2020-08-21
Radionuklider spelar en viktig roll inom vitt skilda användningsområden som sträcker sig från medicin, industri, behandling av livsmedel och forskning till uppdrag i rymden. Till följd av att distributionskedjor och produktion är beroende av endast ett fåtal aktörer och anläggningar är tillgången känslig för störningar och i vissa fall har det uppstått brist. För vissa radionuklider och för vissa geografiska områden har bristen funnits sedan senare delen av 00-talet.
Stort behov men få producenter
Bristen uppstod huvudsakligen till följd av att National Research Universal-reaktorn, NRU, i Kanada var tvungen att ställas av år 2009 till följd av korrosion. När NRU, som var en forskningsreaktor på 135 MW, ställdes av var endast en av fyra andra reaktorer för produktion av radionuklider i drift i världen. Det ledde till en akut bristsituation. Eftersom många isotoper har en kort halveringstid, framförallt under vilken de kan användas effektivt, krävs en stabil tillgång och en inte alltför lång transportväg. Under 2010 återstartade High Flux Reactor, HFR, vid Petten i Nederländerna vilket bidrog till att råda bot på den rådande bristsituationen.
Det nederländska statsrådet godkände i mars 2020 planer för en ny forskningsreaktor, Pallas, för att ersätta HFR. Den nya reaktorn ska stå färdig om tio år och kommer ha en termisk effekt på omkring 55 MW.
NEA föreslår ett slut på subventioner
I en rapport från november 2019 beskriver Nuclear Energy Agency, NEA, att dagens marknad och distributionskedjor gör det omöjligt för vissa aktörer att höja priserna tillräckligt för att täcka sina egna kostnader. Detta är en av orsakerna till varför utbudet är så känsligt för störningar. NEA föreslår därför ökad pristransparens, införande av en marknadsplattform och att subventioner ska avskaffas. Det skulle även vara möjligt att ersätta dagens användning av vissa isotoper med alternativa metoder, men det riskerar bli komplicerat och dyrt enligt rapporten.
Livsviktig radioaktivitet
Inom medicin används radioisotoper framförallt till sterilisering av redskap, medicinsk diagnostik och nukleärmedicin.
Globalt steriliseras nästan hälften av alla engångsartiklar som sprutor, skalpeller och handskar inom sjukvården med joniserande strålning. Under den pågående pandemin har sterilisering av personlig skyddsutrustning väckt ett stort intresse i flera länder. Sterilisering har visat sig fungera fortsatt bra, förutom för de särskilda andningsskydd som används. Joniserande strålnings kan normalt användas för att sterilisera kirurgmasker, men de andningsskydd (framförallt av typ N95 och FFP2) som används för att skydda mot coronaviruset använder ett elektrostatiskt filter som kraftigt degraderas när det utsätts för strålning.
Vid sterilisering av medicinsk utrustning används oftast bestrålningsanläggningar som använder kobolt-60. Det är en radionuklid som produceras genom neutronbestrålning av kobolt-59 i särskilda behållare som förs in i reaktorhärden. Efteråt sönderfaller kobolt-60 med en halveringstid på drygt 5 år till nickel-60. Sönderfallet sker genom betasönderfall, vilket även ger upphov till två gammastrålar med mycket hög energi. Kombinationen av en lagom kort halveringstid och kraftig gammastrålning gör kobolt-60 till en mycket kraftig strålkälla.
”Att springa genom öknen med en glasstrut”
Förutom sterilisering utförs omkring 50 miljoner medicinska vårdåtgärder med radionuklider varje år och efterfrågan på radionuklider växer med fem procent per år. Ungefär 90 % av åtgärderna utgörs av medicinsk diagnostik, främst med teknetium-99, Tc-99, som i sig utgör hela 80 % av alla åtgärder. Rent praktiskt fås teknetium från produktion av molybden-99, Mo-99, som har en halveringstid på endast 66 timmar. Det betyder att ämnet till stor del kan sönderfalla under transport på vägen till sjukhuset, vilket gör det till en komplicerad ”just-in-time”-produkt. Själva Tc-99 har en ännu kortare halveringstid, endast 6 timmar.
Förseningar som är en olägenhet för andra produkter utgör ett existentiellt hot för produkter som försvinner för varje timme som går. Distributionskedjan för känsliga radionuklider som Mo-99 har beskrivits som ”att springa genom öknen med en glasstrut”.
