Molybdeen-99: de radioactieve grondstof die ziekenhuizen wereldwijd draaiende houdt
Molybdeen-99 is een radioactieve variant van het metaal molybdeen die zelf nauwelijks in het nieuws komt, maar onmisbaar is voor de gezondheidszorg. Het stofje vervalt namelijk tot technetium-99m, het meest gebruikte radioactieve middel voor medische scans ter wereld. Denk aan een botscan om uitzaaiingen op te sporen, of een hartonderzoek om de doorbloeding te bekijken: in verreweg de meeste gevallen zit daar technetium-99m achter, en dat technetium-99m komt vrijwel altijd uit molybdeen-99.
Het bijzondere is dat molybdeen-99 zelf niet in het lichaam wordt ingespoten. Het fungeert als een soort 'moederstof' die in een apparaat op de nucleaire afdeling van het ziekenhuis, een zogeheten generator, geleidelijk het bruikbare technetium-99m aanmaakt. Vergelijk het met een percolator voor koffie: je vult 'm eenmaal per week met de grondstof (molybdeen-99) en elke dag 'tap' je er vers technetium-99m uit, klaar voor gebruik bij een patiënt. Omdat technetium-99m al na zes uur voor de helft vervallen is, kan het niet ver getransporteerd of opgeslagen worden — vandaar die generator, en vandaar dat de aanvoer van molybdeen-99 zelf zo cruciaal en kwetsbaar is.
Wat is het precies?
Molybdeen-99 (Mo-99) is een isotoop: een variant van het element molybdeen met een ander aantal neutronen in de kern dan de meest voorkomende, stabiele vorm. Die extra neutronen maken de kern instabiel, waardoor hij radioactief vervalt. Mo-99 heeft een halveringstijd van ongeveer 66 uur — de tijd waarin de helft van een hoeveelheid is vervallen. Bij dat verval ontstaat technetium-99m, de stof die artsen daadwerkelijk gebruiken.
De gangbare productiemethode begint in een kernreactor. Daar wordt een doelwit (target) van uranium bestraald met neutronen. Dat uranium ondergaat kernsplijting, en Mo-99 is een van de splijtingsproducten die daarbij vrijkomt. Na bestraling wordt het target chemisch bewerkt om het Mo-99 te scheiden van alle andere splijtingsproducten — een proces dat in gespecialiseerde fabrieken gebeurt, meestal vlak bij de reactor omdat er weinig tijd te verliezen is.
Historisch werd voor dit proces vaak hoogverrijkt uranium (HEU) gebruikt, hetzelfde type materiaal dat ook voor kernwapens geschikt is. Dat is een gevoelig punt: transport en opslag van HEU vormen een proliferatierisico, oftewel het risico dat het materiaal in verkeerde handen valt of voor wapens wordt misbruikt. Daarom is er wereldwijd een omschakeling gaande naar laagverrijkt uranium (LEU), dat niet bruikbaar is voor wapens maar wel voor Mo-99-productie. Daarnaast bestaan alternatieve routes, zoals het bestralen van molybdeen-98 (een niet-radioactieve, stabiele isotoop) zodat die door neutronenopname direct Mo-99 wordt — een methode zonder kernsplijting, en dus zonder de bijbehorende risico's en het radioactieve afval dat splijting oplevert. Ook onderzoek naar productie met deeltjesversnellers (cyclotrons en lineaire versnellers) in plaats van kernreactoren wint terrein.
Wat wil men ermee bereiken?
Het primaire doel is doodgewoon: genoeg technetium-99m beschikbaar houden voor de dagelijkse patiëntenzorg. Wereldwijd vinden jaarlijks tientallen miljoenen scans plaats met dit middel, voor onder meer kankerdiagnostiek, hartonderzoek, botscans en nierfunctieonderzoek. Zonder betrouwbare Mo-99-aanvoer vallen die onderzoeken stil, met directe gevolgen voor patiënten van wie een diagnose vertraging oploopt.
Een tweede doelstelling is het verkleinen van het proliferatierisico door van HEU naar LEU of naar heldere niet-splijtingsroutes over te stappen, zonder dat dit ten koste gaat van de leveringszekerheid. Dat is een lastige balans: de omschakeling vraagt investeringen en aanpassing van bestaande productieprocessen, terwijl de vraag naar het eindproduct onverminderd hoog blijft.
Een derde drijfveer is diversificatie en robuustheid van de toeleveringsketen. Omdat er wereldwijd maar een handvol reactoren en verwerkingsfabrieken geschikt zijn voor Mo-99-productie, en omdat het product zelf door zijn korte houdbaarheid niet op voorraad kan worden gelegd, is de keten kwetsbaar voor storingen. Eén onderhoudsstop of technisch mankement bij een grote producent kan al voor wereldwijde tekorten zorgen. Beleidsmakers en producenten proberen daarom meer, en meer verspreide, productiecapaciteit op te bouwen.
