De drie alternatieven voor de Petten-kernreactor

Medische isotopen

De stokoude reactor in Petten moet vervangen worden. Maar waardoor? Voor de productie van medische isotopen bestaan meer mogelijkheden dan een nieuwe kernreactor.

De kernreactor in Petten. De witte koepel is het reactorgebouw. Foto Robin Utrecht

De kernreactor in Petten is bijna zestig jaar oud. Tijd voor een vervanger: de Pallas-reactor. Vernieuwing is nodig, want de medische isotopen die de reactor levert zijn onmisbaar. Deze radioactieve stoffen worden gebruikt voor het diagnosticeren van tumoren, bij pijnbestrijding en in de behandeling van kanker en hart-en vaatziekten.

Maar er is een probleem. Het ministerie van Economische Zaken wil dat de Pallas-reactor volledig privaat gefinancierd wordt. Dat zorgt voor onrust bij nucleair geneeskundigen.

„Door de productie aan de private investeerders over te laten, kan de prijs van een behandeling enorm toenemen”, zegt Marcel Stokkel van de Nederlandse Vereniging voor Nucleaire Geneeskunde (NVNG) en het Nederlands Kanker Instituut (NKI).

Verder moet de nieuwe reactor in 2025 in productie gaan en de bouw duurt zeker 5 jaar. Als de financiering niet op tijd rond is om de bouw voor 2020 te starten of als de komende jaren een van de huidige reactoren uitvalt, kunnen er tekorten ontstaan. Behandelingen en diagnoses kunnen dan niet of minder goed uitgevoerd worden, blijkt uit een onderzoek van het RIVM. De tijd begint te dringen.

Ook over de tekorten hoeven we ons voorlopig geen zorgen te maken, zegt Sytze Brandenburg, hoogleraar kernfysica aan de Rijksuniversiteit Groningen. Volgens een rapport van het Nuclear Energy Agency (NEA) dat onder het internationale samenwerkingsverband OESO valt, zal er de komende jaren wereldwijd eerder sprake zijn van een overproductie dan van tekorten, ook als een van de reactoren onverwacht tijdelijk uitvalt. Maar dit rapport kijkt niet verder dan 2022 en ging enkel over de verwachtte productie van de isotoop die in 80 procent van de medische toepassingen wordt gebruikt: molybdeen-99.

En de Stichting Voorbereiding Pallas-reactor? Die blijft kalm; volgens haar is er geen reden tot zorgen. Voor de eerste fase, waarin de vergunningen en een bouwplan geregeld moeten worden, lenen het ministerie van Economische Zaken en Klimaat en de provincie Noord-Holland elk 40 miljoen euro. Deze fase moet in de komende jaren afgerond worden. Eind januari werd de eerste stap gezet: de stichting gaat in zee met het Argentijns-Nederlandse consortium ICHOS. Zij nemen het ontwerp van de reactor op zich en zodra de financiering rond is ook de bouw.

Zes kernreactoren

De oude reactor in Petten is enorm belangrijk voor de medische wereld. Hij voorziet nu nog in ongeveer eenderde van de wereldwijde behoefte aan medische isotopen en in Nederland zelfs tachtig procent. Het grootste gedeelte van de wereldwijde productie van reactorisotopen komt uit zes kernreactoren, waarvan er vijf ouder zijn dan 50 jaar, dat maakt ze kwetsbaar. Daarnaast ontstaat er radioactief afval dat soms duizenden jaren gevaarlijke straling blijft uitzenden.

Daarom wordt er onderzoek gedaan naar nieuwe technieken om reactorisotopen te produceren waarbij minder radioactief afval ontstaat. Zo wordt de isotoop molybdeen-99 in de Verenigde Staten en Canada al op kleine schaal geproduceerd met deeltjesversnellers. Molybdeen-99, of eigenlijk diens vervalproduct technetium-99m (zie kader), is nu de meest gebruikte diagnose-isotoop. En die komt nog bijna uitsluitend uit reactoren. En in Nederland wordt gewerkt aan het door ASML geïnitieerde Lighthouse-project, dat met versnelde elektronen isotopen, zoals molybdeen-99, kan maken.

