De nieuwe PALLAS-reactor helpt nóg meer patiënten bij behandeling van kanker
Wist je dat er dagelijks ruim 30.000 patiënten wereldwijd afhankelijk zijn van de productie van medische isotopen? Deze radioactieve stoffen zijn onmisbaar voor de diagnose en behandeling van kanker. We staan voor een grote uitdaging: de productie van deze levensreddende isotopen moet worden gegarandeerd voor de toekomst. Hier komt de nieuwe PALLAS-reactor in beeld, een project in Petten, Noord-Holland, dat de toekomst van de medische isotopenproductie gaat continueren.
Het belang van de PALLAS-reactor
Maar waarom is de PALLAS-reactor juist nu zo belangrijk? De huidige Hoge Flux Reactor (HFR), die al sinds 1961 in Petten in bedrijf is, nadert het einde van zijn technische levensduur. Daarnaast heeft de 63 jaar oude reactor steeds intensiever onderhoud nodig en kan hij de groeiende vraag naar medische isotopen niet meer bijbenen. “De HFR was oorspronkelijk bedoeld als materiaaltestreactor en is pas later aangepast voor isotopenproductie. De PALLAS-reactor is daarentegen specifiek ontworpen voor grootschalige productie”, legt Jan van der Marel, projectdirecteur bij PALLAS, uit.
QUOTE: De PALLAS-reactor is ontworpen met een focus op productiecapaciteit voor medische isotopen met daarnaast ook ruimte voor onderzoeksactiviteiten.
Na de voltooiing van de nieuwe PALLAS-reactor zal de productie van medische isotopen naar een hoger niveau worden getild. Hiermee kan Nederland de komende 50 jaar miljoenen mensen blijven helpen. Jan van der Marel: “Met de nieuwe reactor kunnen we niet alleen de vraag binnen Nederland vervullen, maar ook een aanzienlijke bijdrage leveren aan de bevoorrading van medische isotopen in heel Europa en zelfs in de hele wereld.” Hoewel de basis van het ontwerp geïnspireerd is door de OPAL-reactor in Australië, is PALLAS allesbehalve een simpele kopie. Waar OPAL zich voornamelijk richt op onderzoek en daarnaast in beperkte mate medische isotopen produceert, is dit bij PALLAS precies andersom. Deze reactor is ontworpen met een focus op productiecapaciteit voor medische isotopen met daarnaast ook ruimte voor onderzoeksactiviteiten. Dit maakt PALLAS een unieke reactor die speciaal is afgestemd op de groeiende vraag naar medische isotopen, waardoor er een grote stap voorwaarts wordt gezet in de productie en beschikbaarheid van deze levensreddende middelen.
Hoe gaat het in zijn werk?
Maar hoe werkt de reactor precies? Stel je een grote, met water gevulde reactorpool voor, ongeveer vier meter breed en vijftien meter diep. Onderin deze pool bevindt zich de kern van de reactor. In de reactor worden speciale nucleaire brandstofstaven met verrijkt uranium gebruikt. Deze staven worden in een reflectorvat gepositioneerd waar ze neutronen uitzenden. In de reactorpool bevinden zich ook speciale ‘targets’. Deze targets zijn materialen die ontworpen zijn om de neutronen te vangen. Wanneer de neutronen de targets raken, worden ze omgezet in isotopen. Isotopen zijn een soort speciale atomen die radioactief zijn. Dit betekent dat ze straling afgeven. In de geneeskunde worden ze gebruikt om ziektes zoals kanker op te sporen en te behandelen. Dankzij deze radioactiviteit kunnen artsen precies zien wat er in een lichaam gebeurt en helpen de isotopen bij behandelingen.
Sleutelrollen in reactorontwerp
Het Argentijnse ICHOS speelt een cruciale rol in de ontwikkeling van de nieuwe PALLAS-reactor. José Louis Molina, projectdirecteur bij ICHOS legt uit: “Onze belangrijkste taak is om een productie-installatie voor radio-isotopen te leveren die voldoet aan de hoge prestatienormen van PALLAS.” ICHOS begon zijn betrokkenheid vanaf de vroege ontwerpfase en werkt nauw samen met Iv om ervoor te zorgen dat alle aspecten van de installatie voldoen aan de vereiste kwaliteitsstandaarden.
QUOTE: Bij een nucleaire reactor is het belangrijk om voor de luchthuishouding verschillende ‘zones’ te creëren om de straling binnen veilige grenzen te houden.
