Благое жало

Чуть больше ста лет назад человечество узнало, что одни и те же химические элементы могут иметь разные ипостаси. Позже выяснилось, что некоторые из них способны превращаться в другие. Сегодня известно около 280 стабильных изотопов и свыше 2000 радиоактивных. Большинство нестабильных изотопов в земных условиях в значимых концентрациях получаются только искусственно. Не более ста таких «рукотворных» радионуклидов нашли широкое утилитарное применение. Но и этого хватило, чтобы изменить до неузнаваемости многие сферы человеческой деятельности. Между тем в этой области нас ждет еще много сюрпризов.

Хозяйственная нестабильность
При всем разнообразии вариантов и сфер применения радиоактивных изотопов, оно чаще всего сводится к использованию трех их полезных свойств: служить источниками излучения; легко обнаруживаться и точно отождествляться в самых мизерных количествах; убывать со временем. На первом свойстве основано применение изотопов для создания источников ионизирующего излучения (ИИИ), в том числе нейтронных. Вторая способность радионуклидов дает возможность применять их в качестве самой эффективной метки, позволяющей отслеживать пространственные перемещения любого вещества, «помеченного» незначительным количеством изотопа. На третьем свойстве основано измерение возраста чего бы то ни было: от горных пород и геологических образований до останков живых организмов, археологических артефактов и произведений искусства. В некоторых случаях два или три этих полезных свойства используются совместно.

Способность изотопов излучать и (или) служить метками дает возможность, во‑первых, получить информацию, недоступную глазу, рентгеновскому излучению и ультразвуку о процессах, происходящих в живых организмах, материалах, конструкциях, потоках жидкости в трубопроводах и т. д. Во-вторых, эти свойства позволяют активно воздействовать на некоторые процессы и объекты, например, обнаруживать болезни, бороться с ними, уничтожать паразитов, менять свойства материалов и т. п.

Полезное применение находят как естественные радиоизотопы, существующие в природе, так и искусственные, которые не встречаются в окружающей среде или имеются там в пренебрежимо малых количествах. При этом способы применения одних и тех же изотопов, имеющих искусственное или природное происхождение, подчас сильно различаются. Например, искусственно полученный углерод‑14 может применяться в медицине, а тот же природный изотоп используется для датировки (см. Справку 1).

Пометка радиоизотопами была одним из первых вариантов утилитарного применения ядерных технологий; попытки использовать для этого природные радионуклиды предпринимались еще в начале ХХ века, вскоре после их открытия. Сегодня с той же целью применяются не только естественные, но и искусственно полученные изотопы. Подобные метки используются в научных исследованиях, промышленности, топливно-энергетическом комплексе, сельском хозяйстве, медицине. С их помощью контролируют потоки жидкостей и газов в трубопроводах, определяя утечки; изучают метаболизм в организмах; исследуют процессы износа различных механизмов; оценивают характер антропогенного воздействия на окружающую среду и делают многое другое (см. Справку 2).

Лечебный, в том числе бактерицидный, эффект воздействия радиоизотопов начали исследовать на заре XX века; первые опыты его промышленного применения относятся к 1940-м годам. В 1960—1970-х годах начали массово применяться радиационная обработка и стерилизация (в том числе для консервации) продукции сельского хозяйства и пищевой промышленности, промышленных, медицинских, бытовых отходов и сточных вод, медицинских изделий (см. Справку 3).

В разных сферах деятельности применяются изотопы как основа радионуклидных ИИИ, используемых для контроля, диагностики и измерений, радиометрической разведки, активационного анализа, радиационной модификации материалов и т. п. (см. Справку 4).

Болезненная активность
Массовое использование некоторых из перечисленных изотопов (см. Справки) или конкретные его сферы сокращаются в ряде стран из-за повышения экологических и медико-биологических стандартов. Однако в медицине спектр применяемых изотопов расширяется и сегодня насчитывает многие десятки радионуклидов, в том числе нигде больше не используемых.

