السلف في تكنولوجيا الإثراء لإنتاج اليورانيوم المنخفض التخصيب للتطبيقات الطبية

فالتخصيب بالليزر يوفر عدة مزايا قاهرة، لأن التحولات الذرية أو الجزيئية محددة للغاية، فإن مرحلة الليزر الوحيدة يمكن أن تحقق مستويات الإثراء التي كانت تتطلب في السابق مئات من مراحل الطرد المركزي، وهذا يقلل بشكل كبير من البصمة واستهلاك الطاقة وتوليد النفايات في مصنع للتخصيب، أما بالنسبة لليورانيوم المنخفض التحلل، فإن أساليب الليزر يمكن أن تنتج مواد ذات تركيزات عالية التحكم، تتراوح بين 2 في المائة و 19.7 في المائة، دون الحاجة إلى تداعيات.

ورغم هذه الفوائد، فإن الانتشار التجاري لإثراء الليزر قد أعاقه التحديات التقنية: فالقوة العالية، والليزر الضيقة النطاق الترددي يجب أن تعمل بشكل موثوق على نطاقات صناعية، كما أن مناولة بخار اليورانيوم أو معالجته بخار اليورانيوم المثير للتآكل (_{6] [F-LT:1]] تتطلب نظماً متقدمة للمكنسة والسلامة، غير أن الإنجازات الأخيرة في تكنولوجيا الليزر الصلبة ونظم الإيداع الضوئية.}

التقنيات الناشئة: فصل البلاستيك وتبادل المواد الكيميائية

وفيما عدا الطاردات المركزية والليزر، يجري استكشاف تكنولوجيات التخصيب الأخرى لأغراض التطبيقات الكيمائية. Plasma separation] تستخدم هذه الأساليب الكهرومغناطيسية في عمليات التخصيب الانتقائي وتستخرج 235 من بلازما عالية الحرارة من ذرات اليورانيوم، وبينما لا تزال في مرحلة البحث، فإنها يمكن أن تعرض في نهاية المطاف عوامل انفصال عالية جدا في عملية تبادلية واحدة().

الأثر على إنتاج النظائر الطبية

Molybdenum —99 and Technetium —99m

وكان من شأن تحسين تكنولوجيا التخصيب، في الماضي، أن يؤدي إلى إنتاج اليورانيوم المتحول إلى 19.7، وهو ما يجعل معظم الإنتاج المحلي من اليورانيوم - المتوسط المتحول إلى 99 هدفاً مؤثراً في عدد كبير من مفاعلات البحوث القديمة، وبما أن هذه المفاعلات قد تحولت إلى اليورانيوم المنخفض التخصيب إلى اليورانيوم المنخفض التخصيب، فإن الحاجة إلى إمدادات موثوقة من أهداف اليورانيوم المنخفض التخصيب، لا سيما استخدام الليزر والارتداد العالي الجودة.

وعلاوة على ذلك، فإن أوجه التقدم في مجال التخصيب تتيح إنتاج مو-99 ليس فقط عن طريق الانشطار في المفاعلات بل أيضا عن طريق أساليب متسارعة، مثلا، استخدام مسرع كهربائي عالي الطاقة لخلق صور مصفحة من طراز " إيسترالونغ " ، التي تنتج مدافن للصور الفوتوغرافية في أهداف اليورانيوم المنخفض التخصيب، لا يتطلب وجود مفاعل نووي على مستوى النفايات، بل ويستخدم هذا النهج الذي كثيراً في إنتاجه " فورون " .

خدمات طبية أخرى

ويمكن أن تُنتج نفس التحسينات في مجال التخصيب عن طريق إنتاج النظائر المشعة الأخرى () الأيودية (131) ، التي تستخدم لمعالجة الأشعة الفائقة الإثراء وسرطان الغدة الدرقية، أن تنتج عن طريق أهداف الأشعة المشعة في مفاعل أو عن طريق التفعيل النيوي للغاز الإثراء الرئوي - الذي يعتمد على إمدادات موثوقة من اليورانيوم(2).

المنافع البيئية والمتعلقة بالسلامة

وتُحدث تكنولوجيات التخصيب الحديثة تحسينات ملموسة في البيئة والسلامة، إذ تستهلك أجهزة الطرد المركزي المتقدمة تقريباً واحداً تقريباً من الطاقة لكل وحدة من وحدات خفض الانبعاثات الغازية، مما يقلل بدرجة كبيرة من آثار الكربون في إنتاج اليورانيوم المنخفض التخصيب، إذ إن كان متداولاً تجارياً، سيقطع استخدام الطاقة بنسبة 50 في المائة إضافية بسبب الانتقائية في التأيين أو الانتساب إلى الصور الفوتوغرافية التي تحدث في درجة حرارة ولا يتطلب رطاسية الضخمة.