Iv werkt met een team van circa 100 man aan de realisatie van de nieuwe reactor. “Wij zijn verantwoordelijk voor de engineering en ondersteuning van de conventionele systemen die de operatie van de reactor mogelijk maken”, vertelt André van Es, senior project manager bij Iv. Dit omvat nucleaire en conventionele HVAC-systemen, tap-, afval- en regenwatersystemen, building management systeem, nucleaire afvalwatersystemen, gedemineraliseerd water, persluchtsystemen, industriële gassen en secundaire koelsystemen. “Zonder deze systemen zou het proces niet kunnen plaatsvinden. Daarmee zorgen wij ervoor dat alles wat rondom de reactor nodig is goed functioneert, zodat de productie van medische isotopen betrouwbaar en veilig verloopt.”
Naast deze systemen is Iv ook verantwoordelijk voor alle instrumentatie, zoals temperatuur- en drukmeters, die nodig zijn om de systemen te laten werken en te communiceren met andere systemen. Dit is een belangrijke en complexe taak vanwege de vele interfaces en verbindingen die goed moeten worden afgestemd.
“Bij een nucleaire reactor is het belangrijk om voor de luchthuishouding verschillende ‘zones’ te creëren om de straling binnen veilige grenzen te houden”, zegt André. “Vanuit de binnenste zone rond de reactor, daar waar de straling het sterkst is, mag geen lucht naar de omringende zones stromen. Daarom zorgen we ervoor dat de lucht alleen van de omringende zones naar de binnenste zone kan stromen, zodat er geen vrijzetting is van radioactieve stoffen. Dit doen we door de luchtdruk tussen de verschillende zones goed te regelen. Als er radioactieve stoffen uit de reactor ontsnappen, blijft het binnen de afgesproken zone en wordt het via speciale filters op een veilige manier afgevoerd.”
Veiligheidsnormen
Volgens André komt de ervaring van Iv met vergelijkbare technieken in de farmaceutische industrie goed van pas. Zo worden in vaccinatiefabrieken ook zoneringsprincipes toegepast om te voorkomen dat virussen ontsnappen. Naast de technische uitdagingen van zonering, is ook de logistiek rondom de reactor belangrijk. “In zo’n productieomgeving moet alles snel, veilig en efficiënt verlopen”, legt André uit. “De isotopen worden in ‘hot cells’ behandeld en verpakt. Deze cellen moeten veilig afgeschermd zijn om te voorkomen dat operators blootgesteld worden aan teveel straling. Het is essentieel dat de producten veilig van de reactor via de ‘hot cells’ naar de logistieke ruimten worden verplaatst voor transport, zonder risico op stralingsbesmetting.” André: “Stel je voor: er zijn zes hot cells voor de handling van isotopen. Voor elke cel geldt dat de juiste drukcascade onderling en ten opzichte van de omringende logistieke ruimte gewaarborgd moet zijn, zodat de lucht de juiste kant op stroomt en het risico op stralingsbesmetting binnen de normen blijft. Deze complexiteit maakt het noodzakelijk dat onze systemen goed doordacht zijn, geschikt functioneren en gewaarborgd zijn.”
QUOTE: Ik denk dat er geen project in Nederland is dat op deze manier probeert de informatie op elkaar af te stemmen en beschikbaar te hebben.
Bij het ontwerp van de PALLAS-reactor moet aan strenge eisen worden voldaan om de veiligheid te waarborgen. Het belangrijkste aspect is dat alles moet worden ontworpen volgens de Kernenergiewet en de ‘Dutch Safety Regulations for Nuclear Power Plants’ (DSR). Deze regelgeving zorgt ervoor dat de reactor veilig is in verschillende noodsituaties zoals aardbevingen, overstromingen en vliegtuigincidenten. André legt uit: “Het ontwerp van de reactor moet bestand zijn tegen extreme omstandigheden. Dit betekent niet alleen dat de systemen zelf betrouwbaar moeten zijn, maar ook dat ze moeten blijven functioneren, zelfs als er een bepaalde calamiteit is. Bijvoorbeeld, als er een overstroming is, moeten de energievoorzienende systemen voor cruciale installaties, zoals de dieselgeneratoren maar ook besturingssystemen, blijven werken om te voorkomen dat de situatie uit de hand loopt.” Ook de straling, in de directe omgeving van de reactor, is een uitdaging voor de toe te passen materialen. De nieuwe reactor moet minstens 60 jaar meegaan. Straling heeft invloed op de materialen in de reactor. Door de constante blootstelling aan straling kunnen materialen sneller verouderen of beschadigd raken. Daarom moeten alle materialen in de reactor bestand zijn tegen deze straling en zo ontworpen zijn dat ze tientallen jaren kunnen meegaan. Daarnaast moeten systemen zoals pijpen en kanalen zo ontworpen zijn dat ze regelmatig kunnen worden gereinigd en onderhouden.