Ядерная медицина, в которой применение изотопов занимает центральное место, открывает невиданные возможности как в диагностике, так и в терапии. Радионуклидные технологии используются при лечении дисфункций сердечно-сосудистой системы, головного и спинного мозга, костной ткани, мочеполовой системы, легких, печени и почек, щитовидной железы и т. д. Важнейшей, но далеко не единственной сферой применения ядерной медицины остается онкология (см. Таблицу 1).

Диагностические методы ядерной медицины основаны на применении изотопных меток, позволяющих дать ценнейшую функциональную и биохимическую характеристику любой системы организма. Нуклидные метки включаются в состав радиофармацевтических препаратов (РФП), чаще всего получаемых пациентами как обычные лекарства: посредством инъекций, ингаляций или перорально. РФП доставляют радиоизотопы в нужный орган или систему организма, используя особенности их биохимии. Слабое излучение таких меток улавливается сканерами и с помощью компьютерной обработки преобразуется в информацию, которая о многом говорит специалистам. При этом учитываются не только пространственная локализация меток, но и характер, объем и скорость их распространения, накопления или выведения из тех или иных подсистем организма; все это иногда свидетельствует о сбоях в его работе. Радионуклидная лучевая диагностика способна выявить, например, признаки онкологического заболевания на самой ранней стадии — в ряде случаев на год-два раньше, чем это доступно другим методам. Как известно, раннее диагностирование в онкологии — ключевой фактор успеха лечения.

От прочих технологичных методов диагностики (таких как магнитно-резонансная томография — МРТ, использующая магнитное поле; компьютерная томография — КТ, основанная на рентгенографии; ультразвуковое исследование — УЗИ, в котором применяются короткие звуковые волны) радионуклидная диагностика отличается тем, что получает информацию «изнутри», а не отражает «взгляд снаружи». К тому же эта внутренняя информация доступна едва ли не на молекулярном уровне подробности. Наконец, ядерная лучевая диагностика одинаково подходит для исследования мягких и костных тканей, что отличает ее от иных, не столь разносторонних методов.

Последние, однако, имеют свое преимущество — более наглядную визуализацию органов. Поэтому при обследовании иногда применяется комбинация радионуклидной диагностики с КТ или МРТ. Хотя такое совмещение может увеличить получаемую пациентом дозу облучения (при КТ), в некоторых случаях это оправдано заметно бóльшей информативностью.

Радиофармпрепараты для диагностики подбираются с таким расчетом, чтобы, во‑первых, происходило ускоренное накопление радиометок в исследуемом органе. Во-вторых, чтобы обеспечить минимальное излучение для фиксации гамма-сканерами, но не нанести вреда организму и гарантировать быстрое и практически бесследное выведение из него незначительной радиоактивности в минимальные сроки после окончания процедуры. Это достигается, среди прочего, низкой активностью нуклида, характером и скоростью его распада, а также составом дочерних изотопов, которые должны быть биологически безвредны и стабильны.

Другой критерий выбора радиоизотопов связан с характером излучения. Информация о работе органов доставляется до диагностической аппаратуры гамма-излучением, которое либо исходит непосредственно от введенных в организм изотопов, либо формируется при взаимодействии их характерного излучения с окружающими атомами и элементарными частицами. Так, при двухмерной или планарной сцинтиграфии (отражающей функциональную картину в плоском срезе) и так называемой однофотонной эмиссионной компьютерной томографии — ОФЭКТ (при которой обеспечивается трехмерное отображение функциональных процессов) детекторы фиксируют фотоны, порожденные непосредственно радиоизотопами — как правило, один гамма-квант на каждый распадающийся атом. Другая технология, все чаще применяемая сегодня, — позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). При этом методе в организм вводятся изотопы — излучатели позитронов; аннигиляция каждого позитрона с «местным» электроном порождает два разнонаправленных фотона с энергией порядка 0,5 МэВ, которые фиксируются гамма-камерами, обеспечивая более информативную, чем при ОФЭКТ, картину.

Радиоизотопы все шире используются не только в диагностике, но и в активном лечении заболеваний, включая паллиативное: прежде всего в онкологии, а также в кардиологии, неврологии, ортопедии, гастроэнтерологии и некоторых других областях. Радионуклиды по-прежнему имеют большое значение как источники излучения, применяемого для борьбы с недугом, наряду с ускорителями заряженных частиц и пока еще экспериментальными методами воздействия реакторными нейтронами (см. ниже).

