Hoogverrijkt uranium en de medische wereld

 

Eén van de actiepunten van ICAN (International Campaign to Abolish Nuclear weapons) is het uitschakelen van hoogverrijkt uranium (highly enriched uranium, HEU) als grondstof voor de productie van technetium-99m. Tc-99m is het meest gebruikte radio-isotoop voor medische doeleinden.

 

Vanwaar deze bezorgdheid? Bij de productie van molybdeen-99, de ‘moeder’ van technetium-99m, blijft in de bestraalde plaatjes (de targets) nog 97% van het uranium-235 over, zodat het ‘afval’ geschikt materiaal is om kernbommen mee te maken. Als we dan weten dat er wereldwijd jaarlijks zo’n 85 kg HEU in dit circuit wordt verbruikt is er enige reden tot ongerustheid. Want in deze civiele opslagplaatsen, die in vergelijking met de militaire slechter bewaakt zijn, wordt heel wat gevaarlijk spul bewaard dat liefst niet in de verkeerde handen terecht moet komen.

 

Op dit ogenblik verzorgen vier producenten zo’n 95% van de wereldwijde behoefte aan Mo-99. Het zijn MDS Nordion (Canada), TycoHealthcare/ Mallinckrodt (Nederland), NECSA /NTP (Zuid-Afrika) en het Belgische Institut National des Radioéléments (IRE, Fleurus). Dat laatste doet voor de bestraling beroep op de BR2-reactor van het SCK*CEN te Mol. Alle vier gebruiken ze nog HEU als grondstof. Nochtans bestaan er alternatieve manieren om Mo-99  te bereiden, waarbij gebruik gemaakt wordt van laagverrijkt uranium (LEU) of waar zelfs helemaal geen uranium meer aan te pas komt.

 

De Verenigde Staten, die het HEU aan Fleurus leveren, zijn uiteraard niet gelukkig met deze situatie. Het FANC (Federaal Agentschap voor Nucleaire Controle) heeft een paar jaar geleden nog moeten bemiddelen om de levering van HEU door de VS aan België te laten doorgaan. Er waren inderdaad vragen over de beveiliging van transport en opslag van de producten. In de VS zelf bestaat trouwens de vrij absurde situatie dat er geen enkele productie-eenheid is voor molybdeen-99, zodat Amerika HEU moet leveren aan Canada om medische isotopen terug te krijgen. Er wordt dan ook gepleit voor een eigen Amerikaanse, op LEU gebaseerde, aanmaak van Mo-99. Het Amerikaanse Global Threat Reduction Initiative (GTRI) moet er wereldwijd voor zorgen dat terroristische groeperingen minder gemakkelijk kernmateriaal uit het civiele circuit kunnen bemachtigen. Het GTRI voorziet ondermeer in een geleidelijke ombouw van alle HEU- naar LEU-aangedreven onderzoeksreactoren.

 

De conversie van de reactoren van HEU naar LEU is mogelijk en betaalbaar. De kosten van de ombouw zouden minstens gedeeltelijk gecompenseerd worden door de lagere uitgaven die voor de beveiliging van transport en opslag nodig zijn.

IPPNW dringt erop aan dat medici overal ter wereld bij hun overheden pleiten voor een verbod op het gebruik van isotopen die met behulp van HEU geproduceerd zijn. Op die manier zou de omschakeling naar veiligere productiemethoden veel sneller kunnen verlopen. Gevraagd om een reactie stuurde het SCK*CEN het volgende antwoord: “(…) Men gaat ervan uit dat zowat midden volgend decennium de reactoren in de landen die het Global Threat Reduction Initiative onderschreven hebben zullen geconverteerd zijn. Het SCK*CEN participeert actief in een conversieprogramma voor de BR2 reactor.”

