Technétium et médecine nucléaire bac S Amérique du sud 2008.

La médecine nucléaire consiste à introduire des substances radioactives à l'intérieur d'un organisme vivant à des fins de diagnostic et de thérapeutique. L'histoire de la médecine nucléaire est étroitement liée à celle de la physique nucléaire. Dès 1903 fut reconnue l'action bénéfique des rayons du radium pour le traitement des tumeurs cancéreuses : c'était la naissance de la radiothérapie. Mais c'est principalement la découverte de la radioactivité artificielle en 1934 par Irène et Frédéric Joliot-Curie qui a mis à la disposition des médecins et des biologistes une grande variété d'isotopes radioactifs conduisant à l'établissement de diagnostics précis. Actuellement, le technétium 99 est très utilisé en médecine nucléaire car il présente les avantages suivants : - sa durée de vie est courte et réduit l'irradiation du patient tout en étant compatible avec la durée de l'examen ; - il peut être associé à de nombreuses molécules, ce qui permet l'étude de nombreux organes ; - il est moins coûteux que d'autres isotopes radioactifs ; - et enfin il peut être facilement mis à la disposition des médecins. Données : noyau technétium 97 technétium 99 molybdène 96 molybdène 99 deutérium symbole 9743Tc 9943Tc 9642Mo 9942Mo 21H particule ou noyau molybdène 99 technétium 99 proton neutron électron masse en u 98,88437 98,88235 1,00728 1,00866 0,00055 1 u = 1,66054 10-27 kg ; c = 3,00 108 m/s ; 1 eV = 1,60 10-19 J ; Énergie de masse de l'unité de masse atomique E = 931,5 MeV. Découverte du technétium. Le technétium est un élément chimique de numéro atomique 43. Son nom vient du grec " technetos " qui signifie " artificiel ". C'est en effet le premier élément chimique produit sans avoir été découvert dans la nature. Tous les isotopes connus du technétium sont radioactifs. En 1937, Carlo Perrier et Emilio Segré ont synthétisé l'isotope 97 du technétium en bombardant du molybdène 96 avec du deutérium. A quelles conditions dit-on que deux noyaux sont isotopes ? Deux isotopes possèdent le même numéro atomique mais des nombres de neutrons différents. Ils ne se différencient que par leur nombre de neutrons. Enoncer les lois de conservation qui régissent les réactions nucléaires. Conservation de la charge ; conservation du nombre de nucléons. Écrire l'équation de la réaction nucléaire de synthèse du technétium 97 sachant qu'une particule AZX est émise. Nommer cette particule. "en bombardant du molybdène 96 avec du deutérium" 9642Mo +21H -->9743Tc + AZX Conservation de la charge : 42+1 = 43 + Z d'où Z = 0. conservation du nombre de nucléons : 96+2 = 97 +A d'où A = 1 9642Mo +21H -->9743Tc + 10n (neutron) Production actuelle du technétium 99. Actuellement pour fabriquer du technétium 99, il existe des générateurs molybdène / technétium à l'intérieur desquels le molybdène 99 se désintègre en technétium 99. Ecrire l'équation de la désintégration du molybdène 99. De quel type de radioactivité s'agit-il ? 9942Mo --> 9943Tc + 0-1e ( électron) radioactivité béta -. Calculer en joules et en MeV l'énergie libérée lors de la désintégration d'un noyau de molybdène 99. Défaut de masse Dm = m(0-1e) + m(9943Tc) - m(9942Mo) Dm = 0,00055 + 98,88235 -98,88437 = -0,00147 u Énergie de masse de l'unité de masse atomique : 9631,5 MeV Energie libérée : D E = -0.00147 *931,5 = -1,3693 MeV ~ -1,37 MeV. soit en joule : -1,3693 106 * 1,60 10-19 = -2,19 10-13 J. Le signe moins traduit le fait que cette énergie est libérée par le système dans le milieu extérieur. Scintigraphie osseuse à l'aide du technétium 99. Un patient va subir une scintigraphie osseuse. Cet examen se déroule en deux temps : - l'injection intraveineuse d'un produit appelé diphosphonate marqué au technétium 99, ce produit se fixe préférentiellement sur les lésions osseuses du squelette (sa captation est maximale au bout de trois heures). - Le technétium 99 produit est ensuite détecté par une gamma-caméra. Celle-ci fournit une image du squelette appelée scintigraphie où peuvent apparaître des zones fortement colorées indiquant une inflammation, un abcès ou une métastase. Un mardi à 14 h, une infirmière injecte au patient une dose de technétium 99 d'activité A = 555 MBq. Le temps de demi-vie du technétium 99 est t1/2 = 6,0 heures. Définir le terme " temps de demi-vie ".  Durée au bout de laquelle l'activité initiale a diminué de moitié. Durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initiaux se sont désintégrés. Le nombre N(t) de noyaux radioactifs de technétium 99 présents dans la dose injectée au patient suit une loi de décroissance exponentielle : N(t) = N0 . e(-l.t). La relation entre la constante radioactive et le temps de demi-vie t1/2 est : l t1/2 = ln 2 .  On rappelle que l'activité A(t) d'un échantillon de noyaux radioactifs est définie par A(t) = -dN(t) /dt . Montrer que l'expression de l'activité peut se mettre sous la forme A(t) = A0 e(-l.t). Dériver N(t) par rapport au temps : dN(t) / dt = -l N0 e(-l.t) d'où A(t) =l N0 e(-l.t) ; or A0 = l N0 d'où A(t) = A0 e(-l.t). Calculer le nombre de noyaux de technétium 99 reçus par le patient lors de l'injection. A0 = 555 MBq = 555 106 Bq = 5,55 108 Bq.  t½ = 6,0*3600 =2,16 104 s. l = ln 2 t1/2 = ln2 2,16 104 =3,21 10-5 s-1 N0= A0 l = 5,55 108 3,21 10-5 = 1,7 1013     A la fin de l'examen, l'activité du patient est égale à 63% de sa valeur mesurée à 14 h, juste après l'injection. A quelle heure se termine l'examen ? A(t) = A0 e(-l.t) et  A(t) =0,63A0 0,63 = e(-l.t) ; ln 0,63 = -l.t t = ln 0,63 -l = -0,462 -3,21 10-5 = 1,44 104 s puis diviser par 3600 : t = 4,0 heures. Il est : 14 +4 = 18 heures. La dose injectée au patient le mardi à 14h a été préparée par l'infirmière le mardi matin à 8h.    Pour se protéger du rayonnement gamma produit par le technétium 99, l'infirmière a utilisé, lors de l'injection de la dose au patient, un protège-seringue d'une épaisseur de 5 mm de plomb. La couche de demi-atténuation d'un matériau est l'épaisseur de ce matériau capable d'arrêter 50% du rayonnement ionisant. Le graphe ci-dessous représente le pourcentage de rayonnement produit par le technétium 99 transmis à l'extérieur en fonction de l'épaisseur de plomb. A l'aide du graphe, déterminer la valeur de la couche de demi-atténuation du plomb pour le rayonnement gamma produit par le technétium 99.

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