В основе лучевого воздействия на злокачественные образования лежит разница в эффекте, который производит излучение на раковые и здоровые клетки, а также в способности их восстановления. Эта разница обусловлена как природой клеток (здоровые обычно более устойчивы), так и способами лечения, призванными нанести максимальный ущерб раковым клеткам, минимизировав его для здоровых. Последнее достигается правильным определением метода подведения источника ионизирующего излучения к очагам поражения, удачным выбором изотопа с определенными параметрами излучения, точным расчетом характера его поглощения в тканях, определением дозы и т. д.

Излучение может подводиться к больным тканям в виде пучка от внешнего источника (радионуклидного или ускорителя) либо в виде компактных или миниатюрных радиоизотопных источников, устанавливаемых механически у пораженных участков вплотную к ним (накладываются или вставляются с помощью катетеров) — так называемая брахитерапия.

Хотя для дистанционной лучевой терапии все шире используются ускорители, радиоизотопные источники во многих случаях сохраняют важную роль. Так, одно из наиболее радикальных средств внешнего воздействия — стереотаксическая радиотерапия (радиохирургия) — бескровное уничтожение злокачественных образований с помощью так называемого гамма-ножа. Ее суть в том, что сотни пучков гамма-излучения с разных точек и углов направляются на один небольшой участок организма пациента — опухоль размером до нескольких сантиметров. При правильной фокусировке злокачественные клетки получают на порядки бóльшую дозу, чем приповерхностные здоровые ткани на пути каждого пучка излучения. Среди ключевых факторов успеха такого метода — точный расчет при наведении пучков, фиксация пациента в определенном положении, для того чтобы по возможности меньше задеть здоровые клетки. При этом методе, впервые примененном в конце 1960-х годов, по-прежнему широко используются ИИИ на основе высокоактивного кобальта‑60.

Альтернатива перечисленным внешним воздействиям — "внутренняя", так называемая радиоиммунная, терапия. Ее принцип в том, что доставка изотопов к злокачественным образованиям осуществляется биохимическим путем на «клеточном» уровне, то есть посредством радиофармпрепарата — наподобие того, как это делается при радионуклидной диагностике. Однако изотопы для терапии отличаются от радионуклидов для диагностики тем, что у первых ионизирующее излучение не должно стремиться к нулю, а иногда наоборот — призвано обеспечить высокую дозу в локальном масштабе (см. Справку 5).

Тяжелая наследственность
Для большинства целей «добыча» необходимых радиоизотопов из окружающей среды нерациональна или практически невозможна, поэтому они производятся искусственно. Наработка нескольких десятков изотопов распространена достаточно широко и осуществляется в разных странах; другие имеют единичных или уникальных производителей.

Существует несколько способов получения радионуклидов; в зависимости от конкретного изотопа пригодны (или экономически оправданны) лишь некоторые из них.

Первый метод основан на делении ядер тяжелых атомов, которое в нужных масштабах осуществляется в реакторах — исследовательских, промышленных или энергетических. Таким способом могут нарабатываться молибден‑99, йод‑131, ксенон‑133, иттрий‑90, стронций‑89. Например, молибден‑99 является одним из вариантов деления ядра урана‑235, при котором образуются изотопы молибдена и олова. При этом молибден‑99 составляет около 6% продуктов распада, а процесс облучения урановых пластин может занять считанные дни, в зависимости от уровня обогащения мишени, характеристик нейтронного потока и требований к целевому продукту.

Гораздо больше различных изотопов производится в реакторах нейтронной активацией, в результате которой нужный изотоп возникает не из осколков тяжелых ядер, а из другого изотопа того же элемента или иного, близкого по атомной массе к целевому. Например, молибден‑99 получается (второй способ его производства) вследствие воздействия нейтронов на мишень с изотопом молибден‑98; широко используемый кобальт‑60 нарабатывается из поглотителей на базе кобальта‑59; самарий‑153 «делается» из самария‑152; а йод‑131 может быть получен активацией в реакторе мишеней, содержащих не изотопы самого йода, а теллур. Такой процесс нередко занимает много времени: например, поглотители с кобальтом‑59 облучают от двух до четырех лет.