 

Bronnen

Tilman Ruff e.a.: Weapons-grade Uranium and Radiopharmaceutical Production, An IPPNW Fact Sheet

FANC (Federaal Agentschap voor Nucleaire Controle): jaarverslag 2005

SCK*CEN: persoonlijke mededeling

Laura H. Kahn e.a.: ‘Feasibility of Eliminating the Use of Highly Enriched Uranium in the Production of Medical Radioisotopes.’

Laura H. Kahn: ‘The potential dangers in

medical isotope production’, Bulletin of the Atomic Scientists, maart 2008

Wikipedia: Technetium, Molybdeen, Uranium

US Department of Energy: ‘GTRI: More Than Three Years of Reducing Nuclear Threats’.

 

Voor meer informatie kunt u ook kijken op www.icanw.org, www.ippnw.org of contact nemen met Tilman Ruff via mail: tar@unimelb.edu.au

 

 

Een eenvoudig te vervaardigen terroristenbom?

 

 

Een eenvoudige kernbom in de grootteorde van kilotonnen ligt zeker binnen het bereik van technisch weinig ontwikkelde landen of groeperingen. De IAEA definieert een ‘significante hoeveelheid’ splijtbaar materiaal als de hoeveelheid die nodig is om een eerste generatie kernbom van het type Nagasaki te maken: 8 kg plutonium of 25 kg U-235 vervat in HEU. (Moderne kernwapens hebben slechts 1 tot 3 kg plutonium of 5 tot 10 kg HEU nodig.) HEU is nog om andere redenen het geliefkoosde kernmateriaal voor terroristen. Uranium kan vrij veilig gehanteerd worden en de lage radioactiviteit kan met zeer eenvoudige afschermingsmaatregelen verborgen worden gehouden. Daardoor is het zeer gemakkelijk te smokkelen en uiterst moeilijk te ontdekken. Zestig kilo weapongrade HEU past overigens gemakkelijk in een vaatje van vijf liter. In 2002 waarschuwde de Amerikaanse overheid dat de beste bescherming tegen een terroristenbom de niet-beschikbaarheid van HEU is. In het verleden zouden terroristen al meermaals geprobeerd hebben om op gewelddadige wijze nucleair materiaal te bemachtigen.

 

Technisch hoekje: de U - Mo - Tc-connectie HEU en LEU

Natuurlijk uranium bestaat voor 99,3% uit U-238 en slechts voor 0,7% uit het splijtbare U-235. Voor de verrijking van uranium (het opdrijven van het gehalte U-235) zijn ingewikkelde en dure chemische en fysische procédés vereist. Hoogverrijkt uranium (HEU) heeft een U-235-gehalte van meer dan 20%. Het wordt gebruikt in oude typen kernreactoren en vooral in kernwapens. HEU met een gehalte van 85% of meer wordt ook weapongrade genoemd, omdat het bij uitstek geschikt is om krachtige kernbommen mee te maken.

Laagverrijkt uranium (LEU) heeft een U-235-gehalte van 20% of minder. Concentraties van 3 tot 5% zijn voldoende voor gebruik in de moderne kernreactoren. Voor het maken van kernwapens is LEU weinig geschikt, hoewel er wel een ‘vuile bom’ mee kan gemaakt worden.

 

Medisch gebruik van Technetium (Tc)

Technetium-99m is het meest gebruikte isotoop voor diagnostische beeldvorming in de geneeskunde. Wereldwijd worden jaarlijks 20 miljoen onderzoeken met Tc uitgevoerd. Hoe werkt deze isotoop van technetium? Tc-99m is een zogenaamde metastabiele nucleaire isomeer van Tc-99. Bij het verval van Tc-99m naar Tc-99 wordt een dosis gammastraling uitgezonden die door een gevoelig meettoestel (gamma-camera) kan worden opgevangen. Indien Tc-99m aan de juiste stof wordt gebonden ontstaat een tracer die zich bij voorkeur opstapelt in bepaalde organen, zoals bot, hart, bloed, hersenen of nieren. Ook voor een SPECT-scan wordt een dosis Tc-99m ingespoten. Het handige aan Tc-99m is de halfwaardetijd van ongeveer 6 uren: hierdoor heeft men een product in handen dat zijn straling vrij intens uitzendt op een korte tijd, zodat die goed meetbaar is. Bovendien is de straling na 24 uur nagenoeg op nul gevallen, zodat op lange termijn geen effecten hoeven te worden gevreesd.

