Elementen transmuteren met laserlicht

Elk jaar voeren artsen over de hele wereld tientallen miljoenen procedures uit met betrekking tot nucleaire geneeskunde. De meest voorkomende medische radio-isotoop is technetium-99, dat in zo'n 30 miljoen procedures per jaar wordt gebruikt; dat is 80 procent van het totaal.

Technetium-99 is van korte duur met een halfwaardetijd van slechts 6 uur. Dus ziekenhuizen krijgen het van het verval van het langer levende molybdeen-99. Dit moet op zijn beurt gebeuren door uranium-235 te bombarderen met neutronen en mo-99 te scheiden van de talrijke splijtingsproducten.

Dit is een moeilijke en gevaarlijke procedure die in slechts een handvol nucleaire installaties over de hele wereld mogelijk is. Dat maakt de levering van deze essentiële medicijnen enorm duur en uiterst kwetsbaar.

Toen de Chalk River-kernreactor in Ontario, Canada, in 2009 werd stilgelegd voor noodreparaties, bleek deze inderdaad een groot deel van de wereldwijde technetium-99-voorziening te produceren. Het resultaat was een wereldwijd tekort dat maanden aanhield. Er zijn duidelijk nieuwe leveranciers nodig.

Vandaag zeggen Hiroyasu Ejiri van de Osaka University en S. Daté van het Japan Synchrotron Radiation Research Institute dat er een geheel nieuwe manier is om nucleaire geneeskunde te maken.

Het idee is om met krachtige laserstralen kernreacties te stimuleren. Bij een specifieke frequentie zorgen deze stralen ervoor dat een kern heftig resoneert, waardoor de kernreactie wordt geactiveerd en deze effectief uit elkaar wordt geschud. En aangezien bijna alle fotonen een reactie veroorzaken, kan dit proces bijna 100 procent efficiënt zijn.

Ejiri en Daté zeggen bijvoorbeeld dat deze methode jodium-127 transmuteert in de medische isotoop jodium -126 met een overvloed van 100 procent. En het kan het met een snelheid van maximaal 10^13 kernen per seconde.

Dit heeft grote voordelen ten opzichte van de huidige technieken. Ten eerste is het mogelijk om de frequentie van het licht zo af te stemmen dat het specifieke reacties uitlokt, waardoor natuurkundigen precies kunnen kiezen wat ze willen maken. Ten tweede zijn de resulterende monsters relatief zuiver. En tot slot, deze techniek creëert weinig of geen vervelende radioactieve bijproducten en is dus milieuvriendelijker.

Er zijn natuurlijk een paar kanttekeningen: het juiste soort laserlicht maken is lastig. Dat kan alleen door fotonen te laten weerkaatsen op een hoogenergetische bundel elektronen die in een deeltjesversneller circuleert. En de vereiste intensiteit van zo'n elektronenbundel zou alleen mogelijk zijn met een dure, op maat gemaakte, nog te bouwen faciliteit.

En hoewel fotonucleaire reacties goed zijn voor het maken van allerlei medische isotopen, bijvoorbeeld PET-tracers zoals koolstof-11, stikstof-13, zuurstof-15 enzovoort, zijn ze niet zo goed voor het maken van technetium-99, verreweg de belangrijkste radio-isotoop. In dit geval is de overvloed minder dan 10 procent.

Desalniettemin stellen Ejiri en Daté dat hun methode uitsluitend voorziet in verschillende soorten specifieke/gewenste isotopen met de hoge productiesnelheid en de hoge dichtheid voor basis- en toegepaste wetenschap.

En aangezien het aanbod van medische radio-isotopen zo fragiel is, lijkt het aannemelijk dat dit soort ideeën de komende jaren meer aandacht zullen krijgen.

Referentie: arxiv.org/abs/1102.4451 : Coherente fotonucleaire reacties voor isotopentransmutatie

zich verstoppen