Канадский реактор медицинских изотопов: Провал проекта MAPLE
Multipurpose Applied Physics Lattice Experiment
Канадский реактор MAPLE для производства медицинских изотопов (Mo-99, Co-60 и др.) был отменен в 2008 из-за проблем с реактивностью. История провала проекта.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Неудачный медицинский изотопный реактор в Канаде
Failed medical isotope reactor in Canada
MAPLE (Multipurpose Applied Physics Lattice Experiment), сокращенно, позже переименованный в MDS Medical Isotope Reactors (MMIR), был специализированным комплексом по производству изотопов, построенным компаниями AECL и MDS Nordion. Он включал два идентичных реактора, I и II, а также оборудование для переработки изотопов, необходимое для производства значительной части мировых медицинских изотопов, в частности молибдена-99, медицинского кобальта-60, ксенона-133, йода-131 и йода-125. Лицензия на эксплуатацию реактора MAPLE I была получена в 1999 году, и реактор впервые достиг критического состояния в начале 2000 года. За ним, осенью 2003 года, последовал MAPLE II. Проблемы, возникшие в ходе испытаний реакторов, особенно неожиданный положительный коэффициент реактивности по мощности, привели к отмене проекта в 2008 году и остановке обоих реакторов.
MAPLE, short for the Multipurpose Applied Physics Lattice Experiment, later renamed MDS Medical Isotope Reactors (MMIR), was a dedicated isotope production facility built by AECL and MDS Nordion. It included two identical reactors, I and II, as well as the isotope processing facilities necessary to produce a large portion of the world's medical isotopes, especially molybdenum 99, medical cobalt 60, xenon 133, iodine 131 and iodine 125. An operational license for the MAPLE I reactor was granted in 1999, and the reactor went critical for the first time in early 2000. MAPLE II followed in the fall of 2003. Problems with the reactors during the testing period, most notably an unexpected positive power co efficient of reactivity, led to the cancellation of the project in 2008 and the shutdown of both reactors.
Предыстория
С завершением строительства реактора NRX в 1947 году лаборатории AECL Chalk River Laboratories располагали самым мощным исследовательским реактором в мире. Хотя большие потоки нейтронов, доступные в реакторе, способствовали прогрессу в таких областях, как физика конденсированного состояния и нейтронная спектроскопия, значительное количество экспериментов было посвящено производству новых изотопов. Ядерная медицина начала развиваться, когда стало ясно, что некоторые из этих искусственно созданных изотопов можно использовать для диагностики и лечения многих заболеваний, особенно рака. Пионерские медицинские исследования, проведенные в конце 1940-х и начале 1950-х годов, утвердили кобальт-60 в качестве полезного изотопа, поскольку относительно высокоэнергетичные гамма-лучи, образующиеся при его бета-распаде, способны проникать сквозь кожу пациента и доставлять большую часть дозы непосредственно в опухоль. Высокая нейтронная эффективность конструкции NRX с замедлителем из тяжелой воды, в сочетании с высоким нейтронным потоком реактора, делало производство медицинского кобальта-60 относительно недорогим для AECL. Например, стоимость всего оборудования, использованного для первой терапии кобальтом-60, составляла около 50 000 долларов. Для сравнения, производство достаточного количества радия (который ранее использовался в качестве источника терапии) для проведения той же процедуры обошлось бы в 50 миллионов долларов. С этого многообещающего старта AECL стала одним из ведущих мировых поставщиков медицинских изотопов, используя как реактор NRX, так и реактор NRU, который был введен в эксплуатацию в 1957 году. Однако, по мере старения этих реакторов стало очевидно, что для продолжения производства медицинских изотопов потребуется новое сооружение.
With the completion of the NRX reactor in 1947, AECL's Chalk River Laboratories possessed the world's most powerful research reactor. While the large neutron fluxes available in the reactor led to advances in such fields as condensed matter physics and neutron spectroscopy, many experiments were carried out involving the production of new isotopes. The field of nuclear medicine developed when it was realized that some of these artificially created isotopes could be used to diagnose and treat many diseases, especially cancers. Pioneering medical work done in the late 1940s and early 1950s established cobalt 60 as a useful isotope, as the relatively high energy gamma rays produced when it undergoes beta decay are able to penetrate the skin of the patient, and deliver a greater portion of the dose directly to the tumor. The high neutron efficiency of the NRX's heavy water moderated design, coupled with the high neutron flux of the reactor, made it relatively inexpensive for AECL to produce medical grade cobalt 60. For example, the cost of the entire unit used to perform the first cobalt 60 treatment was about $50,000. By way of contrast, it would cost $50,000,000 just to produce enough radium (which had been previously used as a therapy source) to perform the same procedure. With this promising start, AECL came to be a major world supplier of medical isotopes, using both the NRX reactor, and the NRU reactor, which came on line in 1957. However, as these reactors began to age, it became clear that a new facility would be needed to continue the production of medical isotopes.
