Produkowany w reaktorze MARIA Molibden-99 to izotop najczęściej stosowany w procedurach medycyny nuklearnej. Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych ulepszyli proces produkcji izotopu, co może zwiększyć wydajność i obniżyć koszty nawet o kilkanaście procent. Dzięki optymalizacji i stabilizacji produkcji możliwe będzie ratowanie życia setek tysięcy pacjentów.

Izotopy promieniotwórcze są wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu i nauki. Szczególną rolę odgrywają w medycynie, gdzie mogą służyć do diagnozowania i leczenia chorób, które nie mogą być skutecznie zwalczane innymi sposobami. Dlatego kluczowe jest tworzenie i utrzymywanie programów jądrowych, które umożliwią zapewnienie ciągłości produkcji radioizotopów. Obecnie głównymi źródłami radioizotopów do celów medycznych są badawcze reaktory jądrowe oraz akceleratory cząstek. Zwłaszcza reaktory jądrowe są tu istotne, ze względu na możliwość wytwarzania dużych ilości różnorodnych izotopów.

Jednym z takich reaktorów jest działający w Narodowym Centrum Badań Jądrowych badawczy reaktor jądrowy MARIA. W przeciwieństwie do reaktorów energetycznych, MARIA pracuje w cyklach trwających zwykle 5-7 dni. Do specjalnych kanałów izotopowych w rdzeniu reaktora trafiają wtedy tzw. materiały tarczowe, w których pod wpływem działania strumienia neutronów powstają izotopy promieniotwórcze. Do reaktora rocznie trafiają tysiące zasobników, w których powstaje jod-131, siarka-35, fosfor-32, samar-153, itr-169, kobalt-60, czy molibden-99.

Reaktor MARIA został przystosowany do wytwarzania izotopu molibdenu-99 już w 2010 roku, gdy brakowało go na światowym rynku. Od tamtej pory reaktor stał się jednym z kluczowych dostawców molibdenu, niejednokrotnie błyskawicznie przejmując jego produkcję w przypadku nieplanowanych przerw innych reaktorów. Dlatego bardzo istotne jest ulepszanie procesu wytwarzania izotopu molibdenu-99, aby jak najlepiej zapewnić jego dostępność dla pacjentów. Z tego powodu najnowsze badania specjalistów z NCBJ skupiły się na optymalizacji produkcji Mo-99. Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Nuclear Engineering and Design.

Prace obejmowały stworzenie analitycznego opisu zależności efektywności i kosztów produkcji od parametrów, takich jak liczba i długość cykli napromieniania, czy przetasowywanie materiałów tarczowych w rdzeniu. Sam proces optymalizacji wykorzystywał zaawansowany kod do modelowania reakcji jądrowych połączony z algorytmem genetycznym – metodą inspirowaną biologią i teorią ewolucji. Połączenie przewidywań teoretycznych z modelowaniem i symulacjami pozwoliło udowodnić, że największy wpływ na efektywność ma liczba cykli napromieniania.

– Wytwarzanie molibdenu na przestrzeni 2-3 cykli pracy reaktora może obniżyć koszty produkcji nawet o 14% względem pojedynczego cyklu. Natomiast choć samo przetasowanie materiałów tarczowych rzeczywiście podnosi efektywność, są to wartości rzędu dziesiątych części procenta, więc zysk z tego procesu jest pomijalny – wyjaśnia dr inż. Wojciech Kubiński z Zakładu Badań Reaktorowych NCBJ, autor analizy.

Badania potwierdzają, że dopasowanie parametrów napromieniania może zwiększyć efektywność i obniżyć koszty produkcji molibdenu-99 w reaktorze MARIA. Planowane przyszłe prace rozszerzą analizy o więcej radioizotopów, inne rozmieszczenie materiałów tarczowych w kanałach izotopowych, a także dodatkowe algorytmy optymalizacyjne. Dzięki tym pracom wytwarzanie izotopów promieniotwórczych stanie się bardziej efektywne, co może zmniejszyć światowe niedobory i ratować życie tysięcy pacjentów korzystających z procedur medycyny nuklearnej.

Wyniki badań są dostępne w publikacji: W. Kubiński, R. Prokopowicz, Optimization of the cost and efficiency of Mo-99 production in the MARIA reactor, Nuclear Engineering and Design, Volume 454, 2026, 114926, ISSN 0029-5493, https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2026.114926.