在洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）的一部分，有些人稱之為臺地，一道質子束穿過新墨西哥州地貌中長達一英里的隧道向下射擊。 這些粒子的移動速度如此之快，以至於如果它們不被限制在結構內，它們可以在一秒鐘內繞地球 2.5 圈。
實驗室的五個不同設施從這束光束中“啜飲”，提取它們進行各種實驗所需的質子。 其中一個名為同位素生產設施，它將質子撞擊固定靶。 質子將自身嵌入靶原子的內部，將其嬗變成新的元素。
同位素生產設施目前正積極（雙關語）為醫療行業努力：生產一種名為錒225的物質，這是一種具有 89 個質子和 136 箇中子的同位素。 同位素是同種元素的不同形式，它們具有相同數量的質子但不同數量的中子；最常見的錒同位素是 227，比 225 多兩個中子。 當同位素具有放射性時，它們的原子核是不穩定的，具有不穩定的質子和中子組合，並且它們透過發射α、β或γ射線來消除多餘的能量。 錒225 的特殊放射性可能在對抗前列腺癌方面非常有效，並且正在進行對其對抗其他惡性腫瘤的有效性的研究。 儘管存在許多放射性同位素，但錒 225 的發射強度足以破壞癌細胞，而不會對健康細胞造成太大損害。 並且這種同位素在恰到好處的時間內消散，完成其工作然後衰變消失。
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多年來，科學家們一直透過等待釷（元素 90，比錒多一個質子）衰變來生產這種錒。 但這種方法速度慢，而且一次產量不多。 如果目前正在臨床試驗中的使用錒 225 的癌症療法獲得美國食品和藥物管理局的批准，那麼舊方法可能無法滿足需求。
為了預測錒生產可能需要躍升到一個新的能量水平，能源部於 2015 年建立了一個專案，以開發新的、更大批次的生產方法——將 LANL、田納西州的橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 和紐約州布魯克海文國家實驗室聯合起來共同努力。 從那時起，實驗室一直在穩步開展該專案，希望在醫療行業準備就緒時做好準備。
當錒 225 衰變時，它以α 粒子（兩個質子和兩個中子結合在一起）的形式發射輻射。 LANL 的專案主管兼實驗室能源部同位素計劃聯絡人柯克·雷克託稱這些粒子為“破壞球”。 它們產生的能量足以像光劍劈開兩根正在玩跳雙繩遊戲的跳繩一樣，破壞 DNA 鏈。
但是 α 粒子很重（至少對於粒子而言），因此它們不會傳播很遠——只有幾個細胞膜到膜的距離——這意味著醫生可以將放射療法靶向正確的部位，並限制對周圍組織的損害。 此外，錒 225 的半衰期只有不到 10 天，因此當它被放入體內時，它有足夠的時間到達正確的細胞，但又不會有太多的時間集中在那裡，長時間釋放過多的放射性。
洛斯阿拉莫斯中子科學中心 (LANSCE) 同位素生產設施的熱室用於將靶裝載和解除安裝到質子束中進行輻照。 來源：洛斯阿拉莫斯國家實驗室友情提供
為了幫助錒不造成傷害（或儘可能少地造成傷害），它需要額外的成分：一些引導它尋找癌細胞而不是健康細胞的東西。 最近，研究人員開發了 FDA 批准的療法，這些療法可以定位前列腺癌細胞表面的分子，並將輻射輸送到問題區域。
“當它識別出前列腺癌細胞時，它會粘附在上面，”雷克託說。 “它只粘附在這些細胞上。” 現在，正在開發類似的療法，其中包含錒 225。 國家同位素開發中心前業務運營副主任米奇·費倫說，這種靶向藥物可以將該同位素的放射性直接帶到應該造成損害的地方——就像“熱尋導彈”一樣。 它是稱為“靶向 α”療法的一種治療形式。
大約有十幾個臨床試驗已經進行或目前正在進行，涉及錒 225，嘗試治療的不僅有前列腺癌，還有白血病、實體瘤和癌瘤等疾病。 歐洲委員會聯合研究中心的阿爾弗雷德·摩根斯特恩說，早在 2013 年，涉及錒 225 的靶向 α 化合物的初步開發“不僅為前列腺癌提供了一種新的治療選擇，而且還證明了該技術在治療一般癌症方面的潛力”，他是目前少數幾個生產錒 225 的地方之一。
