Brevettato dispositivo di irraggiamento a flusso di neutroni veloci utile in medicina nucleare

Due ricercatori del Dipartimento Fusione e tecnologie per la Sicurezza Nucleare (FSN) dell’ENEA hanno depositato un brevetto che riguarda un dispositivo di irraggiamento a flusso di neutroni veloci per produrre isotopi radioattivi, ad esempio Tecnezio- 99 metastabile (Tc-99m), per applicazioni di medicina nucleare. Il dispositivo consente di aumentare la produttività del processo che, al momento, ha una resa molto bassa nelle normali condizioni di irraggiamento con neutroni veloci, e richiede impianti di elevata energia per produrre tali neutroni.

I radioisotopi con breve emivita sono utilizzati in medicina nucleare combinati con vettori di natura biologica per essere iniettati, come radiofarmaci, in pazienti per eseguire diagnosi e/o terapie in particolare di interesse nella lotta contro i tumori. Tra tali radioisotopi riveste un ruolo peculiare il Tecnezio-99_metastabile (^99mTc),  con emivita T_1/2=6,0067(10) h ed emissione di un fotone da 140 keV, che è particolarmente usato per diagnosi tomografiche, SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) (Fig. 1), largamente utilizzate in medicina nucleare per diagnosticare numerose patologie. Il Tecnezio viene reso disponibile negli ospedali mediante generatori di ⁹⁹Mo/^99mTc, dove il Molibdeno-99 (⁹⁹Mo) è il precursore da cui, per decadimento beta- (b^-), si ottiene il ^99mTc.
Attualmente il ⁹⁹Mo può essere prodotto solo mediante reattori nucleari, ma la vetustà di questi ultimi ha causato nel 2009 una ‘crisi’ mondiale di tale radioisotopo. La difficoltà produttiva era dovuta a lunghi periodi di fermo dei reattori dedicati alla sua produzione, resisi necessari per controlli di sicurezza. L’ENEA pertanto, grazie alle facility del Dipartimento FSN, quali il Frascati Neutron Generator (FNG) nel Centro Ricerche di Frascati, e gli impianti per misure di attività ad elevato standard metrologico dell’Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (INMRI) nel Centro Ricerche Casaccia, ha indagato una via alternativa ai reattori nucleari mediante lo studio della reazione ¹⁰⁰Mo(n,2n)⁹⁹Mo in cui il ⁹⁹Mo è stato prodotto da ¹⁰⁰Mo con neutroni a 14 MeV, ottenuti da reazioni di fusione Deuterio (D) – Trizio (T) (Fig. 2), presso la facility FNG.
Il brevetto intende rispondere all’esigenza di aumentare la produttività in attività di ⁹⁹Mo nella suddetta reazione che, al momento, ha una resa molto bassa nelle normali condizioni di irraggiamento, quali quelle realizzate presso FNG, richiedendo impianti di potenza molto più elevata. In particolare, l’innovazione del brevetto consiste nel realizzare un campione-bersaglio adatto a intercettare la maggiore frazione dei neutroni prodotti e in modo efficace, senza essere degradati in energia e attenuati in intensità, tenendo in considerazione le proprietà fisico-geometriche della distribuzione nello spazio degli stessi neutroni.
L’idea contenuta nel brevetto può funzionare, in linea di principio, con qualsiasi tipologia di tecnica utilizzata per produrre neutroni veloci e monocromatici, quali reazioni di fusione ottenute da fasci incrociati di deutoni (D⁺) e Tritoni (T⁺), reazioni D-D o Deuterio-Litio (D-⁷Li). Può essere applicata anche a impianti di diversa natura in cui la produzione di neutroni veloci avviene mediante reazioni di fusione D-T o D-D indotte da laser di potenza, purché siano rispettate le condizioni di impiego dei campioni-bersaglio oggetto del brevetto.
Tra tutte le reazioni citate, quelle che producono neutroni di energia superiore ai 10 MeV sono utili per la produzione di radioisotopi per la medicina, quali oltre al già citato ⁹⁹Mo/^99mTc, anche il Rame-64 (⁶⁴Cu) con emivita T_1/2=12,7004(20) h. In particolare il ⁶⁴Cu è un radionuclide teranostico, utile in medicina nucleare per diagnosi e terapia grazie al suo peculiare schema di decadimento che presenta emissioni beta+ (b⁺) e b^-. Ad oggi un’elevata attività specifica di  ⁶⁴Cu si può ottenere in cospicue quantità mediante una reazione protone-neutrone (p,n) su Nichel-64 (⁶⁴Ni) utilizzando ciclotroni. Tuttavia il ⁶⁴Ni è particolarmente costoso avendo estrazione e produzione estremamente localizzata e soggetta a vincoli.
L’invenzione può essere utilizzata anche in tutte quelle applicazioni industriali, scientifiche e tecnologiche in cui è necessario ottimizzare le condizioni di irraggiamento da neutroni veloci e monocromatici.

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