Brevet FR2068656A1 — publié le 19710827

- 70 41956 1 2068656 ' La présente invention concerne un' nouveau procédé de production d'yttrium-90 radioactif. Selon un de ses aspects, l'invention concerne un nouveau procédé de production d'yttrium-90 radioactif, en de forts rendements. Elle se propose de produire, 5 au moyen de ce procédé, de l'yttrium-90 radioactif à un haut degré de pureté, au moyen d'un générateur miniaturisé ; l'isotope de filiation peut être isolé de façon répétée du générateur miniaturisé, avec peu ou pas d'entraînement de strontium-90. L'yttrium-90, nucléide de filiation du strontium-90, 10 est un isotope connu qui a été étudié principalement pour le rendement de fission, la retombée radioactive et le traitement de combustibles nucléaires. En raison de sa période radioactive relativement courte, de 2,5 jours, l'isotope convient également de façon idéale pour des études biologiques, notamment pour l'étude de 15 l'absorption par les plantes et les animaux et pour examiner la structure interne de plantes. La courte période de radioactivité de l'yttrium-90 lui confère également de l'intérêt aux fins de l'enseignement. Par exemple, des étudiants peuvent mesurer les propriétés nucléaires dans une période limitée de cours, en utilisant 20 un générateur d'yttrium-90 de faible activité, sans blindage, comme décrit ci-après. L'yttrium-90 peut aussi être destiné à diverses autres applications dans lesquelles une courte période de radioactivité est désirée. La littérature mentionne de nombreux procédés de sépa-25 ration entre l'yttrium-90 et le strontium-90, procédés qui utilisent un substrat d'échange ionique contenant le premier terme isotopique de filiation. Par exemple, M. Honda et Collaborateurs ("Japan Analyst", 4 240,1955) décrivent une colonne contenant une résine "Dowex" 50W-X8 en particules d'environ 80 microns, sur la-30 quelle des produits de fission se déposent ("Dowex" 50W-X8 est la marque de fabrique d'une résine d'échange cationique de la firme Dow Chemical Company , formée de polystyrène réticulé avec du divinylbenzène et contenant des groupes sulfonate). La colonne mesure 100 cm de longueur et 0,45 cm de diamètre. L'yttrium-90 35 est obtenu par élution de la colonne avec de l'acétate d'ammonium - 0,5N et de l'acide éthylènediaminetétracétique (EDTA) 0,01M (pH 4,5-7,0). Le strontium-90 est obtenu lorsque la colonne est 70 41956 2 . 2068656 'i ' t ■ . éluée avec de l'EDTA 0,01M, pH 8,0). P. Macasek et Collaborateurs ("Chemicke Zvest" 1965) décrivent un systeme analogue utilisant une- colonne d'échange ionique contenant la résine "Dowex" 50-X-2 en particules de 5 62 à 74 microns, la colonne mesure 0,67 cm de diamètre et 30 cm de longueur. En utilisant l'EDTA 0,01M k un pH de 4 à 4,5, on sé-. pare l'yttrium-90 du strontium-90 à un degré de pureté de 99,99 Toutefois, antérieurement à la 'présente invention, il n'était habituellement pas possible, dans un générateur miniatu-10 risé, d'obtenir de l'yttrium-90 de façon répétée à partir du même générateur, à un aussi haut degré de pureté'et en de forts rendements. Dans la plupart des cas, une assez grande quantité de strontium-90 qui est le terme initial de filiation, coexiste avec l'yttrium-90 après des élutions répétées. Un autre inconvénient 15 réside dans le fait que l'élution effectuée par les techniques antérieures n'est pas rapide et requiert de grands volumes d'é-luant. En outre, lorsqu'on tente de miniaturiser les grandes colonnes, il en résulte une plus grande interférence du terme isotopique initial. 20 l'invention concerne par conséquent un procédé de production d'yttrium-90 radioactif dans un générateur miniaturisé, à un haut degré de pureté et par un procédé extrêmement reproductible et de très grande simplicité. L'yttrium-90 radioactif est obtenu en un fort rendement. Son degré de pureté est élevé, 25 même après des élutions répétées sur le même générateur. Le procédé de l'invention permet d'obtenir également une solution contenant de l'yttrium-90 radioactif. Diverses autres caractéristiques de l'invention res-sortiront de la description détaillée qui va suivre. 