De nieuwe technieken zijn schoner en goedkoper dan reactoren. Maar hun productiesnelheid is laag en ze moeten zich nog bewijzen. Medici willen zeker weten dat de isotopen net zo goed zijn als die uit een reactor.

De vraag is of een nieuwe reactor die in 2025 in productie moet gaan nog nodig is als de nieuwe technieken verder ontwikkeld kunnen worden zodat ze de reactorproductie over kunnen nemen. Volgens Stokkels is dat een te grote gok. „Het zijn prachtige ontwikkelingen die ik zeker aanmoedig, maar ze zijn voorlopig nog een druppel op een gloeiende plaat.”

Hier zijn de mogelijke technieken in detail.

  1. Lighthouse

    De mensen achter Lighthouse zijn optimistisch over hun nieuwe techniek. Ze hopen al in 2023 de isotoop molybdeen-99 beschikbaar te hebben voor diagnoses.

    De techniek van het door ASML geïnitieerde Lighthouse-project werd oorspronkelijk voor een ander doel ontwikkeld. Ze werkten aan een elektronenversneller om hoogenergetisch UV licht, het zogenoemde extreem ultraviolet (EUV), te produceren. De chipmaker gebruikt dat licht om minuscule structuren op printplaten te tekenen. Maar de elektronenbundel van deze versneller kan fotonen (lichtdeeltjes) uitzenden waarmee radioactieve isotopen gemaakt kunnen worden. Ze richten zich nu vooral op de veelgebruikte molybdeen-99.

    „Op papier ziet de techniek van Lighthouse er goed uit”, zegt Lars Roobol, stralingsdeskundige bij het RIVM over het Lighthouse-project. „Natuurkundig klopt het en de onderdelen van de opstelling bestaan al en werken. Ze zijn alleen nooit samengebracht.” Het moet nog worden aangetoond dat het geheel werkt. „Het zal zeker nog vijf tot tien jaar duren voordat er nieuwe isotopen geproduceerd worden met nieuwe technieken.”

    En ook Lighthouse zal radioactief afval opleveren. „Het is een illusie om te denken dat je zonder radioactief afval medische isotopen kan maken”, zegt Brandenburg. „Ook de omgeving van het doelwit dat je bestraalt wordt radioactief.” Dus delen van de versneller worden radioactief afval. Maar de problemen kunnen beperkt worden door te kiezen voor materialen die hooguit tientallen jaren straling uitzenden, in plaats van honderden tot duizenden jaren zoals bij reactoren.

  2. Nieuwe reactor in Petten

    Voorlopig zijn er dus nog kernreactoren nodig om de meest gebruikte medische isotoop te produceren. De Nederlandse kernreactor is eigendom van de Europese commissie en wordt geëxploiteerd door het nucleair instituut NRG. Zij maken medische isotopen in de Hoge Flux Reactor (HFR) waarna ze worden verwerkt in een productielaboratorium. In de reactor wordt uranium gespleten waarbij energie en neutronen vrijkomen. Die neutronen worden gebruikt om materiaal te bestralen. Door die bestraling ontstaan medische isotopen in het materiaal.

    De productiemethode van de Pallas- reactor is in grote lijnen hetzelfde als die van de huidige HFR, maar dan een stuk moderner. „Bij het ontwerp wordt gebruik gemaakt van de nieuwste technieken voor het optimaliseren van de productieketen, zoals het beperken van de afvalstromen”, zegt Geldermans.

    „De meeste reactorisotopen zenden tijdens hun verval een elektron uit”, zegt Brandenburg. „Dat maakt ze geschikt voor behandeling.” Zo’n elektron kan namelijk lokaal veel energie afgeven waarmee bijvoorbeeld kankercellen vernietigd kunnen worden. Sommige reactorisotopen kunnen ook gebruikt worden voor diagnose omdat ze zowel een elektron als goed te detecteren gammastraling (hoogenergetische elektromagnetische straling) uitzenden.

