1 марта 2011

Молибден по-мирному

Россия поставила пробную партию молибдена в Иран. Результаты тестов признаны положительными, и по итогам краткого визита в Исламскую республику гендиректора ГК "Росатом" Сергея Кириенко принято решение о будущих поставках в эту страну российского 99Mo в объёмах до 100 Ки на шестой день в неделю.

Возможный иранский контракт - хороший повод для того, чтобы вновь вернуться на страницах AtomInfo.Ru к обсуждению мировой ситуации с молибденом.

Основа для диагностики

В конце августа прошлого года в МАГАТЭ прошло совещание технической рабочей группы по исследовательским реакторам, на которого, среди прочего, затрагивались вопросы о производстве 99Mo - сырья для получения генераторов технеция. С обзорным докладом [1] на совещании выступил Н.Рамамурти (N.Ramamoorthy), представляющий отделение физико-химических наук (МАГАТЭ).

На долю генераторов технеция приходится более 80% всех исследований в радионуклидной диагностике. Это более 30 миллионов исследований по всему миру. Сырьё для генераторов производит ограниченное число поставщиков, использующих для этого "пожилые" и просто старые реакторы, что неоднократно приводило к кризису поставок.

Всего насчитываются четыре коммерческих поставщика с пятью реакторами. На рынок собирается выйти пятый поставщик, Австралия с новым исследовательским реактором OPAL. Мировые потребности в молибдене оцениваются как 12000 Ки на шестой день в неделю.

"Ки на шестой день" - стандартная величина оценки поставляемых объёмов 99Mo, она равняется активности на шестой день после того, как изотоп будет вывезен с территории производителя.

Россия среди коммерческих поставщиков в докладе [1] не упоминается. Основным российским производителем молибдена выступает реактор ВВР-Ц (Обнинск, НИФХИ имени Карпова), пущенный в 1964 году. В конце прошлого года первую партию 99Mo в Канаду отгрузили из НИИАР (Димитровград). Считается, что со временем димитровградское производство превысит по объёмам обнинское и достигнет коммерческого уровня.

Основной метод получения 99Mo - сепарация его из осколков деления. Так получают свыше 95% от общемирового объёма молибдена. Более 95% 99Mo производится с использованием высокообогащённого урана (ВОУ).

Тема ВОУ в применении к молибдену будет всплывать ещё не раз. В международном сообществе под влиянием США складывается консенсус о необходимости ограничить или даже свести к нулю оборот ВОУ в мирной сфере. Исследовательские реакторы, используемые для производства молибдена, будут постепенно переводиться на НОУ-топливо и НОУ-мишени.

Казалось бы, что для России как страны, обладающей ядерным оружием, вопрос о ВОУ не актуален. На самом деле, это не так. Конверсия реакторов на НОУ-топливо потребует затрат и может привести к снижению их производительности. Зарубежные конкуренты россиян будут недовольны, если российские установки получат преимущество за счёт продолжения эксплуатации на ВОУ.

На Россию однозначно будет оказываться давление, в том числе, по дипломатическим каналам и через прессу, и со временем те российские исследовательские реакторы, что привлекаются к наработке молибдена, будут вынуждены полностью отказаться от ВОУ. Пробный шар уже вброшен - достаточно упомянуть недавний критический материал по использованию ВОУ для получения 99Mo в России, прошедший в русскоязычном издании "Би-Би-Си".

Генераторы технеция - от таблетки до клиники [1]

Возражения нераспространенцев

Своего рода нераспространенческим манифестом, посвящённым угрозам и рискам применения ВОУ при производстве молибдена, можно назвать американский обзор [2], подготовленный в 2008 году в Монтерее.

В качестве характерной иллюстрации опасностей, авторы [2] приводят вооружённое нападение осенью 2007 года на южноафриканский центр в Пелиндабе, где расположен исследовательский реактор "Safari-1", входящий в число коммерческих производителей молибдена. Хотя нападавших интересовали ценности и компьютерная техника, они находились в опасной близости от склада с ВОУ в количестве, достаточном для создания нескольких атомных бомб.

В том же 2007 году коммерческие производители молибдена-99 использовали 50 кг ВОУ. Мишени пребывают в облучательных каналах относительно короткое время и после извлечения содержат уран по-прежнему оружейного качества.

Для примера - если исходно в мишени был уран с обогащением 93%, то после завершения работы в реакторе обогащение остаётся порядка 90%. Это заставляет задуматься о судьбе отработавших мишеней с точки зрения нераспространения делящихся материалов. Более того, материалы мишеней не столь радиоактивны, как ОЯТ, и их переработка не вызывает больших технических трудностей.

Нераспространенцы признают - на сегодняшний день, не существует ни одного твёрдого доказательства, что террористические группировки стремятся к созданию ядерного оружия. Есть точка зрения, с которой нужно считаться, что подобная задача по плечу лишь государствам, а в этом случае отсутствие ВОУ в мирном обороте никак не сможет послужить препятствием.

Но на проблему есть и противоположный взгляд. "Эксперты по терроризму обращают внимание на растущие признаки опасных групп создать и использовать импровизированное ядерное устройство (известное как грязная бомба. - Прим. AtomInfo.Ru). Американские эксперты по ядерному оружию согласны с тем, что даже без государственной поддержки некоторые террористические группы способны с технической точки зрения создать примитивное ядерное устройство, если получат доступ к необходимым делящимся материалам". [2]

Приходится признать, что дальнейшее использование ВОУ в процессе получения молибдена в исследовательских реакторах будет затруднено вплоть до полной невозможности. Остаётся надеяться на вязкость и неторопливость международных дипломатических процессов, что должно дать достаточно времени для поиска альтернативы ВОУ.

