Từng được ca tụng là “phép màu y học” vào đầu thế kỷ 20, sau đó bị thoái chào và trở thành “gánh nặng chất thải nguy hại” vào cuối thế kỷ 20, giờ đây, trong thập niên thứ ba của thế kỷ 21, Ra-226 đang trở lại vị thế trung tâm như một nguồn nguyên liệu thô không thể thay thế cho lĩnh vực ung thư học với Liệu pháp Alpha hướng đích (Targeted Alpha Therapy – TAT). Trong bối cảnh thế giới đang đối mặt với sự thiếu hụt nghiêm trọng các đồng vị phóng xạ phát tia alpha, việc khai thác kho dự trữ Ra-226 toàn cầu – ước tính nằm rải rác tại hơn 100 quốc gia dưới dạng các nguồn y tế thải loại – không chỉ giải quyết bài toán an ninh hạt nhân mà còn mở ra cơ hội sống cho hàng triệu bệnh nhân ung thư di căn.
Sự khan hiếm của Ac-225 hiện nay là rào cản lớn nhất ngăn cản việc triển khai rộng rãi các liệu pháp điều trị tiên tiến cho ung thư tuyến tiền liệt, ung thư máu dòng tủy và các khối u thần kinh nội tiết. Các phương pháp sản xuất truyền thống dựa vào sự phân rã tự nhiên của Thorium-229 (Th-229) chỉ cung cấp được khoảng 1.7 Ci mỗi năm cho toàn thế giới – một con số quá nhỏ bé so với nhu cầu dự báo. Do đó, con đường sản xuất nhân tạo thông qua phản ứng hạt nhân trên bia Ra-226 sử dụng máy gia tốc cyclotron đã trở thành cứu cánh duy nhất có khả năng mở rộng quy mô công nghiệp.
Lịch sử và đặc tính của nguồn thải Y tế
Vào những năm 1900 đến 1950, Radium-226 là đồng vị chủ lực trong xạ trị áp sát (brachytherapy). Hàng triệu kim (needles) và ống (tubes) radium đã được sản xuất để điều trị ung thư cổ tử cung và các khối u khác. Tuy nhiên, khi các đồng vị an toàn hơn như Cobalt-60 và Iridium-192 cùng các máy gia tốc tuyến tính ra đời, Ra-226 dần bị loại bỏ. Đến thập niên 1990, phần lớn các nguồn này đã trở thành chất thải. Đặc tính vật lý của Ra-226 chính là nguyên nhân tạo ra thách thức quản lý kép. Với chu kỳ bán rã lên tới 1.604 năm, Ra-226 đòi hỏi thời gian lưu trữ an toàn vượt xa tuổi thọ của bất kỳ thể chế chính trị hay cơ sở hạ tầng nhân tạo nào. Nguy hiểm hơn, quá trình phân rã alpha của Ra-226 sinh ra khí Radon-222 (Rn-222), một loại khí trơ phóng xạ có khả năng rò rỉ qua các vết nứt vi mô của vỏ bọc kim loại cũ, gây ô nhiễm không khí và nguy cơ ung thư phổi nghiêm trọng cho nhân viên quản lý kho.
Thu hồi các nguồn phóng xạ radium-226 cũ trong xi măng tại Philippines. (Ảnh: Viện Nghiên cứu Hạt nhân Philippines)
Các nguồn thải này thường được tìm thấy dưới dạng các kim platin-iridium hoặc thép không gỉ, chứa muối radium (thường là radium sulfate hoặc radium bromide). Sau nhiều thập kỷ lưu trữ, áp suất khí heli (sinh ra từ hạt alpha) và khí radon bên trong các vỏ bọc kín này tăng lên đáng kể, tạo ra nguy cơ vỡ vỏ bọc và phát tán bột radium ra môi trường. Đây chính là lý do tại sao IAEA coi việc quản lý các nguồn Ra-226 thải loại (Disused Sealed Radioactive Sources – DSRS) là một ưu tiên an ninh hàng đầu. Theo số liệu từ Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA), hiện có khoảng 100 quốc gia đang sở hữu các kho dự trữ Ra-226. Phần lớn các quốc gia này là các nước đang phát triển, nơi năng lực xử lý và lưu trữ dài hạn chất thải phóng xạ còn hạn chế. Trước năm 2020, giải pháp duy nhất là “conditioning” – đóng gói các nguồn này vào các bao bì bền vững và chôn cất hoặc lưu trữ vĩnh viễn. Tuy nhiên, sự thay đổi nhu cầu của Ac-225 đã thay đổi hoàn toàn tính toán kinh tế này.
