全球找鉬

由核反應堆安全檢修引起的全球醫療放射性元素供不應求促發美國科學家在世界范圍內尋找新的解決途徑。

在用于醫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。幾乎每個醫院和診所都利用它來完成八成多的放射性成像。我們日常所謂的人體CT掃描使用的放射源，一般情況下就指锝。這種同位素是現代醫學探測、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。總而言之，大夫們利用它解除了無數病人的痛苦、延長了許多病人的壽命。锝放射周期很短，大約每六個小時就會衰變一半，在釋放X射線的同時衰變為其它的元素。同位素锝來源于鉬，鉬在衰變的過程產生锝，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“點石成金”也藉此原理而成為現實。鉬的半衰期稍微長些——約66小時。盡管長一點，兩種元素都不能長時間地儲存，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。因此醫療中的鉬必須在極短的時間內生產并及時運輸到使用的前線，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卻出現了問題。

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

核反應堆的“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年歷史的核反應堆外圍墻體出現了大面積蝕壞，發現重水滲漏情況。加拿大原子能有限公司，也即主管公司宣布該反應堆暫時關閉，并稱重開的時間將推遲到來年春天。消息稱，加拿大國內醫療所用的放射性同位素有近八成產自該反應堆。

同時，例行檢修也使位于荷蘭佩騰的強力流反應堆停止運作。該反應堆是世界第二大放射性鉬元素生產基地，預計關閉的時間達一月之久。故而，世界范圍內的鉬供給量跌至正常情況的三成。盡管荷蘭佩騰的核反應堆在今年八月中旬就恢復生產，但它運作也是有期限的。預計到2010年，這座壽命達47歲的反應堆將停止運作，迎接長達六個月的“體檢”和“休整”。

2008年開始，核反應堆的安全性問題導致放射性元素的供給量極不穩定，這種情況促使美國核醫療學會向國會遞交了相關申請，請求上級對醫療核原料的供給情況予以重點考慮。經新墨西哥洛斯阿拉莫斯的國家實驗室羅伯特·安合牽頭，而后由美國核醫學會的領導層人士、眾多科學家和內科醫生參與并聯名上書，呼吁美國發展新的、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情況極其不穩定，因此許多公司看中了其中的商機，爭先恐后地投資進行放射性元素的本土生產。”

尋找替代品

美國核醫療學會于今年八月份做了一份調查，結果表明近八成接受調查者認為受到鉬危機引起的影響，三成醫療單位認為可以勉強維系正常工作。很多人顯得憂心忡忡，“一月之內我們的放射性鉬元素將應用殆盡。”

自從加拿大反應堆停業之后，納什維爾的范德比爾特大學醫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，甚至有時候不到四分之一，”該研究中心的負責人杰夫·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堆又將于明天春天停頓整修，如果屆時加拿大的反應堆又恰好沒有恢復生產，情況將不堪設想。初步估計，屆時的供給量將不及以往的20％。”這對醫院來說將是致命的打擊，因為在正常情況下，普通醫院每周會進行數以千計的次放射醫療。

鑒于這種情況，某些醫院發表聲明表示他們將有效地安排放射性醫療，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給醫院造成太大損失，但是病人卻經受不起。”查坦亞·帝維基是賓夕法尼亞大學費城醫學院的科研人員，他負責核醫藥方面的研究工作。

放射性成像科室只能利用相當于正常情況下一半的锝元素來檢測心臟負荷，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，內科醫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，他是維吉尼亞醫學院的醫療物理學家。“鉈元素診斷所導致的遺漏或錯誤幾率很高，因此有可能根本檢查不出心臟的某些毛病。”

帝維基還指出另外一個潛在的問題，“像我這樣的老手，由于鑒別過很多鉈元素放射成像的圖片，一般不會發生錯誤的判斷。但是還有大批心臟病專家以及核醫療內科醫生從來都沒有認別過鉈元素放射成像，因此在解讀方面存在很多問題。”

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

帝維基繼續道，解決之道就是通過替代，比如利用鉈進行心臟負荷試驗，這樣就可以從收益不大、費用較低的核輻射醫療中節省出锝元素。

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時刻可以起到一定的緩解-作用。然而，國家的醫療保險制度還未將其列入安全醫療的范圍之內，因此只有少數情況下才考慮使用氟化鈉作為骨骼掃描的替代品。

在五個醫學學會的聯名請求下，美國醫療保險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發布正式公告。

白宮的領導人已經看到了美國進口鉬元素日趨艱難的現狀。

“我們認為這是該勇往直前的時刻了，我們會竭盡全力用以鼓勵本土的鉬元素生產。”在白宮出臺的《科學技術方針指南》上，基恩·科特姆如是說。

即使發展迅速，也需要四到十年的時間來測評、建造并最終投入生產。鑒于美國國民們已然整裝待發，不愿苦苦地等待太久，白宮方面成立了一個中介機構用以協調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，其中就有醫療所需的鉬元素。科特姆說，“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。”從加拿大喬克河反應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。由此可以節省很多時間，因為“單此審查就足足可以耗上好幾年的時間。”

科特姆提到，在美國確實有一些核反應堆能夠堪此重任，比如密蘇里州的科研用核反應堆、田納西國家橡樹嶺實驗室的高能流同位素反應堆。這兩個核反應堆就是最好的備選對象。但是，這些核反應機構從獲取政府批準、到將鈾靶從加拿大拿出來又送回去提取最終的產品，至少需要半年的時間。科特姆說，

“還有一個問題，那就是喬克河反應堆里也包含某些具有核炸彈威力的鈾靶子。因此要運輸這些東西，就必須獲得國家能源部核安全局的審批。”

