Utilisation du rayonnement alpha dans le traitement de cancers diffus : DTS IMRT 2011.

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On injecte un anticorps marqué avec un radionucléide alpha ; cet anticorps vient se fixer sélectivement sur les cellules tumorales qui sont ainsi détruites. Plusieurs émetteurs a sont testés, en particulier le bismuth 213. Production du bismuth 213. Le bismuth 21383Bi est un descendant de l'actinium 22589Ac par désintégrations successives a. L'actinium 22589Ac est obtenu en bombardant une cible de radium  22688Ra par un faisceau de protons. Il se forme des noyaux d'actinium et une émission de neutrons. Ecrire l'équation de la réaction nucléaire entre un proton et un noyau de radium. Donner les lois de conservation. 22688Ra + 11p = 22589Ac +210n. Conservation de la charge : 88+1 =89 ; conservation du nombre de nucléons : 226 +1 = 225 +2. Déterminer le nombre de particules a émises lorsqu'un noyau d'actinium 225 conduit à un noyau de bismuth 213. 42He : (225-213) / 4 =3 ou bien (89-83) / 2 = 3. Désintégration a du bismuth 213. Le schéma ci-dessous représente la désintégration a du bismuth 213 en thalium 209. Exprimer l'énergie libérée par la désintégration d'un noyau de bismuth 213 puis calculer sa valeur en MeV. Sous quelle(s) forme(s) cette énergie est-elle libérée ? On néglige l'énergie cinétique du noyau de thallium devant celle du noyau d'hélium. 21383Bi ---> 22589Ac +42He Dm =m(22589Ac) + m(42He) - m(21383Bi ) =208,9409 +4,0015 -212,9488 = -0,0064 u. Energie libérée : -0,0064 *931,5 = -5,9616 ~-5,962 MeV. Le signe - traduit le fait que l'énergie est libérée dans le milieu extérieur. La particule alpha emporte une partie de l'énergie sous forme cinétique. Le noyau d'actinium peut se trouver dans un état excité ; il libère ce surplus d'énergie sous forme de photon g en revenant à l'état fondamental. Quelle est la valeur maximale ECmax de l'énergie cinétique de la particule alpha ? Quelle flèche de la figure faut-il lui associer ? Flèche 1 : le noyau d'actinium est à l'état fondamental, la particule alpha emporte toute l'énergie libérée sous forme cinétique. ECmax  = 5,96 MeV. L'énergie de la particule alpha peut prendre une autre valeur : 5,11 MeV. Quelle flèche de la figure faut-il lui associer ? Calculer l'énergie DE3 de la transition 3. Flèche 2 : le noyau d'actinium est dans un état excité. DE3  = 5,96 -5,11 = 0,85 MeV = 0,85*1,60 10-13 J =1,36 10-13 J. Calculer la longueur d'onde dans le vide associée à la transition 3. l = h c / DE3  =6,63 10-34 * 3,00 108 / 1,36 10-13  =1,46 10-12 m. Efficacité du rayonnement alpha. Les noyaux de bismuth 213 émettent principalement des particules alpha d'énergie cinétique Ec = 5,96 MeV. Le parcours moyen de la particule alpha dans l'air est R1 = 4,6 cm et sa trajectoire est quasiment rectiligne. Exprimer puis calculer  ( keV µm-1) le transfert linéique d'énergie ( T.E.L) moyen de la particule alpha dans l'air. Le transfert linéique d'énergie mesure l'énergie transféré localement au milieu cible, conséquence de la perte d'énergie de la particule chargée ; il est bien souvent égal au pouvoir d'arrêt linéique. T.E.L = Ec  / R1 = 5,96 103 / (4,6 104) =0,13 keV µm-1. Le parcours R d'une particule est inversement proportionnel à la masse volumique r du milieu traversé : R r = constante. Calculer le parcours moyen R2 (µm ) de la particule alpha dans les tissus mous de masse volumique égale à celle de l'eau. reau = 1,0 g/mL ; rair = 1,3 10-3 g/mL. R2 reau = R1 rair ; R2 = R1 rair  /reau = 4,6 *1,3 10-3 / 1 =  5,98 10-3 cm ~60 µm. Le parcours de la particule alpha dans les tissus mous vaut environ trois fois le diamètre de la cellule. Une tumeur cancereuse est constituée d'agrégats de cellules malignes déparées par des tissus sains. Quels avantages présente l'action du rayonnement alpha sur l'action du rayonnement ß- dont le parcours peut être 100 fois plus grand et le T.E.L 1000 fois plus faible ? Les particules ß- transferent peu d'énergie au milieu cible par rapport aux particules alpha. Les particules ß-  sont beaucoup plus pénétrantes ( elles vont toucher les cellules saines et les cellules malignes ) que les particules alpha.

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