La médecine nucléaire utilise entre autres le technétium-99m pour le diagnostic des tumeurs. Avec plus de 30 millions d’applications dans le monde chaque année, c’est le radio-isotope le plus utilisé. Le matériau précurseur, le molybdène 99, est principalement produit dans les réacteurs de recherche. Une étude menée à la source de neutrons de recherche Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) de l’Université technique de Munich (TUM) montre désormais des options pour réduire considérablement les déchets radioactifs produits lors de la transformation en un produit médical.
Plus de 85 % de tous les examens diagnostiques de médecine nucléaire utilisent du technétium-99m (Tc-99m). Rien qu’en Allemagne, plus de 3 millions de doses sont déployées chaque année. Couplé à des molécules organiques adaptées, le technétium se diffuse dans tout l’organisme via le sang et s’accumule par exemple dans les tumeurs. Lorsqu’il s’y désintègre, le rayonnement libéré révèle l’emplacement précis de la tumeur.
Le technétium-99m est produit en irradiant des plaques d’uranium, appelées cibles, avec un flux de neutrons élevé qui n’est pratiquement disponible que dans les réacteurs de recherche. Initialement, à partir de l’uranium-235, cela produit du molybdène-99 (Mo-99), qui se désintègre en Tc-99m avec une demi-vie de 66 heures. Avec une demi-vie de six heures, ce dernier se transforme en Tc-99, émettant un rayonnement gamma mesurable.
Plus de déchets d’uranium faiblement enrichi
La volonté politique de remplacer l’uranium hautement enrichi par de l’uranium faiblement enrichi s’applique également aux cibles utilisées dans le domaine médical. C’est pourquoi l’installation d’irradiation au Mo-99 actuellement en construction à FRM II est destinée aux cibles à uranium faiblement enrichi.
« Cependant, cela pose un grave problème : moins les plaques d’uranium sont enrichies en uranium-235, plus le rendement spécifique en Mo-99 lors de l’irradiation est faible », explique le Dr Tobias Chemnitz, instrumentiste à l’installation d’irradiation médicale MEDAPP. à la FRM II.
Pour répondre à la demande mondiale de Tc-99m, au moins deux fois plus de plaques d’uranium doivent être irradiées et traitées, selon la technologie utilisée. Cela produit des volumes de déchets d’autant plus élevés. Chemnitz a abordé ce problème dans sa thèse de doctorat à l’Université technique de Munich.
Un nouveau procédé évite jusqu’à 15 000 litres de déchets radioactifs liquides
Les plaques irradiées finales ne contiennent qu’environ 0,1 % de Mo-99. Pour assurer une pureté suffisante pour les applications médicales, le Mo-99 doit être soigneusement séparé du matériau restant.
Actuellement, deux procédés standard sont utilisés, basés respectivement sur un procédé acide et un procédé alcalin. Dans la variante alcaline, toute la cible est initialement traitée avec de la soude caustique. Dans le processus, le Mo-99 est préférentiellement dissous, tandis que l’uranium est insoluble dans cette solution et reste sous forme solide. Les produits de fission résiduels sont ensuite séparés de la solution aqueuse dans un processus de séparation chimique élaboré.
Étant donné que les cibles hautement enrichies ont été remplacées par des cibles faiblement enrichies, le même rendement en molybdène double les déchets radioactifs aqueux de moyenne activité résultants jusqu’à un volume annuel pouvant atteindre 15 000 litres dans le monde, qui doivent en outre être cimentés pour pouvoir être stockés. , si bien qu’au final des déchets radioactifs d’un volume de 375 000 litres sont produits chaque année.
La solution : se débarrasser de l’eau
Pour atténuer ce problème, Chemnitz et sa collègue Riane Stene ont développé une nouvelle méthode d’extraction du Mo-99 sans recours à la chimie aqueuse.
En collaboration avec le groupe de chimie du fluor de l’Université Philipps de Marburg, les chercheurs ont développé un système dans lequel les plaques d’essai d’uranium-molybdène réagissent avec le trifluorure d’azote dans un plasma. Ces plaques avaient la même teneur en molybdène que celle qui serait plus tard présente dans les cibles irradiées réelles.
Enfin, ils ont séparé l’excès d’uranium du molybdène via une réaction contrôlée par la lumière. La séparation des deux éléments de cette manière est tout aussi efficace que le traitement à l’hydroxyde de sodium effectué dans la première étape de la procédure de retraitement conventionnelle, à l’exception notable qu’elle ne produit aucun déchet aqueux.
Seuls six grands réacteurs de recherche produisent du molybdène-99
« Actuellement, six grandes installations d’irradiation dans le monde produisent du Mo-99. Parmi ces réacteurs de recherche, quatre ont plus de 40 ans, ce qui entraîne des réparations imprévues et des arrêts associés, comme cela s’est déjà produit dans un passé récent. C’est pourquoi nous sommes fiers que le FRM II, avec le réacteur français Jules-Horowitz, sera en mesure de garantir la demande européenne de Mo-99 à l’avenir », déclare Tobias Chemnitz.
TUM a déposé une demande de brevet pour le procédé. Indépendamment du fait que des travaux de développement supplémentaires sont encore nécessaires, Chemnitz est convaincu que cette nouvelle approche fournira une alternative viable aux processus établis à moyen terme.
La recherche est publiée dans Journal de chimie du fluor.
Riane E. Stene et al, Séparation photochimique réductrice des hexafluorures d’uranium et de molybdène, Journal de chimie du fluor (2020). DOI : 10.1016/j.jfluchem.2020.109655