Sáng kiến Quản lý Radium-226 toàn cầu (Global Radium-226 Management Initiative) được IAEA phát động vào năm 2021 nhằm mục đích kết nối các quốc gia sở hữu nguồn (Provider Countries) với các quốc gia có năng lực tái chế (Recipient Countries). Sáng kiến này không chỉ đơn thuần là chuyển dịch chất thải; nó là một nỗ lực ngoại giao khoa học nhằm biến rủi ro hạt nhân thành tài sản y tế. Hiện trạng Sáng kiến:
- Thành viên tham gia: Khoảng 80 quốc gia đã tham gia.
- Số lượng chuyển giao: Tính đến đầu năm 2026, đã có 14 đợt chuyển giao lớn từ 14 quốc gia khác nhau được thực hiện thành công.
- Các dòng chảy điển hình:
- Đông Âu sang Bắc Mỹ: Croatia đã chuyển giao 298 nguồn Ra-226 từ Viện Ruder Boskovic sang Phòng thí nghiệm Hạt nhân Canada (CNL) vào tháng 9/2025. Đây là một ví dụ điển hình về việc một viện nghiên cứu quốc gia chuyển giao tài sản nhàn rỗi để đổi lấy sự hỗ trợ kỹ thuật và an toàn.
- Châu Mỹ Latinh sang Hoa Kỳ: Guatemala đã chuyển giao 40 kim và ống Ra-226 cho Niowave, một công ty tư nhân tại Mỹ chuyên sản xuất đồng vị y tế bằng máy gia tốc siêu dẫn. Brazil cũng đang trong giai đoạn cuối của việc chuyển giao gần 400 nguồn.
- Đông Nam Á sang Bắc Mỹ: Philippines và Thái Lan cũng đã tham gia tích cực vào quá trình này, với Philippines chuyển giao 243 nguồn bao gồm kim, ống và dây radium.
Điều này cho thấy một xu hướng rõ rệt: Ra-226 đang chảy từ các kho chứa rải rác trên toàn cầu về các trung tâm công nghệ hạt nhân tiên tiến tại Bắc Mỹ và Châu Âu, nơi chúng sẽ được chuyển thành thuốc chữa ung thư.
Công nghệ sản xuất Actinium-225
| Công nghệ | Phản ứng Hạt nhân | Nguồn Nguyên liệu | Ưu điểm | Nhược điểm |
| Máy phát | 229Th-225Ra-225Ac | Kho dự trữ 229Th từ rác thải hạt nhân Chiến tranh Lạnh (ORNL, Nga) | Độ tinh khiết cực cao (carrier-free), dễ tách chiết | Nguồn cung 229Th đã cạn kiệt, không thể mở rộng quy mô |
| Cyclotron (trực tiếp) | 226Ra-225Ac | Ra-226 tái chế từ nguồn y tế cũ | Hiệu suất cao, khả năng mở rộng lên quy mô Curie, tận dụng rác thải | Cần xử lý bia Ra-226 hoạt độ cao, yêu cầu cyclotron chuyên dụng, quản lý khí Radon |
| Spallation (bắn phá năng lượng cao) | 229Th-225Ac | Thorium-232 tự nhiên | Nguyên liệu rẻ, dồi dào | Cần máy gia tốc năng lượng rất cao (>100 MeV), tạo ra nhiều tạp chất 227Ac (bán rã 21 năm) rất khó tách |
| Quang hạt nhân (Photonuclear) | 226Ra-225Ra-225Ac | Ra-226 tái chế | Ít tạp chất 227Ac hơn spallation | Hiệu suất thấp hơn cyclotron, vấn đề nhiệt lượng trên bia rất lớn |
Phân tích trên cho thấy, phương pháp cyclotron sử dụng Ra-226 là con đường khả thi nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật để đáp ứng nhu cầu thị trường toàn cầu dự kiến lên tới hàng trăm Curies mỗi năm.