Еще один метод получения изотопов — бомбардировка мишеней заряженными частицами в циклотронах и линейных ускорителях заряженных частиц (см. Справку 6).

Некоторые изотопы могут производиться разными путями. Нередко радионуклиды с наибольшими для данного химического элемента отношениями нейтронов к протонам в ядре рациональнее нарабатывать в реакторе нейтронной активацией, а с обратным соотношением — в ускорителе, где происходит бомбардировка заряженными частицами. Например, молибден‑99 получается намного дешевле и качественнее при наработке его в реакторе путем деления урана‑235 и особенно — при использовании высокообогащенного урана. В то же время другой, все более широко применяемый изотоп фтор‑18 вполне рационально производить на циклотронах бомбардировкой изотопа кислород‑18.

В ряде случаев выбор «средства производства» изотопов обусловлен не экономикой, а физикой. Некоторые ультракороткоживущие изотопы не имеет смысла нарабатывать в реакторах из-за их существенной удаленности от потребителей. Изотопы производятся на весьма ограниченном числе реакторов; технически для этого наиболее приспособлены исследовательские и многоцелевые реакторы разных типов, а также канальные энергетические реакторные установки наподобие канадских CANDU и российских РБМК. В некоторых больших странах и регионах имеется один-два подходящих реактора, а зарубежные реакторные установки еще более удалены от мест использования необходимого изотопа с периодом полураспада (Т ½), исчисляемым часами или минутами. В таких случаях возможна наработка нуклидов на ускорителях, для которых допустимо более свободное размещение и «тиражирование», вплоть до их установки в каждом месте потребления. Примерами могут служить циклотроны в некоторых медицинских центрах, использующие наработанные на месте быстрораспадающиеся изотопы. К последним относятся, например, азот‑13 с периодом полураспада менее 10 минут или рубидий‑81 с Т ½ менее 5 часов, порождающий полезный дочерний радионуклид криптон‑81m, чей период полураспада — всего около 13 секунд.

Довезти такие изотопы до места потребления иногда физически невозможно. Короткоживущие изотопы с периодом полураспада, измеряемым часами (к примеру, йод‑123 с T½ = 13,2 часа), могут производиться на ускорителях централизованно в масштабах мегаполиса, небольшого региона или государства.

Двухступенчатая схема производства и доставки применяется для некоторых пар радиоактивных изотопов типа «исходный-дочерний» с существенно бóльшим периодом полураспада для первого из них (сутки, недели или месяцы). В этом случае исходный изотоп может нарабатываться централизованно (в реакторе или ускорителе), а затем доставляться к многочисленным местам потребления в специальных генераторах короткоживущих изотопов. Генератор представляет собой мобильное устройство для хранения исходного и постоянно образующегося из него дочернего изотопов, а так же их разделения и извлечения необходимого количества дочернего изотопа по мере необходимости. Генератор обычно упакован в контейнер с биологической защитой из слоя свинца или вольфрама. Посредством таких генераторов производятся и распределяются такие широко используемые изотопные продукты, как молибден‑99/технеций‑99m (Т ½= 2,8 сут/6,01 ч). Другие примеры генераторных изотопов приведены в Справке 6.

Между тем циклотронное производство некоторых радионуклидов позволяет «срезать угол», обойдясь при поставке без промежуточного звена в виде исходного изотопа. Например, технеций‑99m может быть получен в циклотроне непосредственно (минуя стадию молибдена‑99) в результате бомбардировки мишеней с молибденом‑100. Однако такой способ требует, наряду с прочим, уменьшения или исключения транспортного плеча, поскольку получаемое сырье теряет свои качества в несколько раз быстрее, чем в случае с использованием генератора.

В общем, для генераторов изотопов характерны разделение (во многих случаях) централизованного производства и децентрализованного применения на значительном расстоянии от наработки, а также необходимость извлечения и преобразования (за счет физико-химических процессов) содержащегося в них полезного продукта. То есть на пути к конечному использованию изотопное сырье претерпевает несколько трансформаций.