Начало
В конце 1980-х годов AECL начала осознавать, что для продолжения производства изотопов потребуется строительство нового реактора, заменяющего мощности, утраченные в результате запланированного закрытия NRX в 1992 году и запланированного закрытия NRU в начале нового тысячелетия. Проектирование замены, первоначально под названием "Maple X10", началось в конце 1980-х годов. В результате был разработан проект установки с двумя идентичными реакторами, каждый из которых способен обеспечить 100% мирового спроса на медицинские изотопы. Второй реактор должен был функционировать главным образом как резервный, чтобы гарантировать непрерывность поставок изотопов, несмотря на техническое обслуживание или незапланированные остановки. Это обусловлено особенностями медицинских изотопов: многие из них имеют короткий период полураспада и должны быть использованы в течение нескольких дней после производства. Учитывая, что лечение проводится постоянно по всему миру, непрерывное снабжение было жизненно необходимо. Существовала некоторая местная оппозиция использованию высокообогащенного урана (HEU) в реакторе, а также со стороны активистов в Соединенных Штатах, которые опасались, что уран может быть похищен террористами и использован для создания бомбы.
In the late 1980s, AECL began to acknowledge that continued isotope production would require the construction of a new reactor to replace capacity lost by the planned closing of the NRX in 1992, and the planned closing of the NRU early in the new millennium. Design work on a replacement, originally under the name "Maple X10", began in the late 1980s. The design that resulted involved a facility with two identical reactors, each capable of supplying 100% of the world's medical isotope demand. The second reactor would function primarily as a backup, to ensure that the supply of isotopes would not be interrupted by maintenance or unplanned shutdowns. This is made necessary by the nature of medical isotopes; many have short half lives, and must be used within a few days of production. With treatments being constantly carried out around the globe, an uninterruptible supply was essential. There had been some local opposition to the use of highly enriched uranium (HEU) in the reactor, as well as from activists in the United States who fear that the uranium could be stolen by terrorists and used to fabricate a bomb.
Текущий статус
Первоначально планировалось завершить строительство в 1999 и 2000 годах, но оба реактора были завершены в мае 2000 года. Операционная лицензия была выдана реактору MAPLE I в августе 1999 года, а в июне 2000 года она была расширена и на реактор MAPLE II. Испытания по вводу в эксплуатацию начались незамедлительно, и реактор MAPLE I достиг своей первой устойчивой реакции в феврале 2000 года, а MAPLE II – в октябре 2003 года. Однако в ходе испытаний было выявлено, что некоторые стержни аварийного останова реактора MAPLE I могут не выходить в определенных сложных ситуациях. Эта неисправность была связана с дефектами изготовления и проектирования, а также с накоплением мелких металлических частиц в корпусах управляющих стержней, что препятствовало их свободному движению. Кроме того, дальнейшие испытания показали, что реакторы имеют положительный температурный коэффициент реактивности (ПТК), что противоречило прогнозам моделирования и являлось серьезным препятствием для ввода в эксплуатацию. Положительный ПТК означает, что реактивность реактора возрастает при повышении температуры; в случае непланированного скачка мощности такая конструкция может выйти из-под контроля и потенциально привести к расплавлению. В течение последующей восьмилетней задержки с началом коммерческого производства проект значительно превысил запланированный бюджет. Изначальный бюджет составлял 140 миллионов долларов, но к 2005 году затраты уже достигли 300 миллионов долларов. 25 октября 2007 года объекту MAPLE была продлена лицензия на эксплуатацию, позволяющая осуществлять деятельность до 31 октября 2011 года. В этом (окончательном) представлении предполагалось, что реактор MAPLE I будет введен в эксплуатацию в конце 2008 года. 16 мая 2008 года AECL опубликовала заявление о прекращении программы MAPLE, поскольку "завершение ввода в эксплуатацию и запуск реакторов стали невозможны". В этом заявлении AECL сообщила о намерении продлить лицензию действующего реактора NRU для продолжения производства медицинских изотопов. Дальнейшие планы AECL в отношении бизнеса по производству медицинских изотопов в заявлении не были уточнены.
Originally planned to complete construction in 1999 and 2000, both reactors were instead completed in May 2000. An operational license was granted in August 1999 for the MAPLE I reactor, and extended to include the MAPLE II reactor in June 2000. Commissioning testing was begun immediately, with the MAPLE I achieving its first sustained reaction in February 2000, and MAPLE II following in October 2003. However, during testing, it was noted that some of the emergency shut off rods in the MAPLE I reactor could fail to deploy in certain demanding situations. This failure was ascribed to workmanship and design issues, and related to fine metal particles accumulating in the control rods' housing and interfering with their free movement. In addition, later testing found that the reactors have a positive power co efficient of reactivity (PCR), which was in disagreement with the prediction of the modelling, and was a significant barrier to commissioning. A positive power co efficient means that the reactor becomes more reactive when it heats up; in the case of an unplanned power spike, such a design can "run away" and potentially cause a meltdown. During the subsequent eight year long delay in the start of commercial production, the project significantly overran its budgeted cost. The original budget was $140 million, but by 2005 it had already cost $300 million. The MAPLE facility was granted an extension on its operating license on 25 October 2007, which would permit operations until 31 October 2011. This (final) submission envisioned that the MAPLE I reactor would be operational in late 2008. On 16 May 2008, AECL released a statement announcing that the MAPLE program had been terminated, as it had become "no longer feasible to complete the commissioning and start up of the reactors". In this statement, AECL indicated that they would move to further extend the licence of the operating NRU reactor to continue the production of medical isotopes. The statement left unclear what long term direction AECL would take for its medical isotope production business.