Brevet FR2839243A1 — publié le 20031031

i 1 2839243 La présente invention concerne la production de radio-éléments par irradiation d'un liquide par un faisceau de particules, par exemple des protons H+. I1 est connu de produire du 8F par irradiation d'eau enrichie en 8O par un faisceau de protons accélérés. Le gF ainsi produit peut servir à synthétiser une substance adminiskable au corps humain pour, par exemple, effectuer une imagerie PET. Les brevets US 4 752 432, US 5 425 063 et la demande internationale WO 00/19787 décrivent des cibles destinées à la production de radio-éléments. L'article ISOTOPE PRODUCTION WITH CYCLOTRONS de V. Bechtdold, paru dans CERN ACCELERATOR SCHOOL, CYCLOTRONS, LINACS AND THEIR APPLICATIONS, GENEVA 96, suite au séminaire ayant eu lieu en Belgique du 28 avril au 5 mai 1994, décrit en référence à la figure 4 un autre exemple de cible comportant un espace contenant un liquide destiné à être irradié par un faisceau de particules accélérces. Dans le cas de la production de 8F, l'eau enrichie en gO est relativement coûteuse à fabriquer compte tenu du procédé d'enrichissement utilisé. I1 existe par conséquent un besoin pour diminuer le coût de la production de radio-éléments, par exemple de 8F à partir de 8O. L'invention vise notamment à répondre à ce besoin. Elle y parvient grâce à une cible pour la production d' au moins un radio élément par irradiation d'un liquide par un faisceau de particules comportant: - un espace apte à contenir le liquide à irradier par le faisccau de particules, - une première feuille délimitant au moins partiellement ledit espace et destinée à être kaversée par le faisceau, cette cible pouvant se caractériser par le fait que la première feuille présente une région cenkale non perpendiculaire à la direction de propagation du faisceau. Grâce à l'invention, le volume de l'espace contenant le liquide à irradier peut êhe maintenu à une valeur relativement faible tout en ayant le rendement souhaité pour la production du ou des radio-éléments. Ainsi, dans le cas o le radio-élément qui est produit est du 8F par exemple, le volume d'eau enrichie en 8O nocessaire à la production de la quantité de 8F requise peut êhe diminué. Pour un volume de liquide donné, on peut augmenter l'épaisseur de liquide exposée aux particules comparativement à une couche de liquide délimitée par deux faces perpendiculaires à la direction de propagation des particules. Pour une méme épaisseur de liquide exposée au faisceau, on peut donc réduire le volume de liquide. Par ailleurs, pour un faisceau de section droite donnée, la projection du faisceau sur la feuille inclinée est supérieure à celle du faisceau sur une feuille perpendiculaire à la direction de propagation des particules. Pour une méme densité surfacique d'énergie sur la feuille, cette densité ne pouvant dépasser une valeur limite sous peine de dégradation de la feuille, on peut donc augmenter l'intensité du faisceau et/ou diminuer sa section droite. Une intensité plus élevée permet d'augmenter la vitesse de production du ou des radio-éléments, ce qui est d'autant plus avantageux que la demipériode de certains éléments est très courte. La plus faible section du faisccau permet de contribuer encore à diminuer le volume du liquide destiné à produire le ou les radio-éléments. La première feuille est avantageusement réalisée en un matériau non allié, notamment du titane. La cible peut comporter une deuxième feuille, situce du côté de la première feuille qui est opposé à l'espace apte à contenir le liquide à irradier. Cette deuxième feuille peut comporter une partie bombée, concave du côté de la première feuille. La deuxième feuille peut présenter une région centrale non perpendiculaire à la direction de propagation du faisceau. La cible peut comporter des conduits permettant d'injecter de l'héllum sur des faces en regard des deux feuilles, pour les retroidir. La cible peut comporter une paroi définissant avec la première feuille au moins partiellement l'espace apte à contenir le liquide à traiter, cette paroi étant exposée aux particules du faisceau ayant traversé ce liquide. Cette paroi peut étre isolée électriquement afin de permettre une lecture du courant électrique et elle peut également étre retroidie par un fluide, par exemple de l'eau. La cible peut comporter au moins un conduit relié à une source d'hélium sous pression et en communication avec l'espace contenant le liquide traité pour maintenir ce dernier à une pression suffisante pour éviter la formation de bulles de gaz. L' invention a encore pour obj et, selon un autre de ses aspects, une installation de production d'au moins un radio-élément, comportant: - un accélérateur de particules apte à délivrer un faisceau de particules accélérées, - au moins une cible externe à l'accélérateur, disposée de manière à recevoir le faisceau de particules accélérées. L'accélérateur peut comporter au moins un cyclotron. L'installation peut également comporter un système optique sur le trajet des particules entre l'accélérateur et la cible, configuré pour élargir le faisceau. Une telle installation peut être utilisée pour la production d' au moins un radio-élément choisi dans la liste suivante: gF, i3N, cette liste n'étant pas limitative. L'installation peut en particulier être utilisée pour la production de 8F et la synthèse à partir de ce radio-élément d'une substance administrable au corps humain, notamment en vue d'une imagerie PET. