Strontium 82

Le strontium-82 (T_1/2 = 25.34j) est le père du rubidium-82 (T_1/2 = 75 s) qui est utilisé depuis des dizaines d’années en tomographie par émission de positron (TEP) pour l’imagerie cardiaque en Amérique du Nord. Il l’est aussi depuis peu en Europe, où plusieurs demandes d’autorisation sont en cours d’instruction. 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.

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 10mn.

De part ces caractéristiques, haute énergie des particules accélérées et haute intensité de ces faisceaux, ARRONAX est particulièrement bien adapté à la production de cet isotope.
Début 2022, seules 6 autres installations dans le monde produisent cet isotope :

• Zevacor aux USA
• BLIP à BNL, USA
• IPF à Los Alamos, USA
• ithembaba Labs en Afrique du Sud
• Triumf au Canada
• l’INR à Troistk, Russie

La production de Sr-82 est effective au sein du GIP ARRONAX depuis 2012. Au 31/12/2021, plus de 400000 patients ont bénéficié d’un examen cardiaque utilisant le Sr-82 produit par le GIP ARRONAX

Production du Sr-82

La production de ⁸²Sr se fait en irradiant, avec des protons de 70 MeV, une cible contenant du rubidium naturel. Cette réaction nucléaire n’est possible que si les protons ont une énergie supérieure à 31,5 MeV.  La probabilité que la réaction ait lieu est caractérisée par la section efficace (exprimée en mb) associée à cette réaction (voir la figure 1). La probabilité maximum d’obtenir cette réaction se situe dans l’intervalle d’énergie des protons entre 70 MeV et 40 MeV. 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 méthode utilise du chlorure de rubidium (RbCl), la seconde 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  IBA 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 de recherche 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, de mettre en place et de écupérer 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 2 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 100 MPa. Les pastilles sont ensuite encapsulées dans une coque en acier soudée par laser. Lors des irradiations, nous utilisons des groupes de 2 cibles qui sont solidarisées dans un barillet (Cf. figure 2).

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

Figure 3: Navette accueillant les cibles. Sur celle du bas, le couvercle retiré pour visualiser la position des cibles.

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 à l’aide d’une seringue on l’introduit dans le container. L’ensemble de ces opérations est réalisé dans une boite à gants placée en atmosphère contrôlée puisque le rubidium, comme tous 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 droite).

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 » de production, celle-ci est envoyée aux différents utilisateurs. La solution finale est placée dans un vial étanche (cf. figure 6 à droite). 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