全球找鉬

由核反應(yīng)堆安全檢修引起的全球醫(yī)療放射性元素供不應(yīng)求促發(fā)美國科學(xué)家在世界范圍內(nèi)尋找新的解決途徑。

在用于醫(yī)療診斷的所有放射性同位素中，锝元素起到的作用非同一般。幾乎每個(gè)醫(yī)院和診所都利用它來完成八成多的放射性成像。我們?nèi)粘Ｋ^的人體CT掃描使用的放射源，一般情況下就指锝。這種同位素是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)探測、評估的重要工具，在癌癥、心臟疾病以及其它重癥的治療中起到了重要的作用?？偠灾?，大夫們利用它解除了無數(shù)病人的痛苦、延長了許多病人的壽命。锝放射周期很短，大約每六個(gè)小時(shí)就會(huì)衰變一半，在釋放X射線的同時(shí)衰變?yōu)槠渌脑亍Ｍ凰仫絹碓从阢f，鉬在衰變的過程產(chǎn)生锝，此過程的基本原理和锝的衰變一樣，人類歷史上最偉大的夢想“點(diǎn)石成金”也藉此原理而成為現(xiàn)實(shí)。鉬的半衰期稍微長些——約66小時(shí)。盡管長一點(diǎn)，兩種元素都不能長時(shí)間地儲(chǔ)存，和防止食物變餿完全不同，人類沒有任何辦法阻止放射性元素衰變的步伐。因此醫(yī)療中的鉬必須在極短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)并及時(shí)運(yùn)輸?shù)绞褂玫那熬€，這些“新鮮”的鉬才能衰變出锝，從而完成人體放射性成像。

然而，今年開始，放射性鉬元素的供應(yīng)卻出現(xiàn)了問題。

建造在加拿大、歐洲以及南非等地的五個(gè)核反應(yīng)堆生產(chǎn)了世界上近九成的放射性鉬元素。不過這些反應(yīng)堆的平均年齡已接近50歲，對核反應(yīng)堆來說已經(jīng)算風(fēng)燭殘年了。所以從今年年初開始它們相繼地被暫時(shí)關(guān)閉，進(jìn)行檢查整修。由此以來導(dǎo)致了世界各地，尤其美國醫(yī)療用鉬元素的供給嚴(yán)重不足。我國臺(tái)灣省也在受其影響之列。然而，萬事難不倒“美利堅(jiān)”，美國政府出臺(tái)了一系列相應(yīng)措施，以解決美國放射性同位素的供應(yīng)危機(jī)。

核反應(yīng)堆的“體檢”

2009年5月份，位于加拿大安大略省喬克河流附近的具有52年歷史的核反應(yīng)堆外圍墻體出現(xiàn)了大面積蝕壞，發(fā)現(xiàn)重水滲漏情況。加拿大原子能有限公司，也即主管公司宣布該反應(yīng)堆暫時(shí)關(guān)閉，并稱重開的時(shí)間將推遲到來年春天。消息稱，加拿大國內(nèi)醫(yī)療所用的放射性同位素有近八成產(chǎn)自該反應(yīng)堆。

同時(shí)，例行檢修也使位于荷蘭佩騰的強(qiáng)力流反應(yīng)堆停止運(yùn)作。該反應(yīng)堆是世界第二大放射性鉬元素生產(chǎn)基地，預(yù)計(jì)關(guān)閉的時(shí)間達(dá)一月之久。故而，世界范圍內(nèi)的鉬供給量跌至正常情況的三成。盡管荷蘭佩騰的核反應(yīng)堆在今年八月中旬就恢復(fù)生產(chǎn)，但它運(yùn)作也是有期限的。預(yù)計(jì)到2010年，這座壽命達(dá)47歲的反應(yīng)堆將停止運(yùn)作，迎接長達(dá)六個(gè)月的“體檢”和“休整”。

2008年開始，核反應(yīng)堆的安全性問題導(dǎo)致放射性元素的供給量極不穩(wěn)定，這種情況促使美國核醫(yī)療學(xué)會(huì)向國會(huì)遞交了相關(guān)申請，請求上級對醫(yī)療核原料的供給情況予以重點(diǎn)考慮。經(jīng)新墨西哥洛斯阿拉莫斯的國家實(shí)驗(yàn)室羅伯特·安合牽頭，而后由美國核醫(yī)學(xué)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)層人士、眾多科學(xué)家和內(nèi)科醫(yī)生參與并聯(lián)名上書，呼吁美國發(fā)展新的、更可靠的本土鉬原材料。