Kobolt-60 kommer från Kanada och Candu
Nästan hälften av dagens kobolt-60 kommer från de reaktorer som ägs av Ontario Power Generation, OPG. Där är det framförallt OPG:s reaktorer vid Pickering som i snart 50 år har producerat kobolt-60. I november 2019 annonserade OPG att de även skulle börja producera kobolt med sina reaktorer vid Darlington. Förutom OPG tillverkar även kraftbolaget Bruce Power kobolt-60 med sina reaktor i Bruce County i Ontario. Bruce Power började förra året leverera högkvalitativ kobolt-60 för medicinska ingrepp. Framförallt används cobolt-60 vid medicinska ingrepp med så kallade gammaknivar för precisionsingrepp vid cancer och andra komplexa hjärnsjukdomar.
Det kobolt som skördades förra året av Bruce Power har tillbringat nästan två år inne i reaktorn. Utan tillskottet från Bruce Power hade det återigen rått brist på kobolt av medicinsk kvalitet, då reaktorn NRU stängt ned under 2018.
Den övervägande majoriteten av kobolt-60 kommer från Kanada och deras Candu-reaktorer. Det produceras även kobolt i Candu-reaktorer i Embalse i Argentina, Quinshan III block 1 & 2 och Wolsong 1 & 2 i Kina och i Sydkoreas samtliga Candu. Ryssland producerar också kobolt-60, fast i RBMK-reaktorerna i Leningrad 1-4 och Smolensk 1-3 samt, sedan 2018, även vid Kursk 4.
Den kobolt som produceras behöver paketeras och tas om hand innan leverans till slutkund. I Kanada är det företaget Nordion som är den absolut största aktören. Förutom att arbeta med OPG och Bruce Power köpte Nordion under 2019 teknik från GE-Hitachi för att producera kobolt-60 i lättvattenreaktorer av både tryckvatten- och kokvattentyp. I februari i år inledde Nordion dessutom ett samarbete med Westinghouse för att producera kobolt-60 i tryckvattenreaktorer. Förutom Nordion finns några andra stora leverantörer som europeiska Curium Pharma, belgiska l’Institut des Radioéléments (IRE), sydafrikanska Nuclear Technology Products (NTP), ryska Research Institute of Atomic Reactors (RIAR/NIIAR) och australiensiska ANSTO Nuclear Medicine (ANM).
Ryska ambitioner
I en ny rapport slår Rosenergoatom fast att de planerar att öka sin produktion av radionuklider. Marknadsandelen för Co-60 ska öka från dagens 15 % till 30 %. Sedan tidigare finns planer på att bland annat snabbreaktorerna Beloyarsk 3 & 4 (eller BN-600 och BN-800 som de också kallas) ska producera kobolt-60. Från 1991-2004 gjordes tester med att producera Co-60 vid BN-600.
Marknaden för radionuklider förväntas enligt rapporten vara värd runt 70 miljarder dollar år 2030 och Rosenergoatom planerar att öka produktionen också av andra radionuklider. Till dessa hör medicinska isotoper som Mo-99, jod-131, jod-125, Samarium -153 och lutetium-177.
Användningen av radioisotoper växer
Behovet av radioisotoper för medicinsk diagnostik och behandling ökar stadigt och tekniken används inom allt fler tillämpningsområden i samhället. Metoden RT-PCR, som används för detektering av coronaviruset, använde ursprungligen radionuklider som markör (men är idag ersatt med andra markörer).
Utöver de medicinska användningsområdena växer även andra tillämpningar, t.ex. inom behandling av livsmedel. Ett annat område som kräver radioisotoper är utveckling av grödor och forskning kring jordmånen och vattenflöden. Dessa tekniker kommer sannolikt spela allt större roll för anpassning till klimatförändringar.
Samtidigt har den amerikanska rymdfarkosten Perseverance skjutits upp av NASA. Efter en lyckad uppskjutning förväntas rymdsonden landa på Mars i februari 2021. Själva Rovern, som även bär med sig en liten helikopter, drivs av en så kallad radioisotopgenerator som tillverkats av amerikanska Department of Energy, DOE. Radioisotopgeneratorn genererar 110 watt från 4,8 kg plutoniumdioxid under fjorton års tid. Det är betydligt längre än uppdragets förväntade längd på ett och ett halvt år.
Den tidigare farkosten till Mars, kallad Curiosity, landade på den röda planeten i augusti 2012. Uppdragets längd var början knappt två år men Curiosity fortsätter sitt uppdrag än idag, mer än åtta år senare.