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Simultaneous Production of Molybdenum-99 and Actinium- 225 using Indonesia Research Reactor (RSG-GAS)

Cette étude démontre que le réacteur de recherche RSG-GAS de l'Indonésie, utilisant une capsule de galvanoplastie à l'uranium faiblement enrichi modifiée, peut produire simultanément du Molybdène-99 et augmenter les rendements en Actinium-225 jusqu'à 4,3 GBq grâce à une irradiation optimisée et à des cycles de traite multiples.

Auteurs originaux : Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Publié 2026-07-07

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

La vue d'ensemble : Deux médicaments pour une seule machine

Imaginez un réacteur de recherche nucléaire comme une cuisine géante et ultra-puissante. Habituellement, cette cuisine est utilisée pour cuire un type spécifique de « pain radioactif » appelé Molybdène-99 (99Mo). Lorsque ce pain « rassit » (se désintègre), il se transforme en Technétium-99m, que les médecins utilisent pour réaliser des images de l'intérieur du corps humain (comme pour vérifier le cœur ou les os). C'est le médicament le plus couramment utilisé aujourd'hui pour l'imagerie nucléaire.

Cependant, il existe une pénurie d'un autre type de « médicament » appelé Actinium-225 (225Ac). Celui-ci est utilisé pour traiter le cancer en projetant de minuscules et puissantes particules alpha directement sur les cellules tumorales.

L'objectif : Les chercheurs voulaient voir s'ils pouvaient cuire les deux types de médicaments en même temps dans la même cuisine (le réacteur RSG-GAS en Indonésie) sans casser le four ni les ingrédients.

Le nouvel outil : Une capsule en « poupée russe »

Pour ce faire, l'équipe a conçu un récipient spécial, qu'elle appelle une capsule d'électroplacage d'LEU modifiée. Voyez cette capsule comme un ensemble de poupées russes ou un sandwich à plusieurs couches :

La coque extérieure : Un récipient en acier inoxydable.
La garniture (la « pâte ») : Une couche très mince d'uranium faiblement enrichi (LEU). Lorsque le réacteur bombarde cette couche de neutrons, elle se scinde (fissionne), créant le Molybdène-99 nécessaire à l'imagerie.
Le centre (le « cœur ») : Juste au milieu de la capsule, entouré de gaz hélium, se trouve une minuscule cible de Radium-226.

Comment ça marche :
Lorsque la couche d'uranium se scinde, elle ne fait pas que produire du Molybdène ; elle projette également des neutrons « rapides » (comme des balles de haute vitesse). Ces balles rapides frappent le Radium-226 au centre. Cette collision transforme le Radium en Radium-225, qui finit par se transformer en l'Actinium-225 qui combat le cancer.

L'expérience : Trouver l'épaisseur parfaite

Les chercheurs ont dû déterminer l'épaisseur idéale de la « pâte » d'uranium.

Trop fine : Si la couche d'uranium est trop fine, elle ne crée pas assez de neutrons rapides pour transformer efficacement le Radium en Actinium.
Trop épaisse : Si la couche d'uranier est trop épaisse, elle génère trop de chaleur. Imaginez mettre un énorme steak dans une petite poêle ; la poêle devient si chaude qu'elle pourrait faire fondre la poignée. Dans ce cas, la chaleur pourrait faire fondre la cible de Radium, ruinant l'expérience.

Les résultats :

Ils ont simulé différentes épaisseurs. Ils ont découvert qu'en rendant la couche d'uranium plus épaisse, on augmentait la production des deux médicaments.
Cependant, ils ont heurté un mur de « point de fusion ». Si la couche était plus épaisse que 0,04 cm, la chaleur serait trop élevée pour que le Radium survive.
Le point d'équilibre : Ils ont déterminé que 0,04 cm est l'épaisseur parfaite. Elle est assez épaisse pour produire beaucoup de médicament, mais assez fine pour éviter que la cible ne fonde.

La récolte : Traire le médicament

Une fois la capsule placée dans le réacteur pendant 26 jours, le Radium-226 se transforme en Radium-225, qui se transforme ensuite en Actinium-225.

Les chercheurs ont calculé un calendrier de « traite » (comme pour traire une vache). Ils ont constaté que si l'on attend 17,5 jours avant d'extraire (séparer) l'Actinium, on obtient le rendement maximal.

