Эта ваша радиация ☢

#ядерныепубликации Хочу ввести на более-менее постоянной основе новую рубрику, в которой я буду освещать недавно вышедшие публикации, показавшиеся мне особенно интересными. Как правило, это будут публикации по ядерно-медицинской тематике, но если найду что-то интересное по другой теме - то тоже напишу :) Рубрика не очень научно-популярная и скорее нацелена на специалистов, но я постараюсь писать максимально понятным языком. Если что - спрашивайте и уточняйте в комментариях! Сегодня мне хотелось бы рассказать про работу Perspective on production of radioisotopes via nuclear fusion reactors из журнала Nuclear Medicine and Biology за авторством Тристана Маккартни и коллег. Этот обзор посвящён производству медицинских радионуклидов с помощью нейтронов, которые образуются в термоядерном реакторе как побочный продукт реакции синтеза. Реакция проходит при соединении ядер дейтерия и трития: D + T → ⁴He + n В ней рождается нейтрон с энергией 14,1 МэВ, а ожидаемый поток таких нейтронов в реакторе — порядка 10¹⁵ нейтронов на см² в секунду. Оба параметра важны: энергия определяет, какие реакции возможны, а поток — насколько быстро нарабатывается нужный изотоп. Энергия 14,1 МэВ существенно выше, чем у нейтронов из урановых реакторов, и открывает реакции (n,2n), (n,p), (n,α) и другие, позволяя получать как нейтронно-избыточные, так и протонно-избыточные изотопы. ⚙️Методика и источники. Авторы опирались на открытый код OpenMC для расчёта переноса нейтронов и библиотеку оценённых ядерных данных ENDF/B-VIII.0 с сечениями реакций. Дополнительно использовали порталы данных о радионуклидах и ядерных реакциях — таблицы периодов полураспада, схемы распада, энергии гамма-линий. Отбор вели для нейтронов с энергией 14,06 МэВ. 🔍 Главным критерием отбора был порог 99,5% поглощения. Что это означает? Нейтрон, попав в ядро-мишень, может провзаимодействовать по-разному: упруго отскочить, возбудить ядро, вызвать нужную или какую-то другую ядерную реакцию. Чтобы понять, какая доля нейтронов приводит к образованию медицинского изотопа, авторы учитывали почти все возможные пути взаимодействия нейтрона с ядром. Если после суммирования учтённых путей оставалось менее 0,5% неучтённых реакций — мишень считалась пригодной для анализа. 📊 Результаты и отбор изотопов. Начали с 286 мишенных нуклидов — это все стабильные и очень долгоживущие изотопы из таблицы нуклидов, которые встречаются в природе и могут служить мишенью. Их отбирали по природной распространённости: если изотоп существует в достаточном количестве, его можно облучать без сложного обогащения. Далее шла поэтапная фильтрация: 📍 286 — все стабильные и долгоживущие мишени 💫 277 — те, для которых удалось учесть 99,5% поглощения 💫 257 — реакции, прошедшие проверку на выход продукта 💫 241 — радионуклиды, которые можно потенциально произвести 💫🎯 43 — клинически перспективные изотопы Отбрасывали продукты с выходом менее 0,5%, оставляли изотопы с периодом полураспада от 1 минуты до 100 суток, включая цепочки распада и генераторные пары. Затем вручную отбирали те, что уже используются в медицине или выглядят многообещающе. Среди них ⁴⁷Sc, ⁶⁷Cu, ⁹⁹Mo, α-эмиттеры ²¹²Pb и ²²⁵Ac. Названы и новые кандидаты: ¹⁸⁹Ir и ⁸⁴Rb для визуализации, ¹¹⁴ᵐIn, ¹⁶¹Ho, ¹⁶⁵Er и ¹⁶⁹Er для терапии. ⚠️ Есть у исследования и слабые места. Данная работа - не экспериментальная, а расчётный обзор. Базы данных, на которых основаны расчёты, неполны и не всегда проверены; расчёт предполагает, что целевой изотоп образуется сразу в основном энергетическом состоянии, хотя на деле ядра могут образовываться и довольно долго находиться в возбуждённых метастабильных состояниях. Учтены только природные мишени — а многие перспективные изотопы требуют редких обогащённых материалов, которые доступны лишь в ограниченных количествах. ✨ Но даже с этими оговорками работа ценна как обзор возможных направлений. Она показывает, что нейтроны D–T-синтеза могут пригодиться там, где сегодня приходится полагаться на реакторы деления и циклотроны. Главное — такие нейтроны способны нарабатывать широкий спектр диагностических и терапевтических изотопов, включая ⁴⁷Sc, ⁶⁷Cu, ⁹⁹Mo и α-эмиттеры. Понятно, что выводы ещё нужно проверять экспериментально, подбирать мишени и разрабатывать химическое разделение. Но если термоядерные источники нейтронов выйдут на нужный масштаб, производство медицинских изотопов может стать шире и доступнее.