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Le strontium-82 (T1/2 = 25,34j) est le père du rubidium-82 (T1/2 = 75 s) qui est utilisé, depuis maintenant 30 ans, en tomographie par émission de positron (TEP) pour l’imagerie cardiaque en Amérique du Nord. Le rubidium-82 permet de réaliser une mesure du flux sanguin et ainsi de diagnostiquer les insuffisances coronariennes avec une meilleure spécificité que les techniques actuellement utilisées. L’utilisation en Europe devrait intervenir dans un futur proche, les demandes d’autorisation en Europe étant en cours d’instruction.

Le strontium-82 est utilisé pour remplir les générateurs Strontium/Rubidium. Un générateur est un dispositif qui permet d’obtenir le noyau fils par simple élution rendant ainsi cet isotope facilement disponible dans les centres d’imagerie. Du fait de la période radioactive longue du strontium-82, un générateur est utilisable pendant un peu plus d’un mois. La faible période radioactive du rubidium-82 permet de récupérer la dose maximale toutes les 10 minutes.

De par ses caractéristiques, haute énergie des particules accélérées et haute intensité de ses faisceaux, ARRONAX est particulièrement bien adapté à la production de cet isotope.

Seules six autres installations dans le monde produisent cet isotope en 2019 :

La production de strontium-82 est effective au sein du GIP Arronax depuis 2012. Au 31/12/2018, plus de 300000 patients ont bénéficié d’un examen cardiaque utilisant le Strontium-82 produit par le GIP Arronax.

Production du Sr-82

Le 82Sr peut être produit en irradiant avec des protons une cible contenant du rubidium. La probabilité que la réaction ait lieu est caractérisée par sa section efficace (exprimée en mb). Cette réaction nucléaire n’est possible que si les protons ont une énergie supérieure à 31,5 MeV et présente un maximum de probabilité pour des protons d’énergie comprise entre 40 MeV et 70 MeV (voir figure 1 pour une cible de rubidium naturel). Cet intervalle est parfaitement adapté aux caractéristiques du cyclotron Arronax.

Figure 1: Courbe présentant l’évolution de la section efficace de production du Sr-82 grâce à la réaction natRb(p,xn).

Deux méthodes utilisant du rubidium naturel ont été mise en place au sein du GIP Arronax. La première utilise du chlorure de rubidium (RbCl) tandis que la seconde utilise du rubidium métal (Rb). La première est plus facile à mettre en place (le Rb est un alcalin) mais le rendement de production est plus faible (d’environ 40%) et la thermique moins favorable que la seconde ce qui limite l’intensité maximale du faisceau que l’on peut utiliser.  L’irradiation est réalisée en utilisant les stations d’irradiations développées par la société IBA qui ont été installées en bout de ligne faisceaux dans 4 casemates du GIP Arronax. Pour cela, en collaboration avec le service mécanique de Subatech et le groupe Prisma, nous avons développé une navette spécifique (voir figure 3). Elle permet de connecter nos cibles en bout de lignes faisceaux, de se connecter sur le circuit de refroidissement et de mettre en place et récupérer les cibles avant et après irradiation à l’aide d’un système pneumatique. Ce dernier système permet de minimiser l’exposition du personnel.

 

Production à partir de natRbCl

La cible est composée de deux pastilles (4mm d’épaisseur et 22mm de diamètre) de chlorure de rubidium (RbCl).  Chaque pastille est obtenue par compression de 4g de poudre de RbCl (pureté chimique de 99,99%) avec une presse développant une pression de 100MPa. Les pastilles sont ensuite encapsulées dans une coque en acier soudée par laser. Lors des irradiations, nous utilisons des groupes de deux cibles qui sont solidarisées dans un barillet (cf. figure 2).

Figure 2: Principe de production et pastille de RbCl (à droite) avant et après encapsulation.

Figure 3: Navette accueillant les cibles (en haut) et la même, couvercle retiré, pour visualiser la position des cibles (en bas)

Les irradiations avec les cibles de RbCl s’effectuent en mode « double faisceaux » (dual beam) de 100 µA chacun. A l’issue des irradiations, les capsules sont désolidarisées, perforées, mises à tremper dans une solution tampon afin de dissoudre le RbCl. La solution obtenue est filtrée puis passée sur une série de colonnes chromatographiques dont une résine Chelex 100. La figure 4 présente le résultat de l’élution obtenu avec la résine Chelex 100. La solution obtenue après dissolution de la pastille est passée dans la colonne. Le strontium s’accroche sur la colonne tandis que les autres éléments, dont le rubidium, s’écoulent.  Il suffit alors de rincer la colonne avec une solution différente pour récupérer le strontium seul. Un rendement de plus de 93% est obtenu avec ce procédé.

Figure 4: Courbe d’élution obtenue avec la résine Chelex 100.La courbe en rouge correspond au rubidium tandis que la courbe en bleu correspond au strontium.

A l’issue de ces étapes, le produit final subit un contrôle qualité qui permet d’assurer que les teneurs en contaminants stables et radioactifs sont bien inférieures aux valeurs réglementaires autorisées.

Production à partir de natRb

La cible est composée d’un container en acier dans lequel on introduit le rubidium métal. Pour cela on chauffe le métal à 45 °C afin de le rendre liquide puis  on l’introduit dans le container à l’aide d’une seringue. L’ensemble de ces opérations est réalisé dans une boite à gants placée en atmosphère contrôlée puisque le rubidium, comme les alcalins, est réactif avec l’oxygène.

Une navette a été développée afin de pouvoir installer ce container et lui assurer un refroidissement optimum (Cf. figure 5).

Figure 5 : navette Rb métal ouverte avec le container dedans (à gauche), container sur le plan de travail des enceintes blindées (à gauche).

 

Les irradiations s’effectuent en faisceau simple avec des intensités jusqu’à 150 µA.

Une fois l’irradiation terminée, la cible est récupérée pour les opérations de chimie. Nous utilisons un procédé qui a été développé par l’INR de Troitsk en Russie. La cible est chauffée à 300°C afin que le strontium s’adsorbe sur les parois du container. On aspire ensuite le rubidium et il ne reste alors qu’a rincer le container pour récupérer le strontium. On lui applique ensuite les mêmes opérations de chimie de purification que dans le cas des cibles de RbCl.

Transport vers les utilisateurs

A l’issue de chaque « run », la production est envoyée aux différents utilisateurs. La solution finale est placée dans une fiole étanche (cf. figure 6 à gauche). Celui-ci est ensuite placé dans un container en plomb pour réduire l’effet des radiations et permettre la manipulation (cf. figure 6 au centre). Finalement, le container plombé est placé dans un colis de transport (type A) qui a été conçu pour offrir une grande résistance aux chocs (cf. figure 6 à droite).

Figure 6 : De la fiole de produit actif au container de transport

 

Publications :

  • Alliot et al, Applied radiation and isotopes 74(2013)56-60.
  • Sounalet et al, Nuclear Data Sheet 119(2014)261-266