En répétant ce processus 5 fois, ils pourraient produire un total de 4,32 GBq (une mesure de radioactivité) d'Actinium-225.
Cela représente environ 19 % de plus que ce qu'ils obtiendraient s'ils n'utilisaient pas la couche d'uranium.

Le contrôle de sécurité : Les gaz « fantômes »

Les chercheurs ont également examiné les « déchets » ou les impuretés créés lors de ce processus.

Le problème du Radon : L'un des sous-produits est le gaz Radon. Plus précisément, un type de Radon-219. L'article note que bien que ce gaz soit radioactif, il se désintègre si rapidement (en quelques secondes) qu'il ne voyagera probablement pas assez loin pour être inhalé par les travailleurs s'ils portent des masques standards.
Le problème du Radon-222 : Un autre type de Radon (le Radon-222) est produit à partir du Radium. Celui-ci est plus dangereux car il persiste plus longtemps et ses « descendants » (produits de désintégration) peuvent causer des dommages pulmonaires en cas d'inhalation.
La solution : L'article suggère que les mesures de sécurité standard, comme l'utilisation de salles à pression négative (pour que l'air circule vers l'intérieur plutôt que vers l'extérieur) et le port d'équipements de protection complets, sont suffisantes pour gérer ces risques.

L'essentiel à retenir

L'article conclut qu'il est possible d'utiliser le réacteur de recherche de l'Indonésie pour produire simultanément le médicament d'imagerie (Molybdène-99) et le médicament de traitement du cancer (Actinium-225). En utilisant une capsule spécialement conçue avec une couche d'uranium de 0,04 cm d'épaisseur, ils peuvent augmenter la production de l'Actinium-225 qui combat le cancer sans faire fondre la cible ni dépasser les limites de sécurité du réacteur.

Ce que l'article ne dit PAS :

Il ne prétend pas que ce médicament est prêt à être injecté aux patients dès demain.
Il ne discute pas de la manière dont cela fera baisser le coût du traitement du cancer à l'échelle mondiale.
Il se concentre strictement sur la physique, les calculs de chaleur et les chiffres de production au sein de la simulation du réacteur.

Résumé technique : Production simultanée de Molybdène-99 et d'Actinium-225 via le réacteur de recherche indonésien (RSG-GAS)

Énoncé du problème
La demande mondiale de Technétium-99m ( $^{99m}$ Tc), le produit de désintégration du Molybdène-99 ( $^{99}$ Mo), représente plus de 80 % des radioisotopes de médecine nucléaire utilisés pour l'imagerie diagnostique. Parallèlement, l'Actinium-225 ( $^{225}$ Ac), un émetteur alpha prometteur pour la thérapie par radionucléides ciblés (TRT), fait face à d'importantes pénuries de production. Les méthodes de production actuelles de l' $^{225}$ Ac reposent sur des stocks limités de Thorium-229 ou sur des méthodes basées sur les accélérateurs (spallation, transmutation, réactions photonucléaires). Cette étude aborde le défi de la production simultanée de $^{99}$ Mo et de $^{225}$ Ac au sein d'un environnement de réacteur de recherche thermique, spécifiquement le réacteur de recherche G.A. Siwabessy (RSG-GAS) en Indonésie, en modifiant les capsules d'électrodéposition d'uranium faiblement enrichi (LEU) existantes.

Méthodologie
La recherche a utilisé le code de transport de particules Monte Carlo OpenMC avec la bibliothèque de données nucléaires ENDF/B VIII.0 pour modéliser le premier cœur de travail du RSG-GAS. La configuration du cœur se compose de 12 éléments de combustible et de 6 éléments de contrôle, utilisant de l'U $_3$ O $_8$ dispersé dans une matrice d'aluminium avec un enrichissement en $^{235}$ U de 19,75 %.

Une capsule d'électrodéposition LEU modifiée a été conçue pour l'irradiation dans la position d'irradiation centrale (CIP). La modification consistait à implanter une cible de Radium-226 ( $^{226}$ Ra) d'un gramme au centre de la capsule, entourée de gaz hélium et d'une fine couche de LEU. L'étude a émis l'hypothèse que les réactions de fission au sein de la fine couche de LEU généreraient des neutrons rapides, améliorant ainsi la réaction $^{226}$ Ra(n,2n) $^{225}$ Ra (seuil ~6,5 MeV), qui se désintègre ensuite en $^{225}$ Ac.