  3. Cyclotron

    Naast kernreactoren is er op dit moment nog een veelgebruikte manier om medische isotopen te maken: deeltjesversnellers genaamd cyclotrons. De cyclotronisotopen verschillen grotendeels van de reactorisotopen, omdat de productietechniek anders is. Ze zijn vooral geschikt voor diagnose met bijvoorbeeld een PET-scanner omdat ze tijdens hun radioactieve verval detecteerbare gammastraling uitzenden in tegengestelde richtingen.

    Cyclotrons zijn 1,5 tot 2,5 meter in doorsnee en staan in een bunker van 20 tot 80 m2 met twee tot drie meter dikke betonnen wanden om de radioactieve straling tegen te houden. „In een cyclotron worden geladen deeltjes, meestal protonen, versneld met behulp van elektrische en magnetische velden”, vertelt Lars Perk, van Radboud Translational Medicine, een spin-off van het Radboudumc, waar een van de tien Nederlandse cyclotrons staat. Die versnelde deeltjes worden op een materiaal geschoten waar vervolgens radioactieve isotopen in ontstaan.

    Cyclotrons staan vaak bij ziekenhuizen en onderzoeksinstituten omdat veel van de isotopen die ze produceren kort leven en daarom niet ver vervoerd kunnen worden. Van het veelgebruikte fluor-18 is, bijvoorbeeld, na 110 minuten nog maar de helft over.

Wat heeft de toekomst?

Cyclotrons kunnen misschien ook helpen om de afhankelijkheid van reactoren te verkleinen. „We kunnen op zoek gaan naar andere isotopen met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van reactorisotopen, die geproduceerd kunnen worden in cyclotrons en andere versnellers”, vertelt Brandenburg.

„Er zijn zelfs al een aantal diagnostische verrichtingen die goed uitgevoerd kunnen worden met isotopen uit cyclotrons”, zegt Perk. „Onder andere de Noordwest Ziekenhuisgroep is hier al voor een groot deel op overgestapt.” Een botscan voor skeletonderzoek kan nu bijvoorbeeld al uitgevoerd worden met isotopen uit cyclotrons, alleen is deze techniek ongeveer vijf keer duurder, vertelt Perk.

Verder is een SPECT-scanner, die vooral gebruikt wordt voor diagnoses met reactorisotopen, ongeveer 2,5 keer goedkoper dan een PET-scanner, waarmee veel diagnose-onderzoek met cyclotronisotopen wordt gedaan. Perk denkt, ondanks de hogere kosten, dat een nieuwe reactor niet perse nodig is als er ingezet wordt op cyclotronisotopen en nieuwe versnellers, zoals het Lighthouse-project. Perk: „Er zullen isotopen overblijven die enkel door reactoren gemaakt kunnen worden. Maar dat kan met minder reactoren dan er nu zijn.”

Anderen zijn minder optimistisch. „Als we nu alle reactoren stil zouden leggen hebben we een probleem”, zegt Brandenburg. „Er zijn isotopen die met versnellers nog niet goed gemaakt kunnen worden.” De hoeveelheid en kwaliteit van die isotopen is nog niet goed genoeg om die uit reactoren te vervangen. En alternatieve technieken, zoals het Lighthouse-project zullen zich eerst moeten bewijzen.

Ook NRG en Stichting Voorbereiding Pallas-reactor benadrukken dat het een te grote gok is om er vanuit te gaan dat versnellers en andere technieken de productie van reactorisotopen in 2025 over kunnen nemen. Zij vinden de bouw van de Pallas-reactor nodig. Niet alleen omdat nieuwe technieken nog in de kinderschoenen staan, maar ook omdat er een groeiende vraag is naar behandelingsisotopen die nu nog vooral met reactoren gemaakt worden, zoals lutetium en jodium.

Cyclotrons en nieuwe technieken zullen dus snel moeten bewijzen dat hun isotopen net zo goed en niet duurder zijn dat de reactorisotopen. Pas als nucleair geneeskundigen daarop kunnen en durven te vertrouwen, zal het niet meer nodig zijn om een nieuwe medische isotopen reactor zoals Pallas te bouwen.