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une cible pour la production d' au moins un radio-élément par irradiation d'un liquide par un faisceau de particules, comportant: - un espace apte à contenir le liquide à irradier par le faisceau de particules, - une feuille délimitant au moins partiellement ledit espace et destinée à être traversée par le faisceau, cette cible pouvant se caractériser par le fait que la région de la feuille qui est impactée par le faisceau incident présente une forme non symétrique de révolution autour d'un axe de propagation du faisceau, quelle que soit la forme ou l' orientation de la région centrale de la feuille. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une cible pour la production d' au moins un radio-élément par irradiation d'un liquide par un faisceau de particules, comportant: - un espace apte à contenir le liquide à irradier par le faisceau de particules, - une feuille délimitant au moins partiellement ledit espace et destinée à être traversce par le faisceau, cette cible pouvant se caractériser par le fait qu'au moins deux points de la feuille diamétralement opposés par rapport à son centre se situent à des positions axiales différentes selon l'axe de propagation du faisceau, quelle que soit la forme ou l'orientation de la région centrale de la feuille. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une cible pour la production d' au moins un radio-élément par irradiation d' un liquide par un faisceau de particules se propageant selon un axe, comportant: - un espace apte à contenir le liquide à irradier par le faisceau de particules, - une feuille délimitant au moins partiellement ledit espace et destinée à étre traversée par le faisceau, cette cible pouvant se caractériser par le fait qu'au moins une région de la surface de la feuille, du côté du faisccau incident, présente une normale qui fait un angle, avec l' axe de propagation du faisceau, supérieur ou égal à 45 , quelles que soient la forme ou l'orientation de la région centrale de la feuille. L'invention pourra étre mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en _uvre, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue schématique et partielle, en vue de côté, d'une installation pour la production d'au moins un radio-élément, - la figure 2 représente isolément, en coupe axiale schématique et partielle, la cible de la figure 1, et - les figures 3 et 4 illuskent de manière schématique d'autres exemples de formes pour la première feuille. L' installation 1 représentée à la figure 1 comporte un accélérateur de particules 10 et au moins une cible 20 disposce de manière à recevoir un faisceau de particules chargées accélérées provenant de l'accélérateur 10. Des éléments d'un système optique 30 peuvent être disposés, comme dans l'exemple illustré, sur le trajet du faisceau de particules entre l'accélérateur 10 et la cible 20, comme cela sera précisé plus loin. L'accélérateur 10 peut étre un cyclotron isochrone de type compact, supraconducteur ou non. Ce cyclotron peut être associé à une source d'ions, par exemple des ions H-, qui sont accélérés dans le cyclotron suivant une trajectoire en forme générale de spirale, de manière connue en soi. Un éplucheur électronique non représenté est disposé, dans l'exemple considéré, sur le traj et des ions H- à l' intérieur du cyclotron pour transformer ceux-ci en protons H et permettre leur extraction du cyclotron 10 en direction de la cible 20. Le système optique 30 peut comporter une ou plusieurs lentilles magnétiques et/ou électrostatiques et être configuré de manière à élargir le faisceau pour réduire sa densité surfacique d'énergie. Si l'on se réLère maintenant à la figure 2, on voit que la cible 20 comporte une première feuille mince ou fenêtre 21 et une deuxième feuille mince ou fenêtre 22 destinées chacune à étre traversées par le faisceau de particules provenant du cyclotron 10 et se propageant suivant un axe X. Dans l'exemple illustré, les feuilles 21 et 22 sont en titane. Un bloc de graphite 23 définissant une ouverture circulaire d'axe X est placé sur le trajet du faisceau en amont des feuilles 21 et 22, pour servir de diaphragme. La cible 20 comporte une paroi 24 en aval de la première feuille 21. Cette paroi est par exemple constituée par un bloc d'argent. La paroi 24 présente une face 