NCBJ zoptymalizowało produkcję molibdenu-99 w reaktorze MARIA

Data dodania: czwartek, 16 lipca 2026, autor: nuclear.pl

Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych opracowali nową metodę optymalizacji produkcji molibdenu-99 (Mo-99) w badawczym reaktorze jądrowym MARIA.

Wyniki prac pokazują, że odpowiedni dobór parametrów napromieniania materiałów tarczowych pozwala zwiększyć efektywność procesu oraz obniżyć koszty produkcji nawet o 14%, bez konieczności wprowadzania zmian konstrukcyjnych w samym reaktorze. Opracowana metodologia może znaleźć zastosowanie również przy produkcji innych radioizotopów wykorzystywanych w medycynie nuklearnej.

Molibden-99 jest jednym z najważniejszych radioizotopów w światowej medycynie nuklearnej. Powstający w wyniku jego rozpadu technet-99m wykorzystywany jest w około 80% wszystkich procedur diagnostyki radioizotopowej wykonywanych na świecie. Ze względu na stosunkowo krótki okres półtrwania Mo-99, wynoszący około 66 godzin, jego produkcja wymaga nieprzerwanej pracy wyspecjalizowanych ośrodków badawczych oraz sprawnie funkcjonującego łańcucha logistycznego. Nawet krótkotrwałe wyłączenia reaktorów produkujących ten izotop mogą prowadzić do niedoborów odczuwalnych przez szpitale na całym świecie.

Istotną rolę w globalnym systemie dostaw odgrywa polski reaktor badawczy MARIA, eksploatowany przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Otwocku-Świerku. Reaktor został przystosowany do produkcji molibdenu-99 w 2010 roku, w okresie światowego kryzysu podaży tego izotopu. Od tego czasu wielokrotnie przejmował część światowej produkcji podczas nieplanowanych postojów innych reaktorów badawczych, stając się jednym z ważniejszych europejskich producentów radioizotopów medycznych.

W przeciwieństwie do elektrowni jądrowych, reaktor MARIA pracuje w krótkich cyklach eksploatacyjnych trwających zazwyczaj od pięciu do siedmiu dni. W specjalnych kanałach umieszczane są materiały tarczowe zawierające odpowiednie substancje, które podczas napromieniania intensywnym strumieniem neutronów ulegają przemianom jądrowym prowadzącym do powstania radioizotopów. Każdego roku w reaktorze produkowane są tysiące źródeł zawierających między innymi jod-131, fosfor-32, siarkę-35, samar-153, iryd-192, kobalt-60 oraz właśnie molibden-99.

Prace badawcze prowadzone przez zespół NCBJ koncentrowały się na znalezieniu optymalnej konfiguracji procesu produkcyjnego. Opracowano analityczny model opisujący zależność kosztów i wydajności od takich parametrów jak liczba cykli napromieniania, czas ekspozycji materiałów tarczowych na strumień neutronów oraz ich rozmieszczenie w rdzeniu reaktora. Do rozwiązania problemu wykorzystano zaawansowane obliczenia transportu neutronów i modelowania reakcji jądrowych, połączone z algorytmem genetycznym – metodą optymalizacyjną inspirowaną mechanizmami ewolucji biologicznej, pozwalającą efektywnie przeszukiwać bardzo dużą liczbę możliwych konfiguracji procesu.
Uzyskane wyniki wskazują jednoznacznie, że największy wpływ na ekonomikę produkcji ma liczba cykli napromieniania materiałów tarczowych. Analizy wykazały, że prowadzenie procesu przez dwa lub trzy kolejne cykle pracy reaktora może obniżyć koszty produkcji molibdenu-99 nawet o 14% w porównaniu z produkcją realizowaną wyłącznie podczas pojedynczego cyklu. Jednocześnie badania potwierdziły, że przetasowywanie materiałów tarczowych pomiędzy kanałami izotopowymi rzeczywiście zwiększa uzysk produktu, jednak skala poprawy jest niewielka – rzędu pojedynczych dziesiątych części procenta – co oznacza, że z ekonomicznego punktu widzenia operacja taka nie przynosi istotnych korzyści.

Opracowana metoda ma znaczenie nie tylko dla obniżenia kosztów produkcji, ale również dla zwiększenia stabilności dostaw radioizotopów medycznych. W warunkach rosnącego zapotrzebowania na procedury diagnostyczne oraz ograniczonej liczby reaktorów produkujących Mo-99 każda poprawa efektywności wykorzystania istniejącej infrastruktury przekłada się na większą dostępność radiofarmaceutyków dla systemów ochrony zdrowia.

Autorzy zapowiadają dalszy rozwój prowadzonych badań. Kolejnym etapem będzie rozszerzenie analiz na produkcję innych radioizotopów wytwarzanych w reaktorze MARIA, uwzględnienie różnych konfiguracji rozmieszczenia materiałów tarczowych w kanałach izotopowych oraz zastosowanie alternatywnych metod optymalizacji obliczeniowej. Pozwoli to stworzyć uniwersalne narzędzia wspomagające planowanie produkcji radioizotopów w reaktorach badawczych.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nuclear Engineering and Design w artykule „Optimization of the cost and efficiency of Mo-99 production in the MARIA reactor”, którego autorami są Wojciech Kubiński i Radosław Prokopowicz. Praca stanowi przykład wykorzystania nowoczesnych metod modelowania obliczeniowego i optymalizacji do zwiększania efektywności eksploatacji infrastruktury jądrowej bez konieczności kosztownych modernizacji technicznych.

Dla reaktora MARIA oznacza to możliwość dalszego umacniania pozycji jednego z najważniejszych europejskich producentów radioizotopów medycznych oraz zwiększenia bezpieczeństwa dostaw kluczowych izotopów wykorzystywanych w diagnostyce i terapii pacjentów na całym świecie.