Diminution des déchets radioactifs issus de la fabrication du Mo-99 grâce à un nouveau procédé

Les radioisotopes utilisés en médecine nucléaire sont souvent fabriqués dans des réacteurs de recherche. C’est le cas du Mo-99, le radioisotope le plus fabriqué, utilisé comme matériau de base pour la production de l’isotope Tc-99m. Le Tc-99m intervient par exemple dans le diagnostic tumoral. D'après la TUM, il existe plus de 30 millions d'applications du Tc-99m dans le monde. Ainsi, les modifications apportées dans le processus de production ont rapidement un impact important sur la quantité des déchets radioactifs générés.

«Le technétium 99m est fabriqué en irradiant des plaquettes d’uranium, appelées cibles, avec un flux neutronique de forte intensité disponible presque uniquement dans les réacteurs de recherche», écrivent les chercheurs de la TUM dans leur communiqué de presse. L’uranium 235 produit tout d'abord du Mo-99, qui se désintègre en Tc-99m avec une demi-vie de 66 heures. «Ce dernier, qui possède une demi-vie de six heures, se transforme ensuite en technétium 99, et libère alors le rayonnement gamma requis pour le diagnostic», précisent les chercheurs.

Passage d'une production mondiale à base d’uranium hautement enrichi à une production avec de l’uranium légèrement enrichi.
Seules six grosses installations d’irradiation dans le monde permettent de fabriquer du Mo-99. Le Traité sur la non-prolifération des armes nucléaires prévoyait que l’ensemble de la chaîne de production de Tc-99m passerait à un fonctionnement avec de l’uranium légèrement enrichi. Et ce à la fois pour le combustible nucléaire destiné aux réacteurs et pour les plaquettes d’uranium.

Ce changement a pris plusieurs années et a été fastidieux, la chaîne d'approvisionnement en vue de la fabrication du Mo-99 ayant dû être transformée et requalifiée. Cette transformation sera achevée partout d’ici à fin 2022. L’installation d’irradiation du Mo-99 de la source de neutrons de recherche Heinz Maier-Leibniz (FRM II) de la TUM, actuellement en construction, est elle aussi conçue pour des cibles à base d’uranium légèrement enrichi.

La quantité de déchets radioactifs augmente en raison du passage à l’uranium légèrement enrichi
Tobias Chemnitz, responsable de l’instrumentation sur l’installation d’irradiation médicale MEDAPP à la FRM II, nous explique les conséquences des modifications apportées: «Ce nouveau procédé engendre un problème de taille: plus l’enrichissement des plaquettes en uranium 235 est faible, plus le rendement spécifique en Mo-99 lors de l’irradiation l’est également.» Afin de couvrir le besoin mondial en Tc-99m, il fallait – en fonction de la technique utilisée – irradier et transformer au moins deux fois plus de plaquettes d’uranium qu’auparavant, ce qui aurait généré un volume de déchets proportionnellement plus élevé.

D'après la TUM, les procédés standard de séparation par chimie humide et d’obtention de Mo-99 à partir des plaquettes irradiées génèrent des quantités importantes de déchets moyennement radioactifs aqueux. Le passage au fonctionnement avec de l’uranium légèrement enrichi nécessite davantage de plaquettes, ce qui entraîne une augmentation de la quantité de déchets moyennement radioactifs. D'après la TUM, jusqu’à 15’000 litres de déchets pourraient ainsi être produits chaque année dans le monde.

Remplacer le procédé de séparation par chimie humide
Dans le cadre de son travail de doctorat à la TUM, M. Chemnitz a tenté de résoudre cette problématique. Avec d’autres chercheurs et chercheuses, il a ainsi mis au point un nouveau procédé de séparation destiné à obtenir du Mo-99 à partir de plaquettes irradiées, sans recourir à la chimie aqueuse. D'après lui, une réaction est générée à l’intérieur d’un plasma lors du contact des plaquettes en uranium-molybdène avec du trifluorure d’azote, l’uranium excédentaire pouvant alors être séparé du molybdène en produisant une réaction optique.

Ce nouveau procédé présente une efficacité similaire à celle du procédé par chimie humide, mais contrairement à ce dernier, il ne produit aucun déchet aqueux. La TUM a déposé une demande de brevet. M. Chemnitz est optimiste pour la suite: «même si d'autres travaux de développement sont nécessaires, je suis certain qu’à moyen terme, ce procédé constituera une alternative aux procédés utilisés actuellement.»