安合對政府的支持充滿了希望，“由于锝元素以及其原料的供應(yīng)情況極其不穩(wěn)定，因此許多公司看中了其中的商機(jī)，爭先恐后地投資進(jìn)行放射性元素的本土生產(chǎn)?！?/p>

尋找替代品

美國核醫(yī)療學(xué)會(huì)于今年八月份做了一份調(diào)查，結(jié)果表明近八成接受調(diào)查者認(rèn)為受到鉬危機(jī)引起的影響，三成醫(yī)療單位認(rèn)為可以勉強(qiáng)維系正常工作。很多人顯得憂心忡忡，“一月之內(nèi)我們的放射性鉬元素將應(yīng)用殆盡?！?/p>

自從加拿大反應(yīng)堆停業(yè)之后，納什維爾的范德比爾特大學(xué)醫(yī)藥研究中心的工作很難開展，

“鉬元素只能供給到正常需求量的三分之二，甚至有時(shí)候不到四分之一，”該研究中心的負(fù)責(zé)人杰夫·克蘭頓如是說。

克蘭頓苦皺著眉頭，“最愁人的事情莫過于荷蘭的核反應(yīng)堆又將于明天春天停頓整修，如果屆時(shí)加拿大的反應(yīng)堆又恰好沒有恢復(fù)生產(chǎn)，情況將不堪設(shè)想。初步估計(jì)，屆時(shí)的供給量將不及以往的20％?！边@對醫(yī)院來說將是致命的打擊，因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，普通醫(yī)院每周會(huì)進(jìn)行數(shù)以千計(jì)的次放射醫(yī)療。

鑒于這種情況，某些醫(yī)院發(fā)表聲明表示他們將有效地安排放射性醫(yī)療，在有限的放射性元素供給的情況下盡最大可能治病療傷。

“合理地安排放射性治療不會(huì)給醫(yī)院造成太大損失，但是病人卻經(jīng)受不起?！辈樘箒啞さ劬S基是賓夕法尼亞大學(xué)費(fèi)城醫(yī)學(xué)院的科研人員，他負(fù)責(zé)核醫(yī)藥方面的研究工作。

放射性成像科室只能利用相當(dāng)于正常情況下一半的锝元素來檢測心臟負(fù)荷，以測量血液輸入心臟組織的量。在锝供給量十分緊俏的情況下，內(nèi)科醫(yī)生只好尋求其它的放射性元素，比如鉈元素來代替治療此類病癥。帝維基所在單位面臨的情況即是如此。

相比锝而言“鉈衰變所釋放的能量要弱一些，故而診斷的效果也不如锝元素理想，”德恩·布勞格如是說，他是維吉尼亞醫(yī)學(xué)院的醫(yī)療物理學(xué)家。“鉈元素診斷所導(dǎo)致的遺漏或錯(cuò)誤幾率很高，因此有可能根本檢查不出心臟的某些毛病?！?/p>

帝維基還指出另外一個(gè)潛在的問題，“像我這樣的老手，由于鑒別過很多鉈元素放射成像的圖片，一般不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的判斷。但是還有大批心臟病專家以及核醫(yī)療內(nèi)科醫(yī)生從來都沒有認(rèn)別過鉈元素放射成像，因此在解讀方面存在很多問題?！?/p>

此外，使用鉈元素成像也加長了病人進(jìn)行核輻射掃描所用的時(shí)間。一般情況下利用鉈元素需要4個(gè)多小時(shí)的輻射，而锝只需2個(gè)小時(shí)，這意味鉈對人體的輻射也將加倍。

帝維基繼續(xù)道，解決之道就是通過替代，比如利用鉈進(jìn)行心臟負(fù)荷試驗(yàn)，這樣就可以從收益不大、費(fèi)用較低的核輻射醫(yī)療中節(jié)省出锝元素。

約有16％的锝元素用于檢查骨骼中的癌變情況，在此情況下氟化鈉可以作為替代品。氟化鈉通過正電子放射，形成x射線也可以起到檢查病變的作用，和利用锝元素的效果不相上下。因此，美國食物與藥品管理局推薦氟化鈉作為锝元素的替代品，在放射性元素供給的危機(jī)時(shí)刻可以起到一定的緩解-作用。然而，國家的醫(yī)療保險(xiǎn)制度還未將其列入安全醫(yī)療的范圍之內(nèi)，因此只有少數(shù)情況下才考慮使用氟化鈉作為骨骼掃描的替代品。

