натрий активно реагирует с воздухом и водой и может растворять другие металлы, отмечают исследователи. Кроме того, при комнатной температуре натрий принимает твердое состояние, поэтому при выходе из строя отдельных систем он охлаждается и может забить трубы теплоотвода.
Однако, как отмечают ученые, результаты эксперимента показали, что использование жидкого натрия в качестве теплоотвода в экстремальных условиях оправдано. Ученые отмечают, что плотность мощности в мишени в миллиарды раз больше, чем в ядре Солнца, а аналогичное облучение стенка корпуса ядерного реактора получает за 10 лет. Тем не менее, мишень, охлаждаемая жидким натрием, смогла пережить пять дней непрерывного облучения.
Физики планируют масштабировать технологию для полноценного производства радиоизотопов. Мишень, использованная в эксперименте в тысячу раз меньше, чем та, которую ученые планируют использовать в промышленной установке проекта SMART. Участники эксперимента надеются, что к 2028 году появится завод по производству радиоизотопов для больниц по всему миру.
Технеций-99m — изомер изотопа технеция-99. Это метастабильный радионуклид, испускающий гамма-излучение. Технеций-99m образуется после бета-распада нуклида молибдена-99. Этот изомер используется в качестве радиохимического препарата для медицинской диагностики в десятках млн процедур ежегодно. Из-за короткого периода полураспада (около шести часов) изомер технеция, как правило, получают из молибдена непосредственно в медицинской лаборатории.
В настоящее время большая часть молибдена-99 производится из обогащенного урана в ядерных реакторах. Такое производство не может полностью удовлетворить спрос, а также в результате распада обогащенного урана производится большое количество радиоактивных отходов.
Изображение обложки: Jürgen Jeibmann, Центр им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф
Читать далее:
Ядерному синтезу больше не нужны миллионы градусов: как работает новый метод
Самолет A380 совершил первый перелет на растительном масле
Ученые наконец-то поняли, как мягкие капли жидкости разрушают твердые поверхности