 

De productie van Technetium-99m

Tc-99m is een vervalproduct van molybdeen-99. Mo-99 heeft een halfwaardetijd van 66 uren, waardoor het gemakkelijk van de productie-eenheid kan worden getransporteerd naar de ziekenhuizen of regionale verdeelpunten. Met een vrij eenvoudig apparaat wordt daar het Mo-99 ‘gemolken’ (men spreekt van een technetium cow), waarbij het Tc-99m wordt geëlueerd en onmiddellijk voor diagnostische doeleinden gebruikt.

 

De productie van molybdeen-99

Hier komen we tot het hart van de discussie. Molybdeen-99 is een splijtings-product van uranium-235. Het wordt bekomen door targets (capsules met hoogverrijkt uranium, doorgaans > 90% U-235) te bestralen in het hart van een kernreactor. 95% van de wereldproductie van Mo-99 gebeurt nog steeds op deze wijze, hoewel er efficiënte productie-methoden op basis van laagverrijkt uranium zijn ontwikkeld. Een alternatieve productiemethode is het bombarderen van Mo-98 met neutronen in een hoge flux-reactor.

 

 

Mo uit LEU?

 

Jan Gevers Leuven

 

Hugo D’aes beschrijft in dit stuk de Belgische situatie; als wij de Nederlandse daarbij betrekken lijkt verwarring mogelijk over de hoeveelheden LEU en HEU.

 

In de duinen, nabij de Nederlandse plaats Petten, staat sedert 1961 de Hoge Flux Reactor van de Europese Commissie (EC). Daarin wordt een dichte stroom van neutronen geproduceerd voor wetenschappelijk onderzoek en voor de productie van medisch belangrijke radio-isotopen.

Tot voor kort kwamen deze neutronen uit de versplijting van Highly Enriched Uranium (HEU). Dit HEU heeft per definitie een percentage U-235 van > 20% maar de Hoge Flux Reactor bevatte HEU met een veel hoger percentage, namelijk van 90% U-235 en dat is hoog genoeg voor de productie van een atoombom. De EC heeft het proliferatiegevaar daarvan ingezien en liet de reactor ombouwen voor de versplijting van Low Enriched Uranium (LEU). Sedert 2006 is de splijtstof < 20% U-235, dus per definitie LEU. Tussen de grote hoeveelheden LEU-splijtstof zitten de door D’aes besproken aluminium targets. Deze bevatten slechts enkele grammen HEU 90%. Na de vangst van een neutron uit de directe omgeving (uit LEU dus) splijt de U-235 in de target in twee kernsplijtingsproducten. Die kunnen van diverse grootte zijn, waaronder een tweetal medisch relevante radio-isotopen: Jodium-131en Molybdeen-99 (Technetium-99m).

 

De vraag was of dit proces voor terroristen interessant is. Het antwoord is gelukkig: nee, althans niet voor wat betreft dit materiaal uit Nederland. De reactor bevat immers maar enkele grammen HEU.

Dit wordt regelmatig aangevoerd uit Frankrijk, maar om voldoende materiaal voor een atoombom te verkrijgen moet een terrorist dit transport duizenden keren bestelen. Men kan nog stellen dat het maken van HEU helemaal verboden moet worden, ook de kleine hoeveelheden, en daar ben ik het mee eens.

Maar uit het alternatief LEU komt veel minder Mo-99 en uit LEU ontstaat afval met meer transuranen, waaronder zeer giftige alfastralers.

 

Tenslotte: zijn de bovenbedoelde radio-isotopen in de geneeskunde dan volstrekt onmisbaar? Ja, vooralsnog wel.