在五個(gè)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)的聯(lián)名請求下，美國醫(yī)療保險(xiǎn)部門正在重新評估氟化鈉對骨骼掃描的大致情況。但是官方稱近期不會(huì)發(fā)布正式公告。

白宮的領(lǐng)導(dǎo)人已經(jīng)看到了美國進(jìn)口鉬元素日趨艱難的現(xiàn)狀。

“我們認(rèn)為這是該勇往直前的時(shí)刻了，我們會(huì)竭盡全力用以鼓勵(lì)本土的鉬元素生產(chǎn)?！痹诎讓m出臺(tái)的《科學(xué)技術(shù)方針指南》上，基恩·科特姆如是說。

即使發(fā)展迅速，也需要四到十年的時(shí)間來測評、建造并最終投入生產(chǎn)。鑒于美國國民們已然整裝待發(fā)，不愿苦苦地等待太久，白宮方面成立了一個(gè)中介機(jī)構(gòu)用以協(xié)調(diào)各方利益和促成各種條件。

要制造放射性鉬元素，首先必須利用中子撞擊主要成分為鈾－235的金屬靶子，其中鈾的純度必須達(dá)到95％以上。撞擊的過程使得鈾裂變，分崩離析成各種元素，其中就有醫(yī)療所需的鉬元素?？铺啬氛f，“要制造本土的放射性鉬元素，最簡單的辦法就是從加喬克河反應(yīng)堆提取鈾靶子，然后在類似的裝置里使其裂變，再送回加拿大，并從中提取出我們想要的元素來?！睆募幽么髥炭撕臃磻?yīng)堆里提取的放射性鉬元素可以免受美國食品及藥物管理總局的審查。由此可以節(jié)省很多時(shí)間，因?yàn)椤皢未藢彶榫妥阕憧梢院纳虾脦啄甑臅r(shí)間。”

科特姆提到，在美國確實(shí)有一些核反應(yīng)堆能夠堪此重任，比如密蘇里州的科研用核反應(yīng)堆、田納西國家橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室的高能流同位素反應(yīng)堆。這兩個(gè)核反應(yīng)堆就是最好的備選對象。但是，這些核反應(yīng)機(jī)構(gòu)從獲取政府批準(zhǔn)、到將鈾靶從加拿大拿出來又送回去提取最終的產(chǎn)品，至少需要半年的時(shí)間?？铺啬氛f，

“還有一個(gè)問題，那就是喬克河反應(yīng)堆里也包含某些具有核炸彈威力的鈾靶子。因此要運(yùn)輸這些東西，就必須獲得國家能源部核安全局的審批?！?/p>

盡管某些科學(xué)家預(yù)料這將是一個(gè)有始無終的折騰，但是政府部門的發(fā)言人丹密恩表示了極大的熱情，他說：“國家核安全局全力支持白宮方面的決定，即不惜一切代價(jià)解決過渡時(shí)期的醫(yī)療用放射性元素的供給問題，甚至可以從高純度的鈾靶子中獲取裂變的產(chǎn)物，不過這需要嚴(yán)格的管理和規(guī)范的操作。”

長遠(yuǎn)的解決之道

今年的鉬危機(jī)已然令人咂舌，不過安合認(rèn)為情況還會(huì)進(jìn)一步惡化。

“美國國土安全部可以在任何時(shí)間因?yàn)槿魏握鎸?shí)的或假想的危險(xiǎn)而禁止出入境”。再想想喬克河反應(yīng)堆也垂垂老矣，它頻繁地停運(yùn)和長時(shí)間的整修預(yù)示著其安全問題的嚴(yán)重，“很多人甚至預(yù)測這個(gè)反應(yīng)堆將永不啟用，然而它曾經(jīng)供給著世界上三分之一的鉬?！卑采釢M懷惋惜地說。

安合還指出，如果美國不即時(shí)解決鉬供給危機(jī)，那么在醫(yī)療中將有近兩成的放射成像不能完成。這就是美國政府和醫(yī)療團(tuán)體甘愿花大價(jià)錢來發(fā)展本土化鉬生產(chǎn)原因所在。未來的鉬元素制造者必須以國家政策為準(zhǔn)繩——他們將不能使用純度超過20％的鈾靶子，而目前使用的鈾靶子純度高達(dá)95％。底純度減少了鈾靶子被恐怖分子劫持所引發(fā)的潛在危險(xiǎn)，但是這同樣造成了成本的巨大浪費(fèi)，因?yàn)橐圃斓攘康姆派湫糟f元素，低純度的靶子意味著至少五倍以上的原料。