Les paramètres de simulation comprenaient :

Irradiation : 26 jours à une puissance thermique constante de 15 MW.
Refroidissement : 7 jours après l'irradiation.
Variable : L'épaisseur de la couche de LEU a été variée entre 0,01 cm et 0,25 cm pour évaluer les impacts sur la réactivité, la génération de puissance, le flux neutronique et la viabilité de la cible.
Analyse thermique : Une équation de conduction de la chaleur de Fourier 1D en coordonnées cylindriques a été appliquée pour calculer les distributions de température, garantissant que la cible de $^{226}$ Ra (point de fusion 973 K) ne fonde pas.
Simulation de traite (milking) : La production de $^{225}$ Ac a été modélisée sur 120 jours avec cinq cycles de séparation (traite) ayant lieu tous les 17,5 jours.
Analyse des impuretés : Les densités de radionucléides ont été analysées pour estimer les doses de rayonnement provenant des impuretés, en se concentrant spécifiquement sur les isotopes du Radon ( $^{222}$ Rn, $^{219}$ Rn) et la progéniture du Polonium.

Résultats clés

Neutronique et réactivité : L'augmentation de l'épaisseur de la couche de LEU est corrélée à une insertion de réactivité plus élevée et à une génération de puissance totale plus importante. À l'épaisseur maximale testée de 0,25 cm, la couche de LEU génère environ 1000 kW avec une insertion de réactivité de ~1,13$, approchant les limites de criticité immédiate. Les couches plus épaisses produisent également un spectre de neutrons plus « dur », augmentant le flux de neutrons rapides favorables à la réaction (n,2n).
Rendements de production :
- $^{225}$ Ra : La production a augmenté d'environ 68,27 % lorsque l'épaisseur du LEU est passée de 0,02 cm à 0,25 cm.
- $^{99}$ Mo : La production a augmenté d'environ 400 % à 0,25 cm par rapport à 0,02 cm.
Viabilité de la cible : Les calculs thermiques ont indiqué que des épaisseurs de LEU de 0,04 cm ou plus provoquaient un dépassement du point de fusion de la cible de $^{226}$ Ra (973 K). Par conséquent, 0,04 cm a été identifié comme l'épaisseur maximale acceptable pour maintenir l'intégrité de la cible.
Production optimisée : À l'épaisseur optimale de 0,04 cm, la production totale de $^{225}$ Ac après cinq cycles de traite a atteint 4,32 GBq. Cela représente une augmentation de 19 % par rapport à une capsule sans couche de LEU et une augmentation de 12 % par rapport à une couche de LEU de 0,02 cm.
Impuretés : L'analyse a identifié le $^{219}$ Rn comme ayant la dose d'inhalation la plus élevée parmi les isotopes du radon en raison de la génération d' $^{227}$ Ac à partir de l'irradiation du $^{226}$ Ra, bien que sa demi-vie courte limite le risque. Le $^{222}$ Rn et sa progéniture ( $^{218}$ Po, $^{214}$ Po) présentent des risques importants de cancer du poumon en cas d'inhalation, nécessitant des contrôles de ventilation et de pression négative stricts dans les cellules chaudes. Les émetteurs bêta à longue durée de vie $^{227}$ Ac et $^{210}$ Pb ont été identifiés comme nécessitant un confinement rigoureux des déchets.

Signification et revendications
L'article affirme que la capsule d'électrodéposition LEU modifiée proposée offre une méthode viable pour la production simultanée de $^{99}$ Mo et de $^{225}$ Ac au sein d'un réacteur de recherche thermique. L'étude démontre que l'utilisation des neutrons de fission d'une fine couche de LEU peut effectivement améliorer la production de précurseurs de l' $^{225}$ Ac sans compromettre la production primaire de $^{99}$ Mo.

Les auteurs concluent que, bien que des couches de LEU plus épaisses produisent des taux de production plus élevés, les contraintes thermiques limitent l'application pratique. Une épaisseur de LEU de 0,04 cm offre l'équilibre optimal entre l'amélioration de la production de $^{225}$ Ac (via l'augmentation du flux de neutrons rapides) et la sécurité de la cible. La recherche suggère que cette approche pourrait aider à atténuer la pénurie mondiale d' $^{225}$ Ac tout en maintenant les capacités de production domestique de $^{99}$ Mo pour l'Indonésie. Les auteurs notent que les études futures devront aborder la méthode logistique pour remplacer la couche de LEU tous les 6 jours, car le $^{99}$ Mo nécessite un temps d'irradiation plus court (6 jours) que le $^{225}$ Ra (26 jours).