Voorbeelden uit de praktijk
De Hoge Flux Reactor (HFR) in Petten, Nederland, is decennialang een van de grootste Mo-99-producenten ter wereld geweest, goed voor een aanzienlijk deel van de Europese en mondiale vraag. Omdat deze reactor uit de jaren zestig dateert, wordt er in Nederland gewerkt aan de PALLAS-reactor, die de HFR op termijn moet vervangen en de productie op LEU-basis moet voortzetten; de bouw en financiering van dit project hebben de afgelopen jaren met vertragingen te maken gehad.
In Canada verzorgde de NRU-reactor in Chalk River lange tijd een groot deel van de Noord-Amerikaanse vraag, tot deze in 2018 definitief werd stilgelegd. Dit dwong de regio om alternatieve bronnen te zoeken en versnelde de ontwikkeling van niet-reactor-gebaseerde productie in de Verenigde Staten.
Het Amerikaanse bedrijf NorthStar Medical Radioisotopes produceert sinds de tweede helft van de jaren 2010 Mo-99 via neutronenbestraling van Mo-98 (dus zonder kernsplijting), in samenwerking met de onderzoeksreactor van de Universiteit van Missouri. Het eveneens Amerikaanse SHINE Technologies ontwikkelde een fusiegebaseerde productiemethode met LEU in oplossing, en begon in de jaren 2020 met de opschaling van commerciële productie in Wisconsin.
In Zuid-Afrika levert NTP Radioisotopes, met de SAFARI-1-reactor als bron, al decennialang aan de wereldmarkt, en in Australië doet ANSTO dat met de OPAL-reactor, sinds de opening in 2007 opgezet met LEU-technologie vanaf de start. Een pijnlijk leerpunt uit het verleden is de mondiale isotopencrisis van 2009-2010, toen zowel de NRU in Canada als de HFR in Nederland tegelijk voor langere tijd uit bedrijf waren wegens technische problemen, wat wereldwijd tot ernstige tekorten aan technetium-99m leidde.
Hoe ver is de techniek?
De klassieke, op kernsplijting gebaseerde productie is volwassen technologie: reactoren als SAFARI-1 en OPAL draaien al jaren op LEU-basis en leveren betrouwbaar. De omschakeling van de resterende HEU-gebaseerde faciliteiten verloopt echter geleidelijk, mede omdat het aanpassen van bestraalde targets en verwerkingsprocessen kostbaar is en zorgvuldige kwaliteitsborging vereist voor een product dat direct in patiënten terechtkomt.
De niet-splijtingsroutes (zoals bij NorthStar) en de LEU-oplossingsroute (zoals bij SHINE) zijn sinds het midden van de jaren 2010 tot commerciële productie doorontwikkeld, maar leveren doorgaans kleinere volumes dan de grote reactorfaciliteiten en zijn nog niet overal doorgedrongen als hoofdbron. Cyclotronproductie van technetium-99m rechtstreeks — dus zonder de tussenstap van Mo-99 — wordt in verschillende landen onderzocht en op kleine schaal toegepast, vooral als lokale aanvulling in gebieden zonder toegang tot een generator, maar is nog geen vervanging op grote schaal.
Het grootste obstakel blijft de kwetsbaarheid van de keten: een beperkt aantal verouderende reactoren, gecombineerd met de extreem korte houdbaarheid van het eindproduct, betekent dat er weinig marge is voor uitval. Vervangingsprojecten zoals PALLAS in Nederland lopen vertraging op, wat de zorg over toekomstige leveringszekerheid levend houdt. Internationale organisaties als het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA) en de OESO/NEA volgen de mondiale voorraadpositie daarom nauwlettend en publiceren periodiek risico-inschattingen.
Wie werken eraan?
Op reactorniveau zijn de belangrijkste spelers NTP Radioisotopes (Zuid-Afrika, SAFARI-1), ANSTO (Australië, OPAL), het Belgische BR2-reactorcomplex bij het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK CEN) in Mol, en in Nederland de Nuclear Research and consultancy Group (NRG), die de HFR in Petten exploiteert en aan de opvolger PALLAS werkt. Verwerking en distributie van Mo-99 tot medische generatoren gebeurt onder meer door het Franse/Nederlandse bedrijf Curium, ontstaan uit een fusie van eerdere spelers als Mallinckrodt en de Belgische IRE (Institut National des Radioéléments).
In de Verenigde Staten investeert de National Nuclear Security Administration (NNSA), onderdeel van het Amerikaanse ministerie van Energie, al jaren in de opbouw van binnenlandse, niet-HEU-gebaseerde productiecapaciteit, met NorthStar Medical Radioisotopes en SHINE Technologies als belangrijkste begunstigden van die inspanning. Op internationaal niveau coördineert het IAEA kennisdeling en risicobeoordeling rond medische isotopen, terwijl de OESO/NEA via haar High-level Group on the Security of Supply of Medical Radioisotopes (HLG-MR) beleidsaanbevelingen doet aan lidstaten.