盡管某些科學家預料這將是一個有始無終的折騰，但是政府部門的發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，即不惜一切代價解決過渡時期的醫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物，不過這需要嚴格的管理和規范的操作。”

長遠的解決之道

今年的鉬危機已然令人咂舌，不過安合認為情況還會進一步惡化。

“美國國土安全部可以在任何時間因為任何真實的或假想的危險而禁止出入境”。再想想喬克河反應堆也垂垂老矣，它頻繁地停運和長時間的整修預示著其安全問題的嚴重，“很多人甚至預測這個反應堆將永不啟用，然而它曾經供給著世界上三分之一的鉬。”安舍滿懷惋惜地說。

安合還指出，如果美國不即時解決鉬供給危機，那么在醫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療團體甘愿花大價錢來發展本土化鉬生產原因所在。未來的鉬元素制造者必須以國家政策為準繩——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95％。底純度減少了鈾靶子被恐怖分子劫持所引發的潛在危險，但是這同樣造成了成本的巨大浪費，因為要制造等量的放射性鉬元素，低純度的靶子意味著至少五倍以上的原料。

具備供應鉬元素的美國本土反應堆有二：密蘇里州科研用核反應堆和林查堡的核反應堆。這兩者的設計都相當古舊，其中密蘇里州的反應堆壽命已達43年之久。位于密蘇里州的是一個小型的、傳統設計的反應堆，里面備有高純度的鈾氧化物燃料，儲存在浸泡在水中的燃料棒里。過去的這些年中，該反應堆在醫療和科研用鉬元素的供給方面做出了重要貢獻，至少發現二十多種可以用于制造醫用鉬元素的同位素原料。密蘇里州的反應堆首先使鈾裂變，進而產生中子，如果這些中子撞擊到裝有鈾一235的靶子，就會產生大量混合元素的產物，包括放射性元素鉬。這和加拿大喬克河反應堆制造鉬元素的過程沒有什么差別。

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

“一旦得到聯邦政府許可，我們至少需要三年的時間來設計并建造提純必備的基礎設施，然后需要半年進行試驗運作。”密蘇里州核反應堆的負責人拉爾夫·布特勒如是說，

“我們對此充滿了期待，屆時將為美國供應至少一半的醫療用鉬。”他還指出，如果美國能源部介入并大力支持的話，預計到2013年就可批量投入生產。

位于林查堡的核反應堆的設計卻截然不同——大水池里安插著鈾靶子，不但可以作為核電使用，也可以生產鉬元素。該反應堆的負責人鮑布·科克倫介紹道，全世界至少有三分之一的核反應堆具有類似的設計法。他所帶領的公司具有生產鉬元素流程的設計專利。

科克倫說，

“核安全是評論界和人民大眾最為關心的問題之一。該反應堆的一個亮點就是它的安全性，我們可以負責地說，這是一個安全系數很高的反應堆。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，核反應就會被控制。”

這也正是鉬提純的路徑之所在。從反應堆中心抽出浸水核燃料，然后送入分離設備，目前此環節尚在設計之中。提取出鉬元素之后，含有鈾的水又可以返回反應中心，進行下一輪的裂變。

和傳統的設計相比，這種反應堆生成的廢棄物很少。安合說，

“該設計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。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現呢?科克倫說，

“最快得到2013年，但絕對不會遲于2015年。”

另辟蹊徑

美國本土化的鉬產品真正進入市場還需要較長時間，但是有三個研究小組正在另辟蹊徑，意圖利用加速器來制造醫用放射性鉬元素。

最近，位于紐約倫斯勒工業學院的研究者們利用加速器制造出了高能電子流。當這些電子流猛烈撞擊金屬靶子，就產出一束高能光子。據亞榮·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。投入工業生產產出率高，產品的純度很好。”

密蘇里州立大學的科研人員研發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。華盛頓高級醫療同位素公司的負責人肯尼維克指出，這種發明是富有前景的，極有可能實現工業化生產。另據該公司的首席科學主管羅伯特·斯蓋特介紹，此系統由一些管道組成，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，就可以產生出高能光子流，這些光子一旦進入重水，可以將氘原子撕裂，釋放出中子；這些中子撞擊鈾，使其裂變產生鉬元素。

斯蓋特說，要增加反應系統的效率，可以將管道內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，斯蓋特計算表明，加反射膜可以成百上千倍地增加中子參加反應的效率。今年8月下旬，斯蓋特申請了該項發明的專利。

8月份的試驗表明，加速器也可以在重水里產生中子，正如所料。但此試驗的金屬沒有選擇鈾，因此斯蓋特說，

“一個完備的雛形預計需要兩年多。”

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，還沒有付諸實際行動，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驗室的負責人，他致力于將這些實驗室里的理論付諸生產實踐。

據科特姆介紹，美國能源部與科技部最近攜手合作，試圖評估出技術最為成熟、生產潛力最為雄厚的科研團隊。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援助。

2009年夏季，支持本美國土化生產鉬的相關法案也被提上日程，法案建議解決醫用同位素的不穩定供應迫在眉睫。

安合說，

“醫療機構需要的是實際行動，能夠穩定地供給同位素。”不過，就目前而言還沒有解決鉬供應不穩定的確鑿的計劃，聯邦政府已經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院體檢，發現只能安排兩例患者進行CT掃描，而平時正常情況下可以安排八到十個。”一位名叫布倫加的病人這樣說道。他于是去掉了多項身體檢查，比如心臟負荷檢查。布倫加說，

“平時急診室會進行肺塞栓、膽囊炎以及心臟堵塞等病癥的同位素掃描，但是如今已經轉到其它科室進行檢查了。這說明醫院的同位素緊缺情況十分嚴重。”

帝維基對此表示贊同，他說，“對病人治療來說，這種現狀實在令人擔憂。”