30 Le terme "générateur" utilisé dans le présent mémoire dési gne un système contenant une famille de ràdisisotopes dont le terme initial subit une décroissance jusqu'à un isotope stable en passant par un descendant. Ce dernier est un élément qui diffère du terme initial et, par conséquent, on peut l'en séparer par 35 élution (extraction). L'expression "générateur miniaturisé" désigne un générateur dont la longueur totale est inférieure à environ 7,62 cm 70 41956 3 2068656 et qui ne contient pas plus que la quantité de radioisotope fixée par le Commissariat à 1'-Energie Atomique des Etats-Unis d'Amérique dans la partie 31, titre 10 du "Code of Fédéral Régulations". Un générateur miniaturisé est produit par la firme 5 Union Carbide Corporation et vendu sous le nom de "Minigenerator". La Demanderesse vient de découvrir que lesbuts mentionnés ci-dessus peuvent être atteints au moyen d'un procédé de préparation d'yttrium-90 à l'aide d'un générateur miniaturisé, procédé qui consiste (a) à faire entrer en contact avec un substrat conte-10 nant une résine d'échange cationique fortement acide, du strontium-90 radioactif contenu dans une solution aqueuse d'au moins l'un des représentants du groupe comprenant l'oxalate de sodium, l'oxalate d'ammonium et l'acide éthylènediaminetétracétique, et (b) à extraire sélectivement l'yttrium-90 radioactif du substrat 15 avec la solution aqueuse. L'yttrium-90 radioactif préparé au moyen du procédé de l'invention s'obtient avec un haut degré de pureté et en des rendements relativement forts. En outre, une particularité remarquable de la présente invention réside dans le fait qu'un générateur minia-2 0 turisé est utilisé et que l'éluat contient peu ou pas de strontium» 90. Au contraire, les essais de miniaturisation de colonnes décrits dans la technique antérieure ont abouti à un entraînement sensible de strontium-90. Comme on l'a indiqué dans ce qui précède, le stontium-25 90 est porté par un substrat duquel l'yttrium-90 est séparé par élution. Le strontium-90 est chargé sur le substrat par mise en contact de ce dernier avec une solution aqueuse contenant le radioisotope et l'un ou l'autre des oxalates mentionnés ci-dessus ou l'acide éthylènediaminetétracétique. En pratique, on a observé 30 que la pureté optimale et des rendements élevés s'obtiennent lorsque la solution utilisée pour 1'élution est une solution aqueuse d'oxalate de sodium, d'oxalate d'ammonium, d'acide éthylènediaminetétracétique ou de leurs mélanges. En outre, on a trouvé que le pH et la concentration molaire doivent se situer 35 dans des gammes typiques, pour donner les meilleurs résultats. Lorsqu'on utilise l'oxalate de sodium ou d'ammonium, la concentration molaire dans l'eau doit être située dans la gamme d'environ 70 41956 4 2068656 0,001 à environ 0,07 et le pH doit être situé dans la gamme d'environ 7 à 12,5. Lorsqu'on utilise l'acide éthylènediaminetétracétique, la concentration molaire va d'environ 0,01 à environ 0,0003 et le pH se situe dans la gamme d'environ 3,5 à environ 5,5. 5 Le strontium-90 est fixé par adsorption sur une résine d'échange cationique fortement acide contenue sur un substrat. Bien qu'on puisse utiliser une grande variété de résines, le choix de la résine particulière est largement déterminé par la disponibilité, le prix et d'autres considérations. Toutefois, en pra-10 tique, on préfère que la résine soit un polystyrène réticulé avec du divinylbenzène et contenant des groupes acides, par exemple carboxyle, sulfonate, etc. Le substrat particulier que l'on utilise n'est pas né- . cessairement déterminant, et on peut recourir à une grande variété 15 de compositions, la seule condition étant que la résine d'échange ionique soit retenue sur le substrat et soit inerte vis-à-vis de la solution utilisée pour 1'élution. Des matières typiques comprennent la cellulose, le "Nylon", les mousses de polyuréthanne, etc. 20 Le strontium-90 est fixé par absorption sur le substrat au moyen d'une ou plusieurs techniques. Par exemple, le strontium-90 et la résine peuvent être dissous dans la solution d-'élution, puis mis en contact avec le substrat soit en versant la solution sur ce dernier, soit en faisant tremper le substrat dans 25 la solution. A titre de variante, la résine peut être appliquée tout d'abord au substrat et la solution peut entrer ensuite en contact avec lui. L'yttrium-90 est ensuite extrait sélectivement du substrat en utilisant une solution d'une ou plusieurs des compositions que l'on utilise pour charger la résine. 