Xử lý nguồn thải và tinh chế nguyên liệu Ra-226
Các nguồn Ra-226 cũ không phải là Ra-226 tinh khiết. Qua hàng chục năm, chúng đã tích tụ các sản phẩm phân rã, đặc biệt là Chì-210 (210Pb) và Polonium-210 (210Po), cùng với các tạp chất kim loại từ vỏ bọc và vật liệu hàn.
Quy trình làm sạch bao gồm:
- Mở vỏ (Decapsulation): Thực hiện trong buồng hot cell với áp suất âm và hệ thống lọc than hoạt tính để bẫy khí Radon-222 thoát ra.
- Hòa tan: Muối radium được hòa tan bằng axit nitric hoặc axit hydrochloric.
- Loại bỏ Barium: Đây là bước khó nhất vì Barium (Ba) và Radium (Ra) có tính chất hóa học gần như tương đồng (cùng nhóm kim loại kiềm thổ). Sự hiện diện của Ba sẽ làm giảm hiệu suất phản ứng hạt nhân. Các nhà hóa học sử dụng nhựa trao đổi cation (Cation Exchange Resin) kết hợp với các chất tạo phức như EDTA hoặc DtPA để tách Ra khỏi Ba dựa trên sự khác biệt nhỏ về hằng số bền của phức chất.
Sau khi chiếu xạ, bia Ra-226 chứa một lượng nhỏ Ac-225 (tỷ lệ chuyển đổi thường <1%). Nhiệm vụ là thu hồi Ac-225 với độ tinh khiết >99% và thu hồi lại Ra-226 chưa phản ứng để tái sử dụng. Quy trình tiêu chuẩn hiện nay sử dụng hệ thống sắc ký cột đa bước:
- Hòa tan bia: Bia sau chiếu xạ được hòa tan trong axit.
- Cột DGA (Diglycolamide Resin): Trong môi trường axit nitric nồng độ thấp, nhựa DGA có ái lực cực mạnh với các ion Actinium (hóa trị III) nhưng lại không giữ Radium (hóa trị II). Điều này cho phép rửa trôi toàn bộ Ra-226 ra khỏi cột để thu hồi, trong khi Ac-225 được giữ lại.
- Cột Ln Resin: Để loại bỏ các tạp chất vết còn lại và tinh chế sâu Ac-225.
- Kiểm soát chất lượng: Sản phẩm cuối cùng phải được kiểm tra độ tinh khiết hạt nhân (bằng phổ kế gamma) để đảm bảo tỷ lệ 226Ac/225Ac nằm trong giới hạn cho phép (<0.2% tại thời điểm sử dụng).
Tại sao thế giới lại bỏ ra nỗ lực khổng lồ để tái chế Ra-226? Câu trả lời nằm ở tiềm năng của Actinium-225 trong điều trị ung thư. Ac-225 là một đồng vị phát tia alpha. Khác với tia beta của Lutetium-177 hay Yttrium-90, hạt alpha có khối lượng lớn (2 proton + 2 neutron) và mang điện tích +2. Điều này tạo ra đặc tính LET (Linear Energy Transfer – Truyền năng lượng tuyến tính) cực cao.