24a, en regard de la feuille 21, qui lui est sensiblement parallèle dans l'exemple illustré. La feuille 21 définit, avec la paroi 24, un espace 25 qui est destiné à être rempli par un liquide à irradier, par exemple de l'eau enrichie en Igo afin de produire du 18F. La paroi 24 est refroidie, du côté opposé à la première feuille 21, par un fluide de refroidissement mis en circulation par une pompe non représentée, raccordée à la cible par des canalisations également non représentées. Le sens de circulation du fluide de refroidissement a été matérialisé par des flèches sur la figure 2. Un conduit 26, dont une extrémité est en communication fluidique avec l'espace 25, est raccordé à son anhe extrémité à une source d'hélium sous pression, permettant de maintenir le liquide contenu dans l'espace 25 sous une pression suffisante, lors de son irradiation, pour éviter la formation de bulles de vapeur en son sein. La cible 20 comporte également, comme on peut le voir sur la figure 2, des conduits 27 et 28 permettant de diriger de l'hélium gazeux sur les faces en regard des première et deuxième feuilles 21 et 22, pour les refroidir. La première feuille 21 présente dans l'exemple considéré, conformément à un aspect de l'invention, une région cenhale 21a qui s'étend non perpendiculairement à l'axe X. Dans l'exemple considéré, la première feuille 21 est sensiblement plane et la norrnale à sa région centrale fait un angle a, mesuré à l' intersection avec l'axe X, qui est voisin de 45 . Bien entendu, on ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque l' inclinaison est différente, notamment plus importante. L' inclinaison a pourrait par exemple, dans un exemple non illustré, être supérieure ou égale à 60 . L'inclinaison de la feuille 21 permet d'augmenter le trajet des particules accélérées au sein du liquide contenu dans l'espace 25, pour un écartement donné entre la feuille 21 et la face 24a de la paroi 24. Cet écartement peut étre par exemple juste suffsant pour ne pas géner l'évacuation du liquide contenu dans l'espace 25, tout en autorisant un parcours des particules accélérées au sein du liquide suffsant pour générer la quantité souhaitée de radio élément(s). L'inclinaison de la feuille 21 permet également d' augmenter la surface de la feuille traversée par le faisceau, donc d ' utiliser un faisceau d'intensité plus élevée et/ou de section droite plus faible. Un faisceau de taille moindre peut permettre encore de faciliter le retroidissement de la feuille 21 et de réduire le volume du liquide traité. 1S La feuille 22 présente, dans l'exemple illustré, une forme bombée concave du côté de la feuille 21, ce qui lui permet de mieux résister à la différence de pression existant de part et d'autre, un vide relativement poussé régnant en amont de la feuille 22. De plus, la feuille 22 présente une région centrale inclinée par rapport à l'axe X afin d' augmenter la surface de la feuille exposée au faisceau et bénéLicier des avantages exposés précédemment. Dans l'exemple illustré, la paroi 24 est isolée électriquement de manière à permettre une lecture du courant électrique dû à la collecte des particules incidentes. Une telle lecture peut permettre de vérifier le bon fonctionnement de la cible durant l'irradiation. Le fonctionnement de l'installation 1 est le suivant. La source d'ions associée au cyclotron 10 produit des ions, par exemple des ions H-, qui sont accélérés par le cyclotron puis extraits de celuici après traversée d'un éplucheur électronique qui les transforme en protons H+. Les protons H+ sont dirigés suivant l'axe X sur la cible 20, après traversée du système optique 30 qui élargit le faisceau et permet de réduire sa densité surfacique d'énergie à une valeur suffsamment faible pour conférer aux fenétres 21 et 22 une durée de vie compatible avec les exigences économiques de production du ou des radio éléments. Les particules traversent la feuille 21 et atteignent le liquide contenu dans l'espace 25 o elles transforment le 8O en 8F. La paroi 24 est refroidie durant l'irradiation et le liquide traité est maintenu sous une pression suffisante pour éviter la formation de bulles de vapeur, grâce au conduit 26. Le courant collecté par la paroi 24 est surveillé afin de détecter une éventuelle déLaillance. Durant l'irradiation, les feuilles 21 et 22 sont refroidies par de l'héllum grâce aux conduits 27 et 28. A la fin de l'irradiation, le cyclotron 10 est arrêté et le liquide est évacué de l'espace 25 par un système de canalisations non représentées dans un souci de clarté du dessin et dirigé par exemple vers un dispositif de synthèse connu en soi, pour synthétiser un composé administrable au corps humain, par exemple un composé utilisable dans le cadre d'une imagerie PET. Le liquide peut également être recueilli et kansporté vers un site de traitement éloigné. Le fait d'avoir réalisé la feuille 21 en titane permet d'éviter la présence, au sein du liquide après traitement, d'éléments radiotoxiques ayant une durée de vie relativement longue. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. On peut notamment donner à la feuille 21 une forme autre que plane. La forme de la paroi, dans sa région impactée par le faisceau incident, peut être symétrique ou non par rapport à l'axe X. On a représenté, à titre d'exemple, sur les figures 3 et 4 deux possibilités, parmi d'autres, de formes pour la feuille 21. Sur la figure 3, on a partiellement représenté, isolément, une feuille 21 sensiblement conique et qui pourrait également être tronconique. On voit que la feuille 21 peut présenter au moins une région 21b dont la normale n fait, avec l'axe X, un angle a qui peut être relativement élevé, quelles que soient la forme et l'orientation de la région centrale de la feuille. Sur la figure 4, on a partiellement représenté, isolément, une feuille 21 non plane, présentant un décrochement dans sa région centrale. Sur cette figure, on pent voir que la feuille présente au moins deux points diamétralement opposés par rapport à son centre, écartés tous deux d'une méme distance de l'axe X et occupant des positions axiales différentes le long de cet axe. Dans toute la description, l' expression " comportant un " dolt étre comprise comme étant synonyme de " comportant au moins un ", sanf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS 1. Cible (20) pour la production d'au moins un radio-élément par irradiation d'un liquide par un faisceau de particules, comportant: - un espace (25) apte à contenir le liquide à irradier par le faisceau de particules, - une première feuille (21) délimitant au moins partiellement ledit espace et destinée à être traversée par le faisceau, cible caractérisée par le fait que la première feuille présente une région centrale (21a) non perpendiculaire à la direction de propagation (X) du faisceau. 2. Cible selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la première feuille (21) est sensiblement plane. 3. Cible selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la première feuille (21) est réalisée en un matériau non allié, notamment du titane. 4. Cible selon l'une quelcouque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte une deuxième feuille (22), située du côté de la première feuille qui est opposé à l'espace (25) apte à contenir le liquide à irradier. 5. Cible selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la deuxième feuille (22) comporte une partie bombée, concave du côté de la première feuille. 6. Cible selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisce par le fait que la deuxième feuille (22) comporte une région centrale non perpendiculaire à la direction (X) de propagation du faisceau. 7. Cible selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait qu'elle comporte des conduits (27, 28) permettant d'injecter de l'hélium sur des faces en regard des deux feuilles (21, 22). 8. Cible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte une paroi (24) définissant avec la première feuille au moins partiellement l'espace (25) apte à contenir le liquide à traiter, cette paroi (24) étant exposée aux particules du faisceau ayant traversé ce liquide. 9. Cible selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que la paroi (24) est isolée électriquement afin de permettre une lecture du courant électrique. 10. Cible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un conduit (26) relié à une source d'hélium sous pression et en communication avec ledit espace (25) pour maintenir le liquide contenu dans celui-ci à une pression suffisante pour que le liquide reste sous une phase liquide. 11. Installation (1) de production d'au moins un radio-élément, caractérisée par le fait qu'elle comporte: - un accélérateur de particules (10) apte à délivrer un faisceau de particules accélérées, - au moins une cible (20) externe à l'accélérateur, telle que définie dans l'une quelconque des revendications précédentes, disposée de manière à recevoir le faisceau de particules accélérées. 12. Installation selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que l'accélérateur (10) comporte au moins un cyclotron. 13. Installation selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisée par le fait qu'elle comporte un système optique (30) sur le trajet des particules entre l'accélérateur (10) et la cible (20), configuré pour élargir le faisceau. 14. Utilisation d'une installation telle que définie dans l'une quelconque des revendications 11 à 13 pour la production d'au moins un radio-élément choisi dans la liste suivante: '8F, 3N. 15. Utilisation d'une installation telle que définie dans l'une quelcouque des revendications 11 à 13 pour la production de i8F et la synthèse à partir de ce radio élément d'une substance administrable au corps humain, notamment en vue d'une imagerie PET.