Les radio-isotopes essentiels aux diagnostics modernes, comme le molybdène 99, ne sont produits que dans quelques réacteurs nucléaires de recherche dans le monde. Les cibles d’uranium plates et minces jouent un rôle clé dans le processus de production de molybdène. Le brevet européen, qui vient d’être accordé aux scientifiques du Centre national de recherche nucléaire de Świerk, permet d’optimiser cette production grâce à des cibles réalisées par impression spatiale.
Sans diagnostic précis, il est difficile de parler de traitement efficace des patients, en particulier dans le cas du cancer. Aujourd’hui, jusqu’à 80 % des procédures de diagnostic utilisant des produits radiopharmaceutiques nécessitent l’utilisation de molybdène-99. À l’avenir, l’efficacité de production de ce précieux radio-isotope pourra être augmentée, entre autres grâce à des cibles d’uranium préparées par impression spatiale. Le brevet européen pour une telle solution vient d’atterrir entre les mains des scientifiques du Centre national de recherche nucléaire (NCBJ) de Świerk, en Pologne.
« La demande mondiale de molybdène-99 est énorme. C’est un radio-isotope qui est généralement produit dans les réacteurs nucléaires de recherche, c’est-à-dire dans des appareils à capacité de production limitée. C’est pourquoi il est si important d’améliorer constamment les méthodes de sa production », déclare co-inventeur du brevet, le professeur Paweł Sobkowicz (NCBJ) et souligne que la demande de brevet a été soutenue financièrement par la Fondation pour la science polonaise et que le projet lui-même a été réalisé par le centre d’excellence NOMATEN MAB du NCBJ.
Les techniques modernes d’imagerie de la structure et des fonctions du corps humain dépendent largement des radiopharmaceutiques, c’est-à-dire des substances actives contenant des isotopes radioactifs sélectionnés de manière appropriée. Une fois le radiopharmaceutique introduit dans le corps du patient, ses débits ou sites d’accumulation peuvent être surveillés en enregistrant les photons émis par les noyaux du radio-isotope en décomposition.
Le technétium-99m métastable est l’un des radio-isotopes les plus importants en médecine. Les photons qu’il émet n’endommagent pas les tissus et sont enregistrés par les détecteurs des équipements de diagnostic sans grande difficulté. De plus, la demi-vie de ce radio-isotope n’est que de six heures, ce qui signifie qu’il disparaît du corps du patient peu de temps après le test.
La courte demi-vie du technétium-99m métastable est un avantage du point de vue du sujet. C’est un défi pour les diagnostiqueurs car cela impose une limitation radicale du temps qui peut s’écouler entre la production du radio-isotope et la procédure de diagnostic. La solution au problème est connue depuis des années : ce n’est pas le technétium qui se retrouve dans les hôpitaux, mais le molybdène 99 qui s’y désintègre. La demi-vie du molybdène 99 est de 67 heures. C’est le temps qui assure la possibilité d’un transport pacifique du radio-isotope du lieu de production à l’hôpital.
« Le molybdène-99 est le plus souvent produit en irradiant de petites cibles contenant de l’uranium-235 faiblement enrichi avec des neutrons », explique MSc. Ing. Maciej Lipka, l’un des co-auteurs du brevet. « Les neutrons des réacteurs ont une capacité limitée à pénétrer le matériau cible. Pour s’assurer qu’autant de noyaux d’uranium 235 que possible sont convertis en molybdène 99, les cibles sont généralement préparées sous forme de plaques minces à partir d’une dispersion d’uranium ou de son oxyde ou siliciure dans aluminium. Le procédé de fabrication des tuiles laisse peu de place à l’optimisation. C’est pourquoi nous avons proposé une manière différente de préparer les cibles d’uranium : l’impression spatiale par frittage de poudre laser.
Le frittage laser de poudres métalliques est un type d’impression 3D basé sur l’utilisation d’un laser de puissance appropriée pour faire fondre sélectivement une fine couche de poudre, préalablement répartie uniformément à l’intérieur du conteneur sur la plate-forme de travail. Une fois la première couche fixée, la plate-forme est légèrement abaissée, la couche suivante de poudre est appliquée et l’ensemble du cycle peut être répété autant de fois que nécessaire.
Les techniques d’impression 3D sont connues depuis longtemps, mais jusqu’à présent, elles n’ont pas été utilisées pour produire des cibles d’uranium pour l’irradiation neutronique dans les réacteurs. Cependant, nous pensons que cette façon de produire des objectifs peut avoir un certain nombre d’avantages. »
Prof. Paweł Sobkowicz, NCBJ
Dans une cible exposée à des neutrons, se produisent des réactions nucléaires dont le sous-produit est la chaleur. L’utilisation de l’impression 3D vous permet d’optimiser la forme des cibles afin que la chaleur soit plus efficacement dissipée dans l’environnement. Les cibles elles-mêmes s’échaufferaient donc moins, ce qui augmenterait leur teneur en uranium 235. En conséquence, plus de molybdène-99 pourrait être produit par exposition.
« Lors du tir de neutrons dans une cible d’uranium, non seulement du molybdène 99 se forme, mais aussi de nombreux autres isotopes. Après retrait du réacteur, chaque cible doit donc être soumise à un traitement chimique approprié, qui sert à isoler le molybdène. Pendant ce temps, avec à l’aide de l’impression spatiale, il est possible de préparer, par exemple, des cibles ajourées avec une très grande surface active, interagissant plus efficacement avec les solvants chimiques », explique Eng. Lipca.
L’aspect le plus prometteur du brevet concerne peut-être le potentiel d’augmentation de l’efficacité de traitement de l’uranium 235 lui-même. Dans chaque cible irradiée, certains des noyaux de cet isotope ne subissent pas de transformations nucléaires. Les formes des cibles imprimées peuvent donc être conçues pour augmenter la quantité d’uranium récupéré. Une fois extrait, il pourrait être utilisé pour construire plus de cibles.
Actuellement, plus de 10 % de la demande mondiale de molybdène 99 est couverte par le réacteur nucléaire de recherche polonais Maria, situé à Świerk près de Varsovie. NCBJ exploite également le POLATOM Radioisotope Center, un producteur de générateurs de technétium et de nombreux produits radiopharmaceutiques. Les produits POLATOM sont exportés dans plus de 70 pays.
