Production et utilisation du scandium 44, immunothérapie avec l'astate 211 d'après DTS IMRT 2009

Grâce à des protons de haute énergie, le noyau de scandium 44 est obtenu à partir de calcium 44 selon la réaction notée 44Ca (p, n) 44Sc. Ecrire l'équation de cette réaction nucléaire. 4420Ca + 11p --->4421Sc + 10n. Donner la configuration électronique de plus basse énergie de l'atome de scandium 44 ( 4421Sc ). 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1. Situer l'élément scandium dans la classification périodique à 18 colonnes. 3ème colonne et 4ème ligne. Le schéma de la désintégration du noyau de scandium 44 est représentée ci-dessous : Ecrire l'équation de la désintégration ß+ du noyau de scandium 44 symbolysée par la flèche 1, en précisant le symbole du noyau obtenu. 4421Sc ---> 01e + 4420Ca Ecrire l'équation de la transformation de X' en X. De quelle nature est le rayonnement émis ? Calculer son énergie. Le noyau de calcium 44 est dans un état excité ; il se désexcite en émettant un photon g d'énergie 1,2 MeV. 4420Ca* ---> 4420Ca + 00g. Le scandium 44 a un temps de demi-vie ( période radioactive T = 4,0 heures). Que signifie cette donnée ?  L'activité initiale de l'échantillon diminue de moitié en 4 heures. Des études sont actuellement menées en TEP ( tomographie par émission de positons) pour développer une technique employant du scandium 44. Pourquoi lit-on dans les revues le terme "TEP 3 gammas " ? Justifier la réponse. Le scandium 44  émet un photon gamma juste avant d’émettre un positon.  L'annihilation du positon fournit deux photons gamma supplémentaires     Web www.chimix.com a Immunothérapie avec l'astate 211. L'astate 211 est radioactif a ; le temps de demi-vie est T = 7,2 h. L'équation de production de ces noyaux s'écrit : 20983Bi + 42He ---> 21185At + 2 10n. Ecrire cette équation sous la forme symbolique proposée au paragraphe précédent. 209Bi ( 42He, 2n ) 211At. Ecrire l'équation de désintégration de l'astate 211 en identifiant le noyau obtenu. 21185At ---> 42He + AZX Conservation de la charge : 85 = 2 +Z d'où Z =83 ( élément bismuth Bi ) Conservation du nombre de nucléons : 211 = 4 + A d'où A = 207 21185At ---> 42He + 20783Bi On injecte à un patient un échantillon d'activité 10 mCi contenant de l'astate 211. Calculer dans le système internationnal d'unités, la constante radioactive de l'astate 211. l = ln2 / T avec T = 7,2 h = 7,2*3600 s =2,592 104 s. l = ln2 / 2,592 104 =2,674 10-5 ~ 2,7 10-5 s-1. Calculer le nombre N de noyaux d'astate injectés au patient. A = l N avec A =10 mCi = 0,01 Ci = 0,01* 3,7 1010 = 3,7 108 Bq. N = A / l = 3,7 108 / 2,674 10-5 =1,384 1013 ~ 1,4 1013 noyaux. La particule alpha est émise avec une énergie cinétique E = 6,78 MeV. Dans une tumeur cancéreuse on supposera, en première hypothèse, que le transfert d'énergie linéique ( TEL) de ces particules alpha vaut 120 keV/µm. Calculer la distance parcourue par ces particules alpha. Comparer cette distance au diamètre d'une cellule cancéreuse égal à environ 20µm. 6,78 MeV = 6,78 103 keV puis 6,78 103 / 120 = 56,5  µm. La distance parcourue par les particules alpha est environ trois fois supérieure à la taille d'une cellule cancéreuse. L'énergie moyenne nécessaire pour former une paire d'ions dans l'eau vaut  w =32 eV. Calculer le nombre total d'ionisations I provoquées par une particule alpha dans  la tumeur en assimilant les cellules cancéreuses  à l'eau. 6,78 MeV = 6,78 106 eV I =6,78 106  / 32 = 2,1 105. En déduire  l'ionisation spécifique ( ou densité d'ionisation linéaire  ) IS. Nombre de paires électron / ion crées par la particule incidente, par unité de longueur. TEL = IS w ; IS = TEL / w = 120 000 / 32 = 3,75 103 paire d'ion /picomètre. L'hypothèse d'un TEL constant est-elle réaliste ? Justifier. Le TEL n'est pas constant : une fois qu'une particule a pénétrée dans la matière, sa vitesse va diminuer ; le pouvoir d'arrêt est proportionnel  à l'inverse du carré de la vitesse. Le pouvoir d'arrêt linéique est identique au TEL.

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