Radio-isotopen produceren met elektronenversneller

Radioactieve isotopen zijn een belangrijk gereedschap in de gezondheidszorg, voor diagnostiek en de behandeling van kanker. De huidige productie van een aantal belangrijke isotopen met behulp van kernreactoren is echter kwetsbaar en levert bovendien hoogradioactief afval op. Lighthouse, een nieuwe productiemethode met behulp van elektronenversnellers, kan een goed alternatief vormen. De techniek ontstond als spin-off uit een project van chipmachinefabrikant ASML. Momenteel wordt een consortium opgezet waarin ook de RUG zal participeren om de toepassing van de techniek te ontwikkelen. Vanwege de grote potentie en het grote belang van medische isotopen is het project onlangs uitgeroepen tot ‘Nationaal Icoon’.

Medische radio-isotopen zijn onmisbaar in de huidige gezondheidszorg. Radio-isotopen zijn deeltjes die straling uitzenden. Ze worden gebruikt bij het opsporen van een groot aantal ziekten en voor behandeling van voornamelijk tumoren.

Productieproblemen

Het belangrijkste radioactieve isotoop in de medische diagnostiek is het zogenaamde technetium-99m. Dit isotoop vervalt vrij snel, waardoor een patiënt maar kort aan straling is blootgesteld. Om technetium-99m te verkrijgen, is een voorloper-isotoop nodig, molybdeen-99. De productie van molybdeen-99 kent echter verschillende problemen, legt hoogleraar versnellerfysica Sytze Brandenburg uit: ‘Zeventig procent van de wereldproductie vindt plaats in verouderde reactoren uit de jaren zestig in Petten (Nederland) en Chalk River (Canada). Zodra daar de productie hapert, is er binnen twee weken een tekort. Bovendien ontstaat bij het produceren van radioactieve isotopen in een reactor een relatief grote hoeveelheid radioactief afval dat gedurende zeer lange tijd veilig opgeslagen moet worden. Er is daarom druk om “schonere” productiemethoden voor molybdeen-99 en andere radioactieve isotopen te ontwikkelen.’

Deeltjesversneller

In de zoektocht naar alternatieve productiemethoden worden deeltjesversnellers vaak genoemd. Brandenburg: ‘Een versneller kan medische isotopen produceren met behulp van een deeltjesbundel. Maar bestaande versnellers hebben een veel beperktere capaciteit dan reactoren en ook de kwaliteit van de geproduceerde isotopen is nog niet optimaal. In hun huidige vorm vormen ze dan ook in veel gevallen geen reëel alternatief voor reactoren.’

Het Veldhovense bedrijf ASML ontdekte in een project, dat zij uitvoerden voor de verdere ontwikkeling van een lichtbron voor hun lithografiemachines, echter dat de versneller voor een vrije elektronenlaser die ze voor dat project onderzochten wellicht wel in staat is om molybdeen-99 en andere radioactive isotopen van voldoende kwaliteit te produceren. ASML heeft vervolgens het Lighthouse-project opgezet, waarin samen met externe partijen uit binnen en buitenland, waaronder de RUG, een haalbaarheidsstudie is uitgevoerd. Brandenburg: ‘Groot voordeel van de versnellers voor vrije elektronenlasers is de hoge intensiteit van de deeltjesbundel, waardoor de productiecapaciteit aanzienlijk hoger is dan met bestaande versnellers. Daardoor zou met een beperkt aantal apparaten de hele wereldproductie kunnen worden gedekt.’

Afval

Wat betreft afval biedt Lighthouse, net als conventionele deeltjesversnellers, grote voordelen. Al is het een misverstand te denken dat er helemaal geen radioactief afval ontstaat, waarschuwt Brandenburg: ‘Al het materiaal dat je bestraalt wordt radioactief; bijvoorbeeld het koelwater en de doosjes waar het materiaal inzit. Door slimme materiaalkeuzes kun je dit afval bij een deeltjesversneller beperken. Bovendien is het afval met een beperkte levensduur, het straalt hoogstens enkele tientallen jaren. Met reactoren is dat een heel ander verhaal. Bij het splijtingsproces ontstaat onherroepelijk hoog radioactief afval met een zeer lange levensduur, tot tienduizenden jaren.’

Binnen handbereik

Brandenburg is enthousiast over de nieuwe techniek: ‘Het idee is er, de techniek is beschikbaar: het is een kwestie van uitvoeren en opschalen, waarbij ongetwijfeld nog de nodige technische uitdagingen op zullen duiken. De warmteproductie is bijvoorbeeld enorm, waardoor goede koeling noodzakelijk is.’ ASML gaat de techniek niet zelf verder ontwikkelen; hiervoor is een consortium in oprichting waarin het KVI-CART (Center for Advanced Radiation Technology) van de RUG als een van de academische partners aanschuift.

Nationaal Icoon

Vanwege de potentie van het project, is Lighthouse uitgeroepen tot een van de drie ‘Nationale Iconen’ van 2016. De andere winnaars zijn de projecten Blue Energy en Growboxx. Deze Nederlandse innovaties ontvangen als Nationale Iconen steun van het kabinet. Elk krijgt een minister of staatssecretaris als ambassadeur en daarmee toegang tot een groot netwerk in binnen- en buitenland. Ook is er hulp bij het vinden van financiering en nieuwe partners.

Meer informatie

• Prof.dr. Sytze Brandenburg (KVI-CART)
• www.nationaleiconen.nl