Изотоповые игроки

Стабильные изотопы незаменимы в передовых разработках — от сверхточной диагностики в медицине до сложнейших физических экспериментов. И здесь Россия уверенно лидирует: топливный дивизион «Росатома» контролирует около 40% мирового производства стабильных изотопов.

Как все начиналось

Когда в нашей стране была внедрена газоцентрифужная технология разделения изотопов урана, ученые задались вопросом, можно ли таким способом разделять изотопы других элементов. Первым предприятием, которое превратило эту идею в промышленное производство изотопов, стал Электрохимический завод (ЭХЗ) в Зеленогорске.

В 1971 году на ЭХЗ запустили специальный стенд и вскоре получили несколько десятков граммов железа-57 с 80%-м обогащением. Изотоп уже тогда находил применение в самых разных технологиях — от дефектоскопии и метрологии до освоения космоса.

Вторым элементом, изотопы которого разделили на ЭХЗ, стал вольфрам. С тех пор завод планомерно расширял номенклатуру. Сегодня в его ассортименте 115 стабильных изотопов 22 химических элементов — от углерода и серы до редких металлов вроде иридия и осмия. У каждого изотопа уникальная роль. Например, изотоп кремния‑28 используют в фундаментальных метрологических проектах, молибден‑100 — в экспериментах по поиску двойного бета‑распада, другие изотопы находят применение в медицинских исследованиях и производстве электроники. Изотоп цирконий-96 применяют в научных исследованиях, в частности для изучения нейтрино в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. Кстати, именно цирконий стал 22-м химическим элементом, освоенным предприятием.

Примеры применения

Углерод-13 (¹³C) используют в медицине и биохимии как «метку» для изучения метаболизма. Например, с его помощью исследуют процессы пищеварения, обмена веществ, функции печени и поджелудочной железы.

Германий-70 (⁷⁰Ge) критически важен для экспериментов в физике элементарных частиц, в частности для поиска стерильных нейтрино и изучения майорановских нейтрино. Его используют в детекторах, где требуется крайне низкий уровень фонового излучения.

Иридий-191 (¹⁹¹Ir) применяют в промышленных рентгеновских дефектоскопах. Изотоп служит источником излучения для контроля качества сварных швов, литья и других промышленных изделий там, где нужна высокая проникающая способность.

Цинк‑68 (⁶⁸Zn) нужен в ядерной медицине как стартовый материал для получения радионуклидов. Из него на циклотронах нарабатывают галлий‑68, который затем используют в ПЭТ‑диагностике (например, для визуализации опухолей). Стабильный изотоп здесь — это сырье, из которого делают диагностический радиофармпрепарат.

Разделяй и лидируй

В 1993 году на предприятии создали отдельный изотопный цех, организовав на его основе полноценный промышленный комплекс производства стабильных изотопов. В 1990-е годы эта продукция оказалась чрезвычайно востребованной как на мировом, так и на российском рынках. В частности, стабильные изотопы в относительно больших объемах потребовались физикам-ядерщикам (для научных экспериментов) и медикам (для получения радиофармпрепаратов путем дополнительного облучения в ядерных реакторах или на ускорителях).

Сегодня сибирские изотопы широко используют в атомной энергетике, медицине и электронике, металлургии, космической технике и авиастроении, спектроскопии и аппаратуре неразрушающего контроля, в исследованиях по общей химии, физике, биотехнологиям, метеорологии, агрохимии. Производство на ЭХЗ вмещает полный технологический цикл — от получения рабочего вещества и проведения процессов разделения на газовых центрифугах до преобразования газообразных полуфабрикатов стабильных изотопов в товарные формы. Высок и диапазон доступной изотопной номенклатуры отдельных элементов. Так, по углероду и бору выпускают по паре изотопов, а по олову — целых 10 (с атомными весами от 112 до 124).

Кроме того, специалисты предприятия накопили огромный опыт в производстве высокочистых веществ, а также изотопов с высокой удельной активностью, например никеля-63. Этот изотоп представляет собой источник мягкого бета-излучения и может применяться в бета-вольтаических источниках питания с длительностью работы до нескольких десятилетий, что востребовано в самых разных областях — от медицинских электрокардиостимуляторов до космических аппаратов.

Высокое качество продукции предприятия подтверждено лабораториями потребителей и независимыми испытательными центрами как в нашей стране, так и за рубежом.

Вклад в науку

ТВЭЛ не ограничивается лишь ролью поставщика: компания активно участвует в международных научных коллаборациях. Так, для экспериментов по изучению свойств нейтрино GERDA (GERmanium Detector Array, занимается поиском двойного безнейтринного бета-распада изотопа ⁷⁶Ge) и AMoRE (аналогичный международный проект) ТВЭЛ поставил германий-76 и молибден-100, для проекта «Килограмм-3» по созданию нового эталона массы — кремний-28. В 2018 году для Института ядерных исследований РАН, координирующего проект BEST по поиску стерильных нейтрино, ТВЭЛ наработал хром-50 в виде хромового ангидрида.

Происходящие в мире события вносят в работу свои коррективы, но изотопному производству ЭХЗ удается справляться с дополнительными вызовами. Изотопы из русской Сибири по-прежнему пользуются устойчивым спросом на мировых рынках.