近日，中國科學院合肥物質科學研究院 (HFIPS)的韓運成教授和湖北科技學院的熊厚華教授領導的研究小組提出了一種新的⁹⁹Mo生產設計方案。

他們引入的亞臨界包層系統(SBS)組件由低濃縮鈾(LEU)溶液提供燃料，并由壓縮氘-氘(D-D) 氣動磁鏡聚變中子源(GDT-FNS)提供動力。

該研究成果發表在《核科學與技術》雜志上。

最常用的診斷放射性同位素是锝-99m(⁹⁹mTc)，它具有單光子發射計算機斷層掃描(SPECT)的理想特性。然而，⁹⁹mTc (T1/2=6h)的生產依賴于其母體放射性核素鉬-99 (⁹⁹Mo, T1/2=66h)，主要的生產路徑為研究反應堆和加速器。基于加速器的方法傾向于使用氘-氚(D-T)中子源，但由于氚的高成本和其具有挑戰性的操作而受到阻礙。

本研究提出了一種低濃縮鈾(LEU)亞臨界包層系統(SBS)，該系統由帶有1.0×10¹⁴n/s D-D氣動磁鏡聚變中子源(GDT-FNS)驅動，可作為一種顛覆性的生產⁹⁹Mo的新方法。GDT-FNS提供了顯著的高中子強度，也是該工藝的關鍵優勢。

研究人員進行了廣泛的基于蒙特卡洛方法對產⁹⁹Mo包層進行了中子學分析，包括對包層次臨界倍增因子(ks)計算、鈾濃度優化設計、反射層及屏蔽層優化設計、中子通量密度分布、核熱分布以及 ⁹⁹Mo生產能力分析等。

研究結果表明，所設計的聚變中子源驅動產⁹⁹Mo包層滿足核臨界安全設計要求(ks<0.97)，且保持較高的99Mo生產能力。

當產⁹⁹Mo包層角度固定在100°扇面(5π/18)時，穩定運行24小時可生產約157居里(Ci)的⁹⁹Mo。為了獲得更高的⁹⁹Mo產量，可同時配置2個或3個SBSs。

團隊成員曾秋孫說：“該方案具有生產效率高、核廢物少、成本低、可同時生產多種醫用同位素等優點，具有很好的應用前景。“

實施這一新方法可帶來潛在的社會經濟影響，有望滿足日益增長的⁹⁹Mo需求，從而解決全球醫療診斷和治療的關鍵需求。

該項研究得到了安徽省自然科學基金、中國科學院國際伙伴計劃等項目資助。

SBS ⁹⁹Mo生產模型(扇面為5π/18)結構示意圖 (圖片來源:曾秋孫)