到目前為止的研究似乎很有希望——而且這種希望有著悠久的歷史基礎。 研究人員在 30 多年前就知道錒 225 可能對癌症治療有用，最初是 1993 年在Nuclear Medicine Communications上發表了一篇題為“255Ac 作為放射免疫療法中 α 粒子來源的可行性”的論文。 隨後的幾十年進行了研究，但直到靶向治療的化合物合成後，實際開發才真正加速。 看到這一點，美國能源部介入以幫助增加供應以滿足未來需求。 摩根斯特恩說：“需求已顯著上升，新的生產設施儘快投入運營以緩解供應短缺至關重要。”
目前，德國、俄羅斯和加拿大的實驗室生產這種同位素，但地球上大部分錒 225 都從 ORNL 的舊核廢料中的釷 229 供應中滴落出來。 隨著這種釷老化，它會衰變成鐳的同位素，然後自然衰變成錒 225。 奇怪的是，每個人都稱之為“擠釷奶牛”。 但這頭奶牛的流量很低，而且牛奶不足以滿足試驗，更不用說未來的治療了。
這就是為什麼美國能源部啟動了所謂的“三實驗室合作計劃”（因為 LANL、ORNL 和布魯克海文的三方團隊），以建造一頭更金色的奶牛，以新的方式生產錒 225。
國家同位素開發中心主任凱倫·西克斯說：“他們確實開始研究各種不同的替代途徑。” 但有一種方法脫穎而出：用質子射擊由釷 232 製成的靶。 這些質子撞擊並停留在原位，透過稱為散裂的過程產生正確的錒。 三實驗室合作計劃致力於實現這一目標的特定基礎設施和技術，利用現有的粒子加速器來建立射擊質子束。 它奏效了，第一批於 2018 年加工完成。 2022 年，三實驗室研究人員能夠生產出比 2018 年多六倍的產量，但這可能仍然只是醫療行業最終可能要求的產量的一小部分。 在 LANL，致力於生產錒 225 等同位素的新設施的早期工作已經開始。 雷克託說：“這將使我們能夠大幅擴大我們的生產規模。”
他宣稱：“我們現在正在做的就是現代鍊金術。” 這有點誇大其詞，但他並沒有錯：鍊金術的基本思想是獲取一種豐富且廉價的元素，並將其嬗變成另一種更稀有且更有價值的東西。 在過去，這意味著使用通常被稱為哲人石的東西將鉛轉化為黃金的偽科學努力，哲人石據稱在其岩石中蘊藏著宇宙的力量。
今天，這聽起來很傻。 但是，雷克託說，“我們實際上認為他們是對的。 我們可以進行這些轉變。 他們只是用錯了魔法石。” 現代魔法石是粒子加速器，它使用快速質子改變原子的身份。 雷克託說：“我們正在利用宇宙的力量，將一種元素轉變成另一種元素。”
然而，與釷牛生產的版本相比，使用這種三實驗室方法制成的錒 225 確實有一個潛在的缺點：它與錒 227（多出兩個中子）混合在一起，而錒 227 無法輕易地從所需的同位素中分離出來。 摩根斯特恩說：“散裂過程的優點是，靶材料釷 232 儲量豐富，並且理論上可以更容易地增加產量。” “然而，該過程需要昂貴的大型加速器。 並且產品錒 225 被長壽命的錒 227 汙染，這會導致處理和廢物處置問題。”
瞭解這種雜質是否以及如何影響供應可能需要不同的試驗。 但這也在進行中：美國食品藥品監督管理局 (FDA) 在 2020 年接受了一份“藥品主檔案”，其中描述了基於加速器的錒的設施和生產過程。
當研究人員或製藥公司想要錒 225 用於其藥物時，他們的訂單可能會透過國家同位素開發中心，該中心是美國能源部的商業部門。
一些客戶，例如錒 225 購買者，來自醫療行業，但其他同位素用於原子鐘、航天器、計算機以及石油和天然氣儀器。 該中心並非與私營部門競爭，而僅銷售商業行業生產不足或存在生產問題需要填補空白的同位素。 雷克託說：“在過去幾年中，一項重要的努力當然是減少我們對外國供應的依賴，特別是對俄羅斯和烏克蘭的依賴，” “並確保我們需要的對半導體制造或量子計算等行業至關重要的同位素是我們美國國內可以獲得的。” 雷克託確保在需要時準備好適量且合適的同位素，這是古代鍊金術士無法做到的。