В отличие от описанного варианта, сравнительно долгоживущие изотопы могут поставляться в той форме, в которой они в конечном итоге используются, например, в виде закрытых источников ионизирующего излучения или радиофармацевтических препаратов.

Рыночная судьба
Оценки стоимостного объема рынка изотопов сильно различаются; их cреднее значение — порядка $ 10 млрд. Большая часть рынка приходится на радионуклиды, применяемые в ядерной медицине. Хотя многие изотопы относятся к тому или иному сектору рынка по характеру своего использования, ряд нуклидов применяется в совершенно разных областях; наиболее значимый пример — кобальт‑60 — самый универсальный изотоп с точки зрения отраслевого использования. Причина в том, что он оптимально сочетает несколько свойств для создания наиболее компактных, мощных и относительно долговечных радионуклидных источников гамма-излучения. Не случайно, как было показано выше, он широко применяется в агропромышленном комплексе, индустрии и медицине (впервые был применен для терапии в 1951 году). При этом используется кобальт‑60 с разной удельной активностью: в гамма-ножах, оборудовании для дистанционной лучевой терапии и некоторых установках промышленной и медицинской стерилизации, где необходима высокая мощность пучка, используется материал с удельной активностью в несколько сотен Ки/г, тогда как в гамма-дефектоскопах, уровнемерах и прочих изотопных приборах может применяться кобальт‑60 с намного меньшей удельной активностью.

Мировой спрос на этот изотоп — 60−100 млн кюри в год; стоимостной объем рынка — до $ 200 млн. Наибольшее количество кобальта‑60 нарабатывается в Канаде облучением стабильного кобальта‑59 в реакторах CANDU атомных станций «Брюс» и «Пикеринг» (раньше кобальт с высокой активностью производился на одном из крупнейших в мире исследовательских реакторов NRU в Чок-Ривер; в перспективе значимым источником изотопа может стать канадская АЭС «Дарлингтон»). Кроме того, кобальт‑60 производится в реакторах CANDU-6 в Южной Корее, Китае и Аргентине, а также в России в реакторах РБМК, реакторах на комбинате «Маяк» и на исследовательских установках в НИИАРе (небольшой объем материала с высокой массовой активностью). Росатом планирует существенно расширить свою долю в мировом производстве высокоактивного кобальта‑60 за счет его наработки на Белоярской АЭС: для производства этого изотопа лучше всего подходят реакторы с быстрым спектром нейтронов; у Росатома имеются уникально большие мощности такого рода.

Ранее канадские реакторы покрывали свыше 2/3 мирового спроса на кобальт‑60, однако после остановки NRU и расширения производства в России пропорции изменились. Ныне в Российской Федерации нарабатывается около 1/3 глобального объема кобальта‑60. Значительная часть этого изотопа (включая произведенный в России) поступает на рынок через канадскую компанию Nordion. Материал с наибольшей удельной активностью проходит через канадскую же фирму Best Theratronics Ltd. (ранее входившую в одну группу с Nordion), которая является одним из мировых лидеров по производству мощных установок для дистанционной лучевой терапии и другого оборудования, где используются нуклидные ИИИ с кобальтом‑60.

В различных рыночных нишах альтернативой кобальту‑60 до некоторой степени служит цезий‑137. Он применяется, например, в лучевой терапии, стерилизации, радиографии, измерительном оборудовании и т. д. Основной производитель этого изотопа — Росатом. Госкорпорация также является ключевым или монопольным поставщиком ряда трансуранидов — источников нейтронов и альфа-излучения, таких как «широко используемые в узких областях» америций‑241, плутоний‑238, калифорний‑252.

Также «многоотраслевой» профиль у иридия‑192: он применяется в брахитерапии и в промышленной радиографии для контроля сварных швов, где иногда служит альтернативой кобальту‑60 (однако в этой области его недостатком можно считать короткий период полураспада: источники с иридием‑192 требуют частой замены).

