在洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的一部分，有些人称之为台地，一道质子束穿过新墨西哥州地貌中长达一英里的隧道向下射击。 这些粒子的移动速度如此之快，以至于如果它们不被限制在结构内，它们可以在一秒钟内绕地球 2.5 圈。
实验室的五个不同设施从这束光束中“啜饮”，提取它们进行各种实验所需的质子。 其中一个名为同位素生产设施，它将质子撞击固定靶。 质子将自身嵌入靶原子的内部，将其嬗变成新的元素。
同位素生产设施目前正积极（双关语）为医疗行业努力：生产一种名为锕225的物质，这是一种具有 89 个质子和 136 个中子的同位素。 同位素是同种元素的不同形式，它们具有相同数量的质子但不同数量的中子；最常见的锕同位素是 227，比 225 多两个中子。 当同位素具有放射性时，它们的原子核是不稳定的，具有不稳定的质子和中子组合，并且它们通过发射α、β或γ射线来消除多余的能量。 锕225 的特殊放射性可能在对抗前列腺癌方面非常有效，并且正在进行对其对抗其他恶性肿瘤的有效性的研究。 尽管存在许多放射性同位素，但锕 225 的发射强度足以破坏癌细胞，而不会对健康细胞造成太大损害。 并且这种同位素在恰到好处的时间内消散，完成其工作然后衰变消失。
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多年来，科学家们一直通过等待钍（元素 90，比锕多一个质子）衰变来生产这种锕。 但这种方法速度慢，而且一次产量不多。 如果目前正在临床试验中的使用锕 225 的癌症疗法获得美国食品和药物管理局的批准，那么旧方法可能无法满足需求。
为了预测锕生产可能需要跃升到一个新的能量水平，能源部于 2015 年创建了一个项目，以开发新的、更大批量的生产方法——将 LANL、田纳西州的橡树岭国家实验室 (ORNL) 和纽约州布鲁克海文国家实验室联合起来共同努力。 从那时起，实验室一直在稳步开展该项目，希望在医疗行业准备就绪时做好准备。
当锕 225 衰变时，它以α 粒子（两个质子和两个中子结合在一起）的形式发射辐射。 LANL 的项目主管兼实验室能源部同位素计划联络人柯克·雷克托称这些粒子为“破坏球”。 它们产生的能量足以像光剑劈开两根正在玩跳双绳游戏的跳绳一样，破坏 DNA 链。
但是 α 粒子很重（至少对于粒子而言），因此它们不会传播很远——只有几个细胞膜到膜的距离——这意味着医生可以将放射疗法靶向正确的部位，并限制对周围组织的损害。 此外，锕 225 的半衰期只有不到 10 天，因此当它被放入体内时，它有足够的时间到达正确的细胞，但又不会有太多的时间集中在那里，长时间释放过多的放射性。
洛斯阿拉莫斯中子科学中心 (LANSCE) 同位素生产设施的热室用于将靶装载和卸载到质子束中进行辐照。 来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室友情提供
为了帮助锕不造成伤害（或尽可能少地造成伤害），它需要额外的成分：一些引导它寻找癌细胞而不是健康细胞的东西。 最近，研究人员开发了 FDA 批准的疗法，这些疗法可以定位前列腺癌细胞表面的分子，并将辐射输送到问题区域。
“当它识别出前列腺癌细胞时，它会粘附在上面，”雷克托说。 “它只粘附在这些细胞上。” 现在，正在开发类似的疗法，其中包含锕 225。 国家同位素开发中心前业务运营副主任米奇·费伦说，这种靶向药物可以将该同位素的放射性直接带到应该造成损害的地方——就像“热寻导弹”一样。 它是称为“靶向 α”疗法的一种治疗形式。
大约有十几个临床试验已经进行或目前正在进行，涉及锕 225，尝试治疗的不仅有前列腺癌，还有白血病、实体瘤和癌瘤等疾病。 欧洲委员会联合研究中心的阿尔弗雷德·摩根斯特恩说，早在 2013 年，涉及锕 225 的靶向 α 化合物的初步开发“不仅为前列腺癌提供了一种新的治疗选择，而且还证明了该技术在治疗一般癌症方面的潜力”，他是目前少数几个生产锕 225 的地方之一。