Van uitdaging naar overwinning
“Wat mij zo enthousiast maakt over dit project, is de enorme uitdaging van system engineering, inclusief verificatie en validatie (V-model), en informatiebeheer”, zegt André. “Het is niet alleen de technische complexiteit van de installaties die telt, maar vooral het afstemmen van alle modellen en gegevens. We moeten bijvoorbeeld alle 3D-modellen elke twee weken centraal beschikbaar stellen in een zogenaamde ‘Common Data Environment’ en zorgen dat ze op elkaar zijn afgestemd. Dit betekent dat we tijdens de engineering al moeten zorgen dat alle informatie over bijvoorbeeld druk, temperatuur en toegepaste materialen direct beschikbaar en aan elkaar gekoppeld is.”
André voegt toe: “Ik denk dat er geen project in Nederland is dat op deze manier probeert de informatie op elkaar af te stemmen en beschikbaar te hebben.” Wat het volgens hem extra complex maakt, is de samenwerking met verschillende (internationale) partijen en systemen die niet altijd naadloos integreren. Het is een enorme uitdaging om ervoor te zorgen dat alle informatie goed samenkomt en dat iedereen met de juiste data werkt.
QUOTE: Het PALLAS-project lost niet alleen de huidige problemen op, maar laat ook zien hoe we in de toekomst andere reactoren kunnen bouwen
José vult aan: “Wanneer alle 500 systemen uiteindelijk samenwerken en tijdens de commissioning alles functioneert zoals het hoort, voelt het als het scoren van een doelpunt in een WK-finale. We hebben een cruciaal moment in het proces dat we ‘criticaliteit’ noemen. Dit betekent dat we de reactor op vermogen hebben gebracht en deze stabiel kunnen houden. Dit is een enorm moment voor ons, vergelijkbaar met het winnen van de wereldbeker. Het geeft ons de bevestiging dat de reactor werkt.” José benadrukt echter dat criticaliteit slechts het begin is. “Na criticaliteit moeten we nog de prestaties van het systeem demonstreren. Er is nog veel werk te doen om ervoor te zorgen dat alles aan de eisen voldoet. Maar op dat moment zie je duidelijk dat het project succesvol is. Dan begint de fase van finetuning.”
De blauwdruk voor de toekomst
De PALLAS-reactor vormt niet alleen een belangrijke stap vooruit in de medische isotopenproductie, maar ook een mogelijke blauwdruk voor toekomstige reactorprojecten. José Louis legt uit: “We creëren een virtueel model (digital twin) van de reactor om operators te kunnen trainen en operaties zo realistisch mogelijk te simuleren. Hoewel dit veel inspanning kost, helpt het om de reactor, die minstens 60 jaar mee moet gaan, veilig te beheren zonder de echte installatie te gebruiken.”
De vraag naar medische isotopen blijft maar groeien. Het PALLAS-project lost niet alleen de huidige problemen op, maar laat ook zien hoe we in de toekomst andere reactoren kunnen bouwen. Al tientallen jaren staat de huidige PALLAS-reactor op de agenda ter vervanging van de HFR. Jan van der Marel is sinds 2016 bij dit project betrokken. “We hebben vanaf het begin veel obstakels moeten overwinnen als het gaat om vergunningen, bijvoorbeeld. Dus toen we hier aan begonnen, wisten we ook niet zeker of het zou slagen. Maar met de laatste horde, de goedkeuring vanuit het Ministerie van Volksgezondheid, is de weg vrij. Alle uitdagingen die nu nog op ons pad liggen, hebben we zelf in de hand.”
De overgang van de oude HFR-reactor naar de nieuwe PALLAS-reactor is een proces dat de komende jaren zal plaatsvinden. Gedurende een periode van circa 2 jaar zullen beide reactoren draaien om ervoor te zorgen dat de productie van medische isotopen ononderbroken doorgaat. Nadat de PALLAS-reactor zijn volle capaciteit heeft bereikt, zal de HFR uit bedrijf worden genomen. Volgend jaar zal begonnen worden met de constructie van de nieuwe medische isotopenreactor in Petten. Als alles volgens plan verloopt, is de PALLAS-reactor omstreeks 2030 gereed.