30 Le strontium-90 est un radioisotope disponible dans le commerce que l'on obtient comme produit de fission de l'uranium. L'irradiation de la cible d'uranium est une technique bien connue et peut être effectuée en plaçant de l'uranium dans la zone d'irradiation d'un réacteur nucléaire, d'un générateur de particules 35 ou d'une source isotopique de neutrons. La purification du stron-tium-90 avant son utilisation dans le procédé de l'invention peut aussi être effectuée par des procédés chimiques connus. 70 41956 5 2068656 Gomme indiqué précédemment, le procédé de l'invention convient pour la production d'yttrium-90 à des fins d'enseignement, par exemple pour l'étude de l'absorption de l'eau et de substances minérales par des plantes. 5 Une fonction principale des feuilles d'une plante est de transformer des substances minérales en substances organiques par le processus de photosynthèse . Les fonctions des tiges des plantes comprennent l'emmagasinage de substances nutritives, le développement des feuilles et des fleurs et le transport d'eau et de 10 substances dissoutes entre les racines et les feuilles. L'eau est indispensable aux divers processus vitaux de la plante. Ce qui pourrait être un problème complexe de détermination des parties où la plante distribue et exploite l'eau et les substances minérales absorbées par les racines devient relativement 15 simple lorsqu'on utilise des radioisotopes tels que l'yttrium-90 comme indicateurs ou traceurs. Dans cette étude expérimentale, on ajoute une petite quantité d'un radioisotope à l'eau devant être absorbée par la plante et cette quantité est distribuée avec l'eau. Les radiations émises par le radioisotope révèlent la distribution 20 et la fixation du traceur et peuvent être détectées et enregistrées par des procédés connus. En pratique, l'étude de l'absorption par une plante peut être entreprise d'une façon pratique en plaçant les racines de la plante dans la solution d'yttrium-90 radioactif et en ajoutant 25 la quantité d'eau juste suffisante pour recouvrir les racines. Une dilution excessive de la solution radioactive peut compromettre les résultats corrects de la recherche. La préparation est convenablement placée sur un support, où. la plante trouve les conditions qui conviennent à son développement pendant une période d'environ 30 48 heures. Lorsque la plante est retirée de la solution, les racines sont.rincées correctement à l'eau courante et la plante est divisée en racines, tiges, feuilles et fleurs (s'il en existe). Chaque partie est disposée sur du papier et l'activité est enregistrée. On peut préparer des auto-radiogrammes des parties de 35 la plante par des techniques connues. L'invention est illustrée par les exemples suivants : 70 41956 2068656 Exemple 1 On prépare un générateur et on élue de .l'yttrium^90 avec une solution aqueuse d'acide éthylènediaminetétracétique conformément au mode opératoire suivant : 5 On prépare du papier d'échange cationique en imprégnant du papier cellulosique "Whatman" avec une résine d'échange cationique du type "Amberlite" IR-120 sous la forme îfa+. Cette résine "Amberlite" est une résine d'échange cationique fortement acide vendue par la firme Rohm and Haas et formée d'un polystyrène réti-10 culé avec du divinylbenzène et contenant des groupes sulfonate. Des papiers chargés de résine d'échange ionique sont fabriqués par incorporation d'une résine d'échange ionique micro-pulvérisée dans une pâte d'alpha-cellulose. Le papier résultant contient environ 50 en poids de résine et a une capacité calculée d'environ 15 