Крупнейший сектор изотопного рынка — медицинский, где применяется или испытывается около полусотни нуклидов и свыше двухсот сертифицированных радиофармпрепаратов на их основе. Многие из таких изотопов вне здравоохранения практически не используются, поэтому по праву называются медицинскими. На медицинский профиль приходится более ¾ рынка радиоизотопов.

Рынок медицинских изотопов растет средними темпами около 5% в год, прежде всего благодаря развитию ядерной медицины, некоторые сегменты которой имеют двузначную ежегодную динамику в процентах. В мире уже работают десятки тысяч установок для двухмерной сцинтиграфии и ОФЭКТ, ПЭТ, стереотаксической хирургии и брахитерапии. Радионуклидная диагностика стала будничным, широко доступным методом медицинского обследования в развитых государствах, где она нередко включена в базовую медицинскую страховку. Через такие процедуры ежегодно проходит более 1−2% процентов населения; каждый год в мире проводится порядка 50 млн таких обследований. К ним добавляется на порядок меньший (но быстро растущий) объем терапии средствами ядерной медицины, значительная часть которого предусматривает использование нуклидов для лечения или квазиоперативного вмешательства.

Среди всех изотопов особо важное место занимает технеций‑99m, служащий радиометкой в большинстве наиболее широко распространенных диагностических процедур (прежде всего ОФЭКТ) и занимающий больше половины рынка медицинских изотопов; он также применяется вне медицины, например, помогает проводить мониторинг сточных вод и жидких отходов. Учитывая специфику получения и доставки этого нуклида и короткие периоды полураспада самого технеция‑99m и его исходного изотопа молибдена‑99 (см. Таблицу 1), необходимы регулярное производство, доставка и обратный вывоз генераторов технеция из мест его использования с частотой один раз в 10−15 дней для большинства точек потребления на планете.

Вся эта разветвленная и интенсивно функционирующая система доставки сходится всего в нескольких центрах производства: бóльшая часть молибдена‑99 в нынешнем столетии нарабатывалась менее чем на десяти (в отдельные периоды на трех-четырех) исследовательских реакторах. Из-за необходимости совмещать научные программы с интенсивной производственной деятельностью они были вынуждены периодически (раз в месяц и чаще) останавливаться на перегрузку топлива и профилактические процедуры. Чтобы в таких условиях обеспечивать надежность поставок на необходимом уровне, производителям приходилось постоянно держать часть мощностей (до ~50%) в резерве, то есть они сильно недогружались (сложилась постоянная координация действий игроков этого рынка друг с другом). Поскольку часть производимого продукта постоянно и неминуемо теряется по дороге и в процессе потребления из-за естественного распада, для этого рынка было характерно регулярное и значительное перепроизводство.

Наработка молибдена‑99 и первоначально возникающее из него количество технеция‑99m более чем в 4 раза превышают номинальный объем конечного потребления последнего: его принято мерить в так называемых шестидневых кюри или беккерелях (терабеккерелях в планетарном масштабе), которые отражают активность равновесной смеси изотопов по прошествии примерно одного периода полураспада молибдена‑99 после его наработки и целой «серии» полураспадов возникающего технеция‑99m; иными словами, в расчетах используется многократно заниженный объем производства с учетом неминуемых потерь. К этому нужно добавить еще одно производственное звено, усложняющее поставку: химическую переработку облученного материала для извлечения из него и очистки молибдена‑99. Поскольку накопление и длительное складирование «скоропортящегося» товара невозможны, рынок молибдена‑99/технеция‑99m крайне чувствителен к любым колебаниям предложения и реагирует на сбои практически в режиме реального времени.

На таком фоне в нынешнем веке большинство главных реакторов — наработчиков молибдена‑99 (это BR‑2 в Бельгии, NRU в Канаде, HFR в Нидерландах, Safari‑1 в ЮАР, LVR‑15 в Чехии, Maria в Польше, OSIRIS во Франции, а также реакторы в России, Австралии и Аргентине) приблизились к критическому полувековому возрасту или перешагнули его, а для двух из них (канадского NRU и французского OSIRIS, на которые в совокупности приходилось свыше 20% мировых мощностей поставки молибдена‑99) был запланирован и впоследствии осуществлен вывод из эксплуатации. Неудивительно, что в этой ситуации на рынке сложилась крайне нервная обстановка, при которой любое потенциальное сокращение предложения отзывалось кризисом в умах потребителей, даже если до реальных, серьезных перебоев дело не доходило. В результате за последние десять лет рынок молибдена‑99/технеция‑99m (читай, весь рынок медицинских изотопов и ядерной медицины) испытал несколько стрессов, приведших к его частичной перестройке.