Hiệu quả sinh học của Actinium-225 và Lutetium-177
| Đặc tính | Actinium-225 (Alpha) | Lutetium-177 (Beta) |
| Năng lượng | 5.8 – 8.4 MeV (tổng chuỗi ~28 MeV) | 0.5 MeV (trung bình) |
| Quãng chạy trong mô | 50 – 80 μm (vài đường kính tế bào) | 0.7 – 2.0 mm (hàng trăm tế bào) |
| LET (keV/μm) | 80 – 100 (Cao) | 0.2 (Thấp) |
| Tổn thương DNA | Đứt gãy đôi (Double-strand breaks) – Khó sửa chữa | Đứt gãy đơn (Single-strand breaks) – Dễ sửa chữa |
| Hiệu quả diệt tế bào | Cần 1-2 hạt nhân để diệt 1 tế bào | Cần hàng nghìn hạt nhân |
| Ứng dụng tối ưu | Khối u nhỏ, di căn vi thể, tủy xương | Khối u lớn, khối đặc |
Ac-225 có khả năng gây ra tổn thương DNA không thể hồi phục đối với tế bào ung thư, ngay cả khi chúng đã kháng lại các liệu pháp hóa trị hoặc xạ trị beta. Quãng chạy ngắn giúp bảo vệ các mô lành xung quanh, đặc biệt quan trọng khi khối u nằm xen kẽ trong các mô nhạy cảm như tủy xương. Các thử nghiệm lâm sàng sử dụng Ac-225 gắn với kháng thể hoặc peptide (như PSMA-617 cho ung thư tuyến tiền liệt) đã cho thấy những kết quả “ngoài sức tưởng tượng”.
Trước đây, các quốc gia phải trả hàng nghìn USD để xử lý và chôn lấp một nguồn Ra-226. Giờ đây, phương trình kinh tế đã đảo chiều.
- Chi phí xử lý truyền thống: Việc xây dựng kho địa chất sâu để chôn lấp Ra-226 (với chu kỳ 1.600 năm) là cực kỳ đắt đỏ và gặp sự phản đối của công chúng.
- Giá trị tái chế: Bằng cách chuyển giao Ra-226 cho các đơn vị tái chế, quốc gia sở hữu không chỉ xóa bỏ được nợ (liability) về quản lý chất thải mà còn có thể đàm phán các gói hỗ trợ kỹ thuật, đào tạo hoặc thậm chí là quyền ưu tiên mua thuốc Ac-225 trong tương lai.
Giá của Ac-225 hiện tại rất cao do khan hiếm, dao động từ vài trăm đến hàng nghìn USD cho mỗi mCi (millicurie). Với sự gia nhập của các phương pháp sản xuất từ cyclotron, chi phí sản xuất (COGS) dự kiến sẽ giảm 10-20 lần so với hiện nay, nhưng giá trị thị trường tổng thể sẽ tăng vọt do số lượng bệnh nhân điều trị tăng lên. Dự báo thị trường Ac-225 toàn cầu sẽ đạt quy mô hàng tỷ USD vào năm 2030, với tốc độ tăng trưởng kép (CAGR) trên 15-20%.42 Đây là động lực mạnh mẽ để các công ty tư nhân như Niowave, NorthStar, và BWXT đầu tư mạnh vào công nghệ tái chế Ra-226.
Việc tái chế Ra-226 để sản xuất Actinium-225 không chỉ giải quyết vấn đề môi trường và an ninh phóng xạ mà còn cung cấp chìa khóa để mở ra cánh cửa hy vọng cho những bệnh nhân ung thư giai đoạn cuối. Đối với thế giới, đó là sự tối ưu hóa tài nguyên. Đối với bệnh nhân, đó là cơ hội được sống. Và đối với các quốc gia như Việt Nam, đó là cơ hội để chuyển mình, từ người quản lý di sản trở thành đối tác chủ động trong chuỗi giá trị y học công nghệ cao toàn cầu.
Từ khóa: radium;
– CMD –