2 milliéquivalents par gramme. On prépare une solution 0,003M d'éluant en dissolvant 1 g de sel disodique de l'acide éthylènediaminetétracétique $ans 1 litre d'eau. A cette concentration,'le pH est égal à 4,6. On découpe des disques de papier d'échange ionique en uti-20 lisant un perce-bouchon de 1,2 cm de diamètre. On place un tampon de fibres de verre "Millipore" sur le disque perforé d'une garniture de "Minigenerator" (marque déposée du générateur miniaturisé de la firme Union Carbide Corporation) et on place 4 disques de papier d'échange ionique sur le tampon. On transfère une solution 25 contenant 0,25 ml d'acide éthylènediaminetétracétique 0,003M à un pH égal à 4,6 et 100 A, de ^Sr sur les disques de papier d'échange ionique et on essore sous vide. On monte le "Minigenerator" et on procède à 1'élution en utilisant une pissette en matière plastique. 30 Dans une variante, on fait tremper des disques de papier d'échange ionique pendant environ 16 heures dans une solution d'acide éthylènediaminetétracétique 0,003M à un pH égaûL à 4,6 contenant du ^Sr . On retire ensuite les disques et on les fait sécher à l'air, puis on les place sur un tampon de "Millipore" comme décrit 35 ci-dessus, puis on monte le "Minigenerator". On détermine l'effet du pH sur l'adsorption des radio-isotopes sur le papier d'échange ionique en plaçant 4 disques de 70 41956 7 2068656 papier dans des fioles et en ajoutant 100 X de strontium-90 et 10 ml d'acide éthylènediaminetétracétique 0,003M. On ajuste le pH avec de l'acide chlorhydrique 0,111 ou de l'hydroxyde de sodium 0,1N. On laisse 1'adsorption se produire pendant 24 heures. On 5 analyse ensuite des échantillons de la liqueur surnageante. Le 90 tableau I suivant montre que le Sr est adsorbe sur le papier d'échange ionique à un pH égal ou inférieur à 5,5. Aucune adsorption n'a lieu à un pH égal à 7. Au contraire, l'yttrium-90 est complètement adsorbé à un pH s'abaissant à 1,5. A un pH élevé 10 de 4,6 à 7,0, aucune adsorption ne se produit. On fait essentiellement la même observation pour la résine "Dowex" (Tableau II). TABLEAU I Effet du pH sur 1'adsorption de 9°Sr/9°Y 15 90 90 pH Adsorption de Sr Adsorption de Y (*) M 1.5 100 100 3,2 100 40 3,7 100 21 4.6 100 O ' 20 5,5 100 . 7,0 On détermine l'effet de la concentration en acide éthylènediaminetétracétique de la façon suivante : 25 On introduit dans chacune de 3 fioles, 4 disques de papier d'échange ionique et 100 X de ^Sr/^Y. Ensuite, on ajoute 10 ml d'acide éthylènediaminetétracétique 0,003M, 0,03M et 0,15M, respectivement, dans chacune des fioles à un pH égal à 4,6. Après 24 heures d'adsorption, on effectue la recherche de 30 ^Sr/^Y dans des échantillons de liqueur surnageante. Le tableau II suivant montre que l'adsorption de^Sr et 9 70 41956 8 2068656 TABLEAU II Effet de la concentration en acide éthylènediaminetétracétique à un pH égal à 4.6 sur 1'adsorption de 9°Sr/9^Y 90 90 Concentration Adsorption de Sr Adsorption de Y en EDTA (M) . ($) {±) __ 0,003 100 ^.1 0,03 100 0,15 100 On mesure la capacité d'adsorption du strontium sur 10 le papier échangeur, de la façon suivante : On place sur un disque de papier d'échange ionique (15,5 mg) de 1,2 cm, 0,1 ml d'une solution 1 ,5M de nitrate de strontium et 0,3 ml de solution 0,003M d'acide éthylènediaminetétracétique à un pH égal à 4,6. Après repos pendant environ. 16 heures en 15 vue de 1'adsorption, on filtre la solution et on lave le disque avec de l'eau. On ajoute au filtrat et à l'eau de lavage de l'acide sulfurique dilué et on lave le précipité de sulfate de strontium avec de l'eau puis on le sèche à 100°C sous vide. Sur la hase de la concentration initiale en nitrate de strontium (excès) et du 20 poids de sulfate de strontium, la capacité du papier d'échange ionique est de 1 ,6 milliéquivalent de strontium par gramme. On remarque la même capacité pour la résine "Dowex 50". Les caractéristiques d'élution et la stabilité du générateur contenant le papier d'échange ionique sont déterminées 25 de la façon suivante : On place 4 disques de papier d'échange ionique sur