После реального кризиса поставок, который случился в 2009—2010 годах, все участники рынка начали готовиться к возможному дефициту молибдена‑99, в частности, планировать создание замещающих мощностей или наращивание производства. Так, на крупнейшем рынке США (около половины мирового потребления) власти приняли меры по восстановлению отечественного производства этого изотопа (наработка молибдена‑99 в Соединенных Штатах прекратилась в 1989 году; с тех пор и до начала текущего года весь объем этого ключевого товара импортировался).

В 2012 году США приняли так называемый закон «О производстве медицинских изотопов в Америке», который предусматривал государственную поддержку проектов частного бизнеса в этой сфере, а также дополнительные меры по переводу наработки молибдена‑99 на мишени из низкообогащенного урана. В результате возникло множество проектов организации производства молибдена‑99/технеция‑99m, из которых четыре получили бюджетные деньги на условиях государственно-частного партнерства. Отличительной чертой возникшего «молибденового бума» стало развитие разнообразных альтернативных технологий, в том числе в рамках госпрограмм. В 2018 году было официально запущено первое за три десятилетия производство молибдена‑99 в США — на базе нереакторной технологии, созданной компанией NorthStar.

Между тем к сегодняшнему дню стало ясно, что предсказания безудержного роста спроса на молибден‑99 и перспективы его дефицита оказались преувеличенными. В реальности рынок прошел критические события без существенных потерь и в последние годы сбалансировался. Исходя из оценок NEA (которая на протяжении нынешнего десятилетия регулярно изучала рынок молибдена‑99 и координировала с его участниками меры по предотвращению дефицита), спрос на этот изотоп к 2017−2018 годам установился на уровне ~17 500−18 000 шестидневных терабеккерелей в год (по сравнению с ~23 000 шестидневных ТБк/год в начале десятилетия). То есть реальный спрос снизился более чем на 20%, что компенсировало выбытие части мощностей и помогло рынку достичь равновесия; как признала NEA в своих докладах в 2017—2018 годах, предложение молибдена‑99 теперь покрывает спрос с приемлемым запасом, хотя по-прежнему возможны временные дефициты поставок.

Такая адаптация рынка была обусловлена оптимизацией потребления молибдена‑99, а также сдвигом в сторону использования других изотопов (о чем ниже). Не следует сбрасывать со счетов и тенденцию к удорожанию технеция‑99m в связи с возникшим на рынке напряжением, расширением циклотронного производства и заменой ВОУ на НОУ при реакторном производстве молибдена‑99.

Между тем на фоне неурядиц вокруг молибдена‑99 на рынке медицинских изотопов обозначилось несколько трендов, которые определят его развитие в среднесрочной перспективе.

Прежде всего, сам рынок непрерывно растет на фоне поступательного развития ядерной медицины. Это происходит за счет ее дальнейшего расширения в традиционно передовых в этой сфере регионах (США, Канада, Европа, Япония, Австралия и др.), а также опережающего развития новых географических рынков — прежде всего в Азии. Хотя оценки объема глобального рынка ядерной медицины сильно разнятся, многие эксперты предсказывают его увеличение до середины 2020-х годов на десятки процентов.

Происходят и качественные сдвиги в этом секторе. Во-первых, на фоне роста ОФЭКТ (в которой чаще всего применяются технеций‑99m, а так же таллий‑201, галлий‑67, йод‑123, рений‑186, индий‑111, ксенон‑133) опережающими темпами увеличивается сектор ПЭТ (двухзначные проценты прироста в некоторые годы по факту и согласно ряду прогнозов). Благодаря этому развивается применение изотопов — излучателей позитронов: фтора‑18, рубидия‑82, галлия‑68, углерода‑11, азота‑13, кислорода‑15; среди них сегодня абсолютно преобладает первый, производимый централизованно и локально на циклотронах.