到目前为止的研究似乎很有希望——而且这种希望有着悠久的历史基础。 研究人员在 30 多年前就知道锕 225 可能对癌症治疗有用，最初是 1993 年在Nuclear Medicine Communications上发表了一篇题为“255Ac 作为放射免疫疗法中 α 粒子来源的可行性”的论文。 随后的几十年进行了研究，但直到靶向治疗的化合物合成后，实际开发才真正加速。 看到这一点，美国能源部介入以帮助增加供应以满足未来需求。 摩根斯特恩说：“需求已显着上升，新的生产设施尽快投入运营以缓解供应短缺至关重要。”
目前，德国、俄罗斯和加拿大的实验室生产这种同位素，但地球上大部分锕 225 都从 ORNL 的旧核废料中的钍 229 供应中滴落出来。 随着这种钍老化，它会衰变成镭的同位素，然后自然衰变成锕 225。 奇怪的是，每个人都称之为“挤钍奶牛”。 但这头奶牛的流量很低，而且牛奶不足以满足试验，更不用说未来的治疗了。
这就是为什么美国能源部启动了所谓的“三实验室合作计划”（因为 LANL、ORNL 和布鲁克海文的三方团队），以建造一头更金色的奶牛，以新的方式生产锕 225。
国家同位素开发中心主任凯伦·西克斯说：“他们确实开始研究各种不同的替代途径。” 但有一种方法脱颖而出：用质子射击由钍 232 制成的靶。 这些质子撞击并停留在原位，通过称为散裂的过程产生正确的锕。 三实验室合作计划致力于实现这一目标的特定基础设施和技术，利用现有的粒子加速器来创建射击质子束。 它奏效了，第一批于 2018 年加工完成。 2022 年，三实验室研究人员能够生产出比 2018 年多六倍的产量，但这可能仍然只是医疗行业最终可能要求的产量的一小部分。 在 LANL，致力于生产锕 225 等同位素的新设施的早期工作已经开始。 雷克托说：“这将使我们能够大幅扩大我们的生产规模。”
他宣称：“我们现在正在做的就是现代炼金术。” 这有点夸大其词，但他并没有错：炼金术的基本思想是获取一种丰富且廉价的元素，并将其嬗变成另一种更稀有且更有价值的东西。 在过去，这意味着使用通常被称为哲人石的东西将铅转化为黄金的伪科学努力，哲人石据称在其岩石中蕴藏着宇宙的力量。
今天，这听起来很傻。 但是，雷克托说，“我们实际上认为他们是对的。 我们可以进行这些转变。 他们只是用错了魔法石。” 现代魔法石是粒子加速器，它使用快速质子改变原子的身份。 雷克托说：“我们正在利用宇宙的力量，将一种元素转变成另一种元素。”
然而，与钍牛生产的版本相比，使用这种三实验室方法制成的锕 225 确实有一个潜在的缺点：它与锕 227（多出两个中子）混合在一起，而锕 227 无法轻易地从所需的同位素中分离出来。 摩根斯特恩说：“散裂过程的优点是，靶材料钍 232 储量丰富，并且理论上可以更容易地增加产量。” “然而，该过程需要昂贵的大型加速器。 并且产品锕 225 被长寿命的锕 227 污染，这会导致处理和废物处置问题。”
了解这种杂质是否以及如何影响供应可能需要不同的试验。 但这也在进行中：美国食品药品监督管理局 (FDA) 在 2020 年接受了一份“药品主文件”，其中描述了基于加速器的锕的设施和生产过程。
当研究人员或制药公司想要锕 225 用于其药物时，他们的订单可能会通过国家同位素开发中心，该中心是美国能源部的商业部门。
一些客户，例如锕 225 购买者，来自医疗行业，但其他同位素用于原子钟、航天器、计算机以及石油和天然气仪器。 该中心并非与私营部门竞争，而仅销售商业行业生产不足或存在生产问题需要填补空白的同位素。 雷克托说：“在过去几年中，一项重要的努力当然是减少我们对外国供应的依赖，特别是对俄罗斯和乌克兰的依赖，” “并确保我们需要的对半导体制造或量子计算等行业至关重要的同位素是我们美国国内可以获得的。” 雷克托确保在需要时准备好适量且合适的同位素，这是古代炼金术士无法做到的。