كما أن توليد النفايات ينخفض أيضاً، ففي الانتشار الغازي، ينتهي معظم المواد الغذائية إلى ذيل اليورانيوم المستنفد، الذي يجب تخزينه إلى أجل غير مسمى باعتباره سداسي فلوريد اليورانيوم في أكاديم الصلب - وهو شكل قابل للتآكل من النفايات، كما أن أجهزة الطرد المركزي الحديثة ومصانع الليزر تنتج ذيلاً في شكل أكسدة أكثر استقراراً من الناحية الكيميائية، أو يمكن أن تعيد إلى مرحلة أخرى عملية الفرز الواحدة.

ومن منظور السلامة، تصمم مرافق الإثراء الجديدة بمستويات متعددة من الاحتواء، ونظم السلامة السلبية، والرصد المتقدم لمنع أي إطلاق عرضي لصناعة الإثراء غير المتعمد (₎₍₆₎ أو غير ذلك من المواد الخطرة، كما أن استخدام سلسلة الطاردات المركزية النموذجية لا يضر بالمصنع بأكمله، خلافاً لما ينتج عن ذلك من تحولات هائلة في استخدام الأجهزة الحساسية، وبواسطة.

Global Supply Chain and Proliferation Considerations

وتعالج تكنولوجيا التخصيب المحسنة مباشرة الاختناقات الطويلة الأمد في سلسلة الإمداد بالنظائر الطبية، وقد كانت الإمدادات العالمية من طراز Mo-99 هشة تاريخيا، حيث تسببت عدة عمليات إغلاق للمفاعلات في حدوث نقص حاد، ومن خلال التمكين من زيادة توزيع مرافق الإثراء الأصغر حجما - التي يمكن أن تستند إلى طرق ليزرية أو كيميائية - يمكن للبلدان أن تقلل من اعتمادها على عدد قليل من المضاعفات الضخمة، ويمكن أن توفر مراكز إقليمية للتخصيب مفاعلات البحثية مفاعلات المحلية أو مرافق مسرعة.

ولا يمكن في الوقت نفسه إدارة مخاطر الانتشار بعناية، إذ يمكن استخدام تكنولوجيات التخصيب في إنتاج اليورانيوم العالي التخصيب إذا ما تم تشغيلها بطريقة مختلفة، مما يثير القلق بشأن إمكانية الاستخدام المزدوج، وتكيف نظم الضمانات الدولية، بما فيها تلك التي تشرف عليها الوكالة الدولية للطاقة الذرية، لرصد تكنولوجيات التخصيب الجديدة.

التوجيهات والبحوث المستقبلية

ويسعى البحث الجاري إلى زيادة تحسين تكنولوجيات الإثراء، وفي مجال إثراء الليزر، تركز الجهود على زيادة طاقة الليزر وتحسين عمر المكونات البصرية، وتطوير مراقبة العمليات في الوقت الحقيقي للحفاظ على النقاء الأيزوتيكي، كما يقوم الباحثون باستكشاف نظم " الهجينة " التي تجمع بين خطوة في مرحلة الإثراء بالطرد المركزي (نحو 510 في المائة من اليورانيوم - 235) مع اتخاذ خطوة نهائية في مجال إثراء الليزر من أجل بلوغ هدف الكلفة تبلغ 19.75%.

وثمة سبيل واعد آخر هو استخدام العزل القائم على التعددية ] (مثلاً، سطو الأيوني على الأعاصير) الذي يمكن أن يفصل جميع النظائر المكونة من عنصر معين في آن واحد، وبينما لا يزال في مرحلة المختبر، فإن هذا المنفصل يمكن أن ينتج مواد تشخيصية متعددة الصنع للطب - ليس فقط اليورانيوم المستقر.

والتعاون الدولي حاسم الأهمية لهذه الجهود، إذ أن [مشاريع البحوث المنسقة] (https://www.iaea.org/projects/crp) على إنتاج النظائر الطبية القائمة على اليورانيوم المنخفض التخصيب، تجمع خبراء من مفاعلات البحوث وشركات الإثراء ومقدمي الرعاية الصحية لتبادل أفضل الممارسات وإجراء تجارب مشتركة، كما أن وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي تنتج أيضا تحليلات دورية للتوازن بين العرض - الجوهري في مجال الترجمة الطبية،

وفي الختام، فإن أوجه التقدم في تكنولوجيا التخصيب تعيد تشكيل المشهد العام لإنتاج النظائر الطبية، ومن الطاردات المركزية الغازية المتقدمة التي توفر الموثوقية والنموذجية إلى أساليب الليزر التي تعد كفاءة ونقاء غير مسبوقة، فإن أدوات إنتاج اليورانيوم المنخفض التخصيب للاستخدام الطبي لم تكن أكثر قدرة، وهذه التطورات لا تلبي الطلب العالمي المتزايد على النظائر التشخيصية والعلاجية فحسب، بل أيضاً تؤدي إلى تعزيز السلامة.