具備供應(yīng)鉬元素的美國本土反應(yīng)堆有二：密蘇里州科研用核反應(yīng)堆和林查堡的核反應(yīng)堆。這兩者的設(shè)計(jì)都相當(dāng)古舊，其中密蘇里州的反應(yīng)堆壽命已達(dá)43年之久。位于密蘇里州的是一個(gè)小型的、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆，里面?zhèn)溆懈呒兌鹊拟櫻趸锶剂希瑑?chǔ)存在浸泡在水中的燃料棒里。過去的這些年中，該反應(yīng)堆在醫(yī)療和科研用鉬元素的供給方面做出了重要貢獻(xiàn)，至少發(fā)現(xiàn)二十多種可以用于制造醫(yī)用鉬元素的同位素原料。密蘇里州的反應(yīng)堆首先使鈾裂變，進(jìn)而產(chǎn)生中子，如果這些中子撞擊到裝有鈾一235的靶子，就會(huì)產(chǎn)生大量混合元素的產(chǎn)物，包括放射性元素鉬。這和加拿大喬克河反應(yīng)堆制造鉬元素的過程沒有什么差別。

不過，密蘇里州核反應(yīng)堆缺少喬克河反應(yīng)堆所具備的某些能力，比如用化學(xué)的方法把反應(yīng)混合物中的鈾過濾掉，從而提取出高純度的、適合醫(yī)療使用的鉬產(chǎn)品來。不過密蘇里州立大學(xué)的一些科研人員正在進(jìn)行有關(guān)提純方面的研究。

“一旦得到聯(lián)邦政府許可，我們至少需要三年的時(shí)間來設(shè)計(jì)并建造提純必備的基礎(chǔ)設(shè)施，然后需要半年進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)作?！泵芴K里州核反應(yīng)堆的負(fù)責(zé)人拉爾夫·布特勒如是說，

“我們對此充滿了期待，屆時(shí)將為美國供應(yīng)至少一半的醫(yī)療用鉬。”他還指出，如果美國能源部介入并大力支持的話，預(yù)計(jì)到2013年就可批量投入生產(chǎn)。

位于林查堡的核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)卻截然不同——大水池里安插著鈾靶子，不但可以作為核電使用，也可以生產(chǎn)鉬元素。該反應(yīng)堆的負(fù)責(zé)人鮑布·科克倫介紹道，全世界至少有三分之一的核反應(yīng)堆具有類似的設(shè)計(jì)法。他所帶領(lǐng)的公司具有生產(chǎn)鉬元素流程的設(shè)計(jì)專利。

科克倫說，

“核安全是評論界和人民大眾最為關(guān)心的問題之一。該反應(yīng)堆的一個(gè)亮點(diǎn)就是它的安全性，我們可以負(fù)責(zé)地說，這是一個(gè)安全系數(shù)很高的反應(yīng)堆。它不受壓力的制約，只要輕輕地拔下插座，將水灌入管道或池子，核反應(yīng)就會(huì)被控制?！?/p>

這也正是鉬提純的路徑之所在。從反應(yīng)堆中心抽出浸水核燃料，然后送入分離設(shè)備，目前此環(huán)節(jié)尚在設(shè)計(jì)之中。提取出鉬元素之后，含有鈾的水又可以返回反應(yīng)中心，進(jìn)行下一輪的裂變。

和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，這種反應(yīng)堆生成的廢棄物很少。安合說，

“該設(shè)計(jì)的方法不必使用高純度的鈾靶原料，杜絕了不法分子制造核武器的危險(xiǎn)。因此在世界上任何地方都可以安全地使用。”然而要等多久才能實(shí)現(xiàn)呢?科克倫說，

“最快得到2013年，但絕對不會(huì)遲于2015年?！?/p>

另辟蹊徑

美國本土化的鉬產(chǎn)品真正進(jìn)入市場還需要較長時(shí)間，但是有三個(gè)研究小組正在另辟蹊徑，意圖利用加速器來制造醫(yī)用放射性鉬元素。

