Exercice III. Utilisation du technétium en médecine nucléaire (4 points)

EXERCICE III. UTILISATION DE TECHNETIUM EN MEDECINE NUCLEAIRE (4 points)
Amérique du sud 11/2008
http://labolycee.org 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 |technétium 99 |molybdène 96|molybdène 99|deutérium |
| |97 | | | | |
|Symbole |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | |Particule |molybdène 99|technétium 99 |proton |neutron |électron |
|ou noyau | | | | | |
|Masse en u |98,88437 |98,88235 |1,00728 |1,00866 |0,00055 | |Unité de masse atomique |1 u = 1,66054(10 -27 kg |
|Célérité de la lumière dans le vide |c = 3,00(108 m.s-1 |
|Électronvolt |1 eV = 1,60(10 -19 J |
|Énergie de masse de l'unité de masse |E = 931,5 MeV |
|atomique | |
1. 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.
1.1. À quelles conditions dit-on que deux noyaux sont isotopes ?
1.2.1. Énoncer les lois de conservation qui régissent les réactions
nucléaires.
1.2.2. Écrire l'équation de la réaction nucléaire de synthèse du
technétium 97 sachant qu'une particule [pic] est émise. Nommer cette
particule.
2. 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.
2.1. Écrire l'équation de la désintégration du molybdène 99. De quel type
de radioactivité s'agit-il ?
2.2. Calculer en joules et en MeV l'énergie libérée lors de la
désintégration d'un noyau de molybdène 99.
3. 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 14h, 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.
3.1.Définir le terme « temps de demi-vie ». 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-(.t . La relation entre la constante radioactive ( et le temps de demi-
vie
t1/2 est : t1/2 = [pic].
On rappelle que l'activité A(t) d'un échantillon de noyaux radioactifs est
définie par A(t) = [pic]. 3.2. Montrer que l'expression de l'activité peut se mettre sous la forme
A(t) = A0 . e-(.t. 3.3. Calculer le nombre de noyaux de technétium 99 reçus par le patient
lors de l'injection.
À la fin de l'examen, l'activité du patient est égale à 63% de sa valeur
mesurée à 14h, juste après l'injection.
3.4. À quelle heure se termine l'examen ? 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 ( 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.
[pic]
3.5. À l'aide du graphe, déterminer la valeur de la couche de demi-
atténuation du plomb pour le rayonnement gamma produit par le technétium
99.