Ускорители и растворные реакторы

Какой может быть альтернатива? Первый и известный всем путь - конверсия активных зон и мишеней на НОУ. Такие работы проводятся, в частности, в Южной Африке на реакторе "Safari-1". Проблем там, к сожалению, хватает, и конверсия затянулась на долгие годы.

В докладе [1] много места посвящено ускорительным методам. Получать 99Mo в ускорителях можно разными путями. Например, в реакции фотоделения (γ,f) на 238U. Или в реакции скалывания на 235U. Перспективными представляются такие направления, как реакция (α,n) на 96Zr или реакция (γ,n) на обогащённом образце из 100Mo.

Есть и другие пути, связанные с ускорителями. Всех их объединяет общее требование - им нужны высокие энергии, и себестоимость получаемого молибдена-99 может оказаться слишком большой. Это неприемлемо по социальным причинам, так как деньги за молибден в конечном счёте поступают из карманов онкологических и кардиологических больных.

Другой недостаток ускорительного метода менее очевиден. Хорошие ускорители - это техника, у которой может быть много применений, и на которую всегда будет повышенный спрос. Потребности в молибдене-99 у медицины непрерывны, и ускорители, задействованные под нужды производства данного изотопа, не смогут отвлекаться на другие не менее важные задачи, в том числе, научного плана. Предстоит разобраться, насколько это окажется рациональным.

В обзоре [2] авторы вспоминают о растворных реакторах, которым не нужны мишени для производства радиоизотопов. В 1992 году Рассел Болл (Russell Ball) из компании "BWX Technologies", которая теперь вошла в состав B&W, запатентовал процесс безмишенного получения молибдена в гомогенном растворном реакторе, работающем на уранил-нитрате низкого обогащения.

К преимуществам растворных реакторов можно отнести низкую стоимость, отсутствие мишеней, сокращение на два порядка образующихся отходов, простоту технологического процесса по сепарации молибдена и внутренне присущую безопасность.

В 1998 году Болл, перешедший в фирму "TCI Medical", договорился о сотрудничестве с РНЦ КИ, с Владимиром Павшуком и Владимиром Хвостёновым, о совместных исследованиях практической применимости метода. Россиянам и американцам удалось получить партию молибдена-99 на исследовательском реакторе "Аргус" [3], удовлетворяющую требованиям американского агентства FDA.

"TCI Medical" работала с россиянами в течение нескольких лет, но затем столкнулась с финансовыми трудностями и вышла из проекта. B&W сохранила интерес к растворным реакторам, но не может привлечь под это направление инвесторов.

Свою лепту в поиск альтернативы ВОУ-топливу внесли украинцы. В ХФТИ занимались работами по получению молибдена на подкритической сборке, управляемой ускорителем. Результаты, как указано в [2], подают надежды, но технология всё ещё нуждается в проверке и доведении до коммерциализации.

Выводы и заключение

Необходимость в отказе от ВОУ при наработке молибдена-99 в исследовательских реакторах придётся принимать во внимание. В мире приняты международные программы, в частности, программа RERTR, по сокращению оборота ВОУ в мирных секторах экономики, и рано или поздно реакторы-производители пойдут у них на поводу.

Отказ от ВОУ будет актуален и для молибденового производства ГК "Росатом", на которое в отрасли возлагают большие надежды. Нераспространенческие риски от работы с ураном высокого обогащения в России выглядят надуманными, но зарубежные конкуренты россиян постараются тайно или открыто использовать тему ВОУ для сдерживания российских амбиций.

Самой реальной альтернативой ВОУ на сегодняшний день является конверсия активной зоны исследовательского реактора на работу с НОУ-топливом и внедрение новых типов мишеней с низкообогащённым ураном. Это мероприятие сложное и дорогостоящее, но технически реальное и неоднократно выполнявшееся в мире.

Вместе с тем, стоит подумать о будущем, о том, что делать после того, как подойдут к концу сроки службы российских исследовательских реакторов, задействованных в программе по получению молибдена.

Выбор, в сущности, невелик - строительство нового многоцелевого исследовательского реактора, разработка ускорительных методов или строительство недорогих и простых в эксплуатации растворных реакторов. Учитывая инерцию разрешительной системы и время на проектирование и строительство аппаратов, выбор нужно сделать в ближайшие годы.

Список литературы и дополнительные ссылки

[1] - N. Ramamoorthy "Overview of 99Mo Production Crisis and Options for Improving Supplies" // TWG-RR Meeting, August 31, 2010.

[2] - Cristina Hansell "Nuclear Medicine's Double Hazard. Imperiled Treatment and the Risk of Terrorism" // Nonproliferation Review, Vol. 15, No. 2, July 2008.

[3] - Vladimir A. Pavshook "Effective method of 99Mo and 89Sr production using liquid fuel reactor" // IAEA, 2007.

Молибден-99 - текущее состояние дел. Доклад из США., опубликовано в AtomInfo.Ru 20.01.2009.

Молибденовый кризис - Димитровград идёт на помощь, опубликовано в AtomInfo.Ru 08.06.2009.

Виталий Поздеев: изотопы - это сложно, но нужно, опубликовано в AtomInfo.Ru 13.09.2010.

Владимир Павшук: было бы желание, опубликовано в AtomInfo.Ru 03.11.2010.