Во-вторых, растут масштабы лучевой терапии, которая кое-где выходит из разряда второстепенных сегментов рынка ядерной медицины. Это происходит во многом благодаря радиоизотопным приложениям: развитию радиоиммунной терапии, брахитерапии, гамма-ножа, радионуклидных облучательных технологий и пр. Так, продолжает расширяться брахитерапия, где наиболее востребованы йод‑125, цезий‑131, палладий‑103, иридий‑192.

В радиоиммунной терапии сегодня чаще всего применяются йод‑131, иттрий‑90, лютеций‑177, эрбий‑169, самарий‑153, рений‑186, стронций‑89. Среди них по-прежнему преобладает традиционный в этой сфере йод‑131, но быстрее, чем на другие бета-излучающие изотопы, растет спрос на лютеций‑177. Между тем на фоне сохраняющегося активного спроса на бета-эмиттеры намечается технологическая перестройка радиоиммунной терапии: переход к применению альфа-эмиттеров и разработка принципиально новых технологий — нейтронзахватной, фотонзахватной и пр. Пионером клинического применения среди альфа-эмитеров стал радий‑223, который несколько лет назад первым среди таких изотопов начал использоваться на крупнейшем рынке — в США. Следующие на очереди — другие альфа-излучатели, такие как актиний‑225/висмут‑213, производить которые собирается, в частности, американская компания NorthStar, и свинец‑212, ставку на который делает французская Orano Med, уже построившая небольшие демонстрационные мощности во Франции и США.

Реструктуризация на рынке радионуклидов ведет к перестановкам в сегменте стабильных изотопов, емкость которого сегодня оценивается в $ 250−300 млн в год. В частности, сдвиг в сторону ПЭТ и циклотронной наработки ряда медицинских радионуклидов делает более востребованными некоторые стабильные изотопы, такие как кислород‑18 (из него производят главную радиометку для ПЭТ — фтор‑18). Другой пример: развитие нейтронзахватной терапии в ее основном варианте с бором (а существуют и варианты, например, с гадолинием‑157) может расширить применение стабильного изотопа бор‑10, который и без того востребован в других секторах атомного рынка.

Диверсификация на рынке изотопов сопровождается сдвигом части спроса в сторону короткоживущих нуклидов, а это приводит к необходимости приближения их производства к местам потребления: организации наработки на ускорителе, централизованной в масштабе района или города, либо установки циклотронов непосредственно в медицинских учреждениях, осуществляющих лучевую терапию и диагностику. Это, в свою очередь, стимулирует развитие циклотронных технологий производства и ставит вопрос об их унификации, распространении на более широкий круг нуклидов, включая некоторые из тех, что традиционно производились в реакторах.

Яркий пример — развитие подобных технологий в отношении молибдена‑99 и технеция‑99m: хотя всегда считалось, что такое производство стоит дороже и дает продукт более низкого качества, многие участники рынка надеются повысить эффективность этого способа и использовать преимущества от сокращения транспортировки либо полного исключения покупки изотопа на рынке и его перевозки. К тому же переход реакторного производства с ВОУ на НОУ ведет к его удорожанию, тем самым несколько добавляя конкурентоспособности альтернативным методам получения этих изотопов.

В общем, расширение ядерной медицины и развитие ее технологий провоцируют целую серию структурных и технологических сдвигов на рынке изотопов по принципу домино. В ближайшее десятилетие следует ждать не только появления спроса на целую плеяду новых для рынка радиоизотопов, но и усложнения конкурентной ситуации. Наряду с глобальными поставщиками, которые смогут заранее сделать удачные ставки на те или иные новые нуклиды, в некоторых сегментах этого рынка разовьются в невиданных масштабах «натуральное хозяйство» или внутрирегиональная торговля изотопной продукцией. Выиграют от этого, пожалуй, поставщики стабильных изотопов, циклотронного и химического оборудования. Но это уже совсем другая история.