最近，位于紐約倫斯勒工業(yè)學(xué)院的研究者們利用加速器制造出了高能電子流。當(dāng)這些電子流猛烈撞擊金屬靶子，就產(chǎn)出一束高能光子。據(jù)亞榮·丹儂介紹，這種高能光子和伽馬射線十分相似，被稱為軔致輻射。利用這種高能光子輻照金屬靶，就可以產(chǎn)生放射性鉬元素。丹儂說，

“通過這種方法制造放射性鉬元素，造成的廢棄物極少，可以說近乎為零。投入工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)出率高，產(chǎn)品的純度很好?！?/p>

密蘇里州立大學(xué)的科研人員研發(fā)出制造放射性鉬元素的流程，最基本的原理也是利用軔致輻射。華盛頓高級醫(yī)療同位素公司的負(fù)責(zé)人肯尼維克指出，這種發(fā)明是富有前景的，極有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。另據(jù)該公司的首席科學(xué)主管羅伯特·斯蓋特介紹，此系統(tǒng)由一些管道組成，其中充滿了重水(氧化氘)，鈾元素被浸泡在重水里。利用高能電子束輻照鎢電極，就可以產(chǎn)生出高能光子流，這些光子一旦進(jìn)入重水，可以將氘原子撕裂，釋放出中子；這些中子撞擊鈾，使其裂變產(chǎn)生鉬元素。

斯蓋特說，要增加反應(yīng)系統(tǒng)的效率，可以將管道內(nèi)壁涂上某些特殊的材料，以幫助反射未參加核裂變的中子，增加金屬鈾靶子的核裂變效率。其中，聚乙烯就是這種特殊材料理想的候選對象，斯蓋特計(jì)算表明，加反射膜可以成百上千倍地增加中子參加反應(yīng)的效率。今年8月下旬，斯蓋特申請了該項(xiàng)發(fā)明的專利。

8月份的試驗(yàn)表明，加速器也可以在重水里產(chǎn)生中子，正如所料。但此試驗(yàn)的金屬?zèng)]有選擇鈾，因此斯蓋特說，

“一個(gè)完備的雛形預(yù)計(jì)需要兩年多?！?/p>

此外，過去半年中威斯康辛州麥迪遜的研究人員在離子氣體中輻照氘原子，制造出了中子，用這種方法也制造出放射性鉬元素。

“不過到目前為止，還沒有付諸實(shí)際行動(dòng)，這些想法僅僅限于紙上談兵”，德魯卡如是說。德魯卡是威斯康辛州菲尼克斯核實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，他致力于將這些實(shí)驗(yàn)室里的理論付諸生產(chǎn)實(shí)踐。

據(jù)科特姆介紹，美國能源部與科技部最近攜手合作，試圖評估出技術(shù)最為成熟、生產(chǎn)潛力最為雄厚的科研團(tuán)隊(duì)。然后由政府出資支持他們的科研，并且為其提供必要的技術(shù)援助。

2009年夏季，支持本美國土化生產(chǎn)鉬的相關(guān)法案也被提上日程，法案建議解決醫(yī)用同位素的不穩(wěn)定供應(yīng)迫在眉睫。

安合說，

“醫(yī)療機(jī)構(gòu)需要的是實(shí)際行動(dòng)，能夠穩(wěn)定地供給同位素。”不過，就目前而言還沒有解決鉬供應(yīng)不穩(wěn)定的確鑿的計(jì)劃，聯(lián)邦政府已經(jīng)投入巨資來支持本土公司，但是一大堆的阻礙還需要逐步地去

克服。

“我今天早上去某家醫(yī)院體檢，發(fā)現(xiàn)只能安排兩例患者進(jìn)行CT掃描，而平時(shí)正常情況下可以安排八到十個(gè)?！币晃幻胁紓惣拥牟∪诉@樣說道。他于是去掉了多項(xiàng)身體檢查，比如心臟負(fù)荷檢查。布倫加說，

“平時(shí)急診室會(huì)進(jìn)行肺塞栓、膽囊炎以及心臟堵塞等病癥的同位素掃描，但是如今已經(jīng)轉(zhuǎn)到其它科室進(jìn)行檢查了。這說明醫(yī)院的同位素緊缺情況十分嚴(yán)重。”

帝維基對此表示贊同，他說，“對病人治療來說，這種現(xiàn)狀實(shí)在令人擔(dān)憂?！?/p>