un tampon de "Millipore" pour "Minigenerator" et on ajoute goutte 90 à goutte une solution contenant 100 \ de Sr et 0,25 ml d'acide éthylènediaminetétracétique 0,003M à un pH égal à 4,6. On monte 30 le "Minigenerator" et en raison des excellentes caractéristiques dfélution que l'on obtient après plusieurs élutions préparatoires, on effectue simultanément l'étude des caractéristiques d'élution et de stabilité. Le tableau III montre que d'excellentes caractéristiques d'élution et une excellente stabilité persistent après pas-35 sage de 2 000 ml d'éluant et 420 litres d'air. 70 41956 9 2068656 IABLBÂU III Caractéristiques dfélution et stabilité du "Minigenerator" contenant du papier d'échange ionique" 90 Volume d'éluant Taux de récupération Entraînement de Sr (ml) de 90y ($) 5 w 500 76,0 1000 75,3 1500 76,4 2000 ' 80,0 0,2 10 420 litres d'air 83,2 Exemple 2 On prépare de la façon suivante un générateur miniaturisé sous la forme d'une colonne: 15 On fait passer de la résine "Dowex 50W" à la forme Na+ avec de l'hydroxyde de sodium et on la-lave avec de l'eau. On transfère dans une colonne chromâtographique contenant un tampon de laine de verre à une extrémité, 0,3 ml de résine formant une couche de résine de 0,6 cm x 1 cm. On fait passer à travers la colonne 20 100 X de ^Sr dans 1 ml de solution d'EDTA 0,003M à un pH égal à 4,6. Ensuite, on élue l'yttrium-90 avec 2 ml de solution d'EDTA 0,003M (pH 4,8) après avoir laissé croître sa concentration, le taux de récupération de 9 90 m radio-nucléide de la solution de Y est supérieureà 99,9 7°' On 90 25 ne décèle aucun entraînement important de Sr après lavage des colonnes avec 2 litres de l'éluant. Exemple 3 En procédant comme décrit dans les exemples 1 et 2 ci-dessus, on remplace la solution de charge et d'élution d'acide 30 éthylènediaminetétracétique par une solution à 0,3 ^ d'oxalate de sodium ou à 0,3 % d'oxalate d'ammonium dans une gamme de pH de 7 à 12,5, et le taux de récupération de l'yttrium-90 est supérieur à 80 io, pour une pureté en radio-nucléide supérieure à 90 99,9 On ne décèle aucun entraînement important de Sr après 35 des élutions répétées. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 70 41956 2068656 REVENDICATIONS 1. Procédé à plusieurs étapes de production d'yttrium-90 radioactif à un haut degré de pureté, à partir d'un générateur miniaturisé, caractérisé par le fait qu'il consiste à faire entrer 5 en contact avec un substrat contenant une résine d'échange cationique fortement acide, du strontium-90 radioactif contenu dans une solution aqueuse d'au moins un représentant du groupe comprenant l'oxalate de sodium, l'oxalate d'ammonium et l'acide éthylènediaminetétracétique et à extraire sélectivement l'yttrium-90 radioactif 10 de ce substrat avec cette solution aqueuse. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la résine d'échange cationique est formée de polystyrène réticulé avec du divinylbenzène et contenant des groupes sulfo-nate. 15 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le substrat est sous la forme d'un disque ou sous la forme de particules.k 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le strontium-90 est contenu dans une solution aqueuse 20 d'acide éthylènediaminetétracétique, à un pH d'environ 3,5 à environ 5,5, la concentration de la solution étant d'environ 0,01 à environ 0,0003M. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le strontium-90 est contenu dans une solution aqueuse 25 d'oxalate de sodium à un pH d'environ 7 à environ 12,5, la concentration de la solution étant d'environ 0,001 à environ 0,007M. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le strontium-90 est contenu dans une solution aqueuse d'oxalate d'ammonium à un pH d'environ 7 à environ 12,5, la concen- 30 tration de la solution étant d'environ 0,001 à environ 0,07M. 7. Procédé d'examen du système vasculaire de plantes, caractérisé par le fait qu'il consiste à administrer à la plante de l'yttrium-90 radioactif obtenu au moyen du procédé de la revendication 1 , puis à détecter la présence de cet yttrium-90.