Partie II : La sécurité internationale de l’approvisionnement en isotopes médicaux : Évaluation des technologies potentielles

Mohamed Zakzouk
Division de l’économie, des ressources et des affaires internationales

(Ce texte constitue la deuxième partie d’une série de deux Notes de la Colline sur La sécurité internationale de l’approvisionnement en isotopes médicaux. La première partie fait état des progrès réalisés au Canada et à l’étranger.)

Les principales technologies existantes qui permettent de produire du molybdène 99 (99Mo) (ou du technétium 99m (99mTc) directement) appartiennent à deux grandes catégories :

  • la technologie des réacteurs, qui a généralement un large éventail d’utilisations commerciales et de recherche, y compris la production simultanée de différents isotopes;
  • la technologie des accélérateurs, généralement plus spécialisée.

À l’heure actuelle, la fission à l’aide d’un réacteur est la technologie la mieux établie et la plus viable du point de vue commercial, et c’est par ce procédé que l’on satisfait presque toute la demande mondiale de 99Mo. Selon l’Agence pour l’énergie nucléaire (AEN), la technologie des accélérateurs semble prometteuse, mais sa viabilité commerciale dans le contexte d’un déploiement sur une grande échelle demeure incertaine.

Les informations qui suivent donnent un aperçu de la faisabilité technique, commerciale et financière des différentes technologies de production d’isotopes, selon la dernière analyse de l’AEN.

Évaluation générale de la faisabilité technique et commerciale des technologies à base de réacteurs

Fission UHE La fission d’uranium hautement enrichi (UHE) est la méthode la plus utilisée pour produire du molybdène 99 (99Mo). La technologie a fait ses preuves – le 99Mo ainsi produit a une forte activité spécifique et un grand degré de pureté – et, parmi toutes les technologies, fournit le rendement le plus élevé. La demande mondiale est presque entièrement satisfaite par des installations à UHE, mais la plupart des réacteurs de recherche produisant du 99Mo sont vieux et donc moins fiables. Les cibles d’UHE donnent un produit de qualité militaire, donc se prêtant à la prolifération, d’où la nécessité d’une réglementation très stricte de la sécurité. De plus, les réacteurs produisent des déchets hautement radioactifs qui ne sont pas recyclés systématiquement en raison de limites d’ordre technique.

La fission d’UHE demeure l’option la plus intéressante sur le plan commercial et elle permet de produire simultanément un large éventail de radioisotopes, en plus du 99Mo.

Fission UFE

La fission d’uranium faiblement enrichi (UFE) est une technologie bien établie qui permet de produire du 99Mo d’une grande pureté et à forte activité spécifique, en plus d’offrir un bon rendement (par rapport aux autres solutions de rechange à la fission d’UHE). Les cibles d’UFE, comparativement à celles d’UHE, donnent un produit ne se prêtant pas à la prolifération, qui est donc plus sécuritaire, plus accessible, ainsi que plus facile à transporter et à traiter du point de vue réglementaire. En revanche, cette technologie est moins productive que la fission d’UHE, en raison de la plus faible teneur en uranium. Pour obtenir un même rendement, il faut donc une plus grande quantité d’uranium, ce qui entraîne une hausse correspondante du volume de déchets. Il serait possible d’accroître la productivité des cibles d’UFE en augmentant la teneur en uranium.

La fission d’UFE est compatible avec la chaîne d’approvisionnement mondiale actuelle en 99Mo et en 99mTc. La capacité d’irradiation est comparable à celle des cibles d’UHE. Cette méthode permet aussi de produire simultanément un large éventail de radioisotopes, en plus du 99Mo.

Réacteurs à solution aqueuse d’UFE

Des réacteurs nucléaires à solution aqueuse d’UFE ont été construits dans plusieurs pays, principalement aux fins d’études de criticité. Ces réacteurs peuvent produire du 99Mo pur, mais aucun n’est actuellement disponible à cette fin.

Ce type de réacteurs semble présenter des caractéristiques intéressantes (rendement, taux de production, technologie ne se prêtant pas à la prolifération, et économies potentielles). En revanche, cette technologie n’est pas encore parvenue à maturité ni totalement acceptée par les organismes de réglementation et les utilisateurs. En théorie, ces réacteurs pourraient être utilisés pour produire tout un éventail de radioisotopes, et le 99Mo produit pourrait être distribué dans le monde entier.

Activation neutronique du 98Mo

L’activation neutronique du 98Mo dans un réacteur de recherche est une autre façon de produire du 99Mo. Le procédé actuellement employé est techniquement faisable et utilisable avec presque n’importe quel réacteur de recherche, et même certains réacteurs de puissance. Il s’agit d’une technologie ne se prêtant pas à la prolifération, sécuritaire et ne produisant presque aucun déchet radioactif (à moins que l’on utilise du Mo enrichi). En revanche, elle donne un produit de faible activité spécifique (peut‑être trop faible pour les générateurs actuels de 99mTc) et elle est 50 fois moins productive que la fission. En théorie, on pourrait accroître la productivité en améliorant la technologie et en utilisant du Mo enrichi pour améliorer la qualité des isotopes produits.

Des pays ne faisant pas partie de l’OCDE utilisent cette technologie pour produire des isotopes sur une petite échelle, à des fins commerciales. L’activation neutronique n’intéresse pas encore les grands utilisateurs commerciaux ou les exploitants de centrales électriques, pour qui la production d’isotopes entre en conflit avec leur but premier, qui est de produire de l’électricité. Il leur faudrait aussi démontrer en détail la sécurité du procédé et se soumettre à un processus d’approbation qui pourrait s’avérer long. On n’envisage pas de production sur une grande échelle dans un proche avenir.

Source : Agence de l’énergie nucléaire de l’OCDE, The Supply of Medical Radioisotopes: Review of Potential Molybdenum-99/Technetium-99m Production Technologies, novembre 2010.

Évaluation générale de la faisabilité technique et commerciale des technologies à base d’accélérateurs

Cyclotrons

Les cyclotrons offrent un moyen éprouvé de produire directement du 99mTc. Ils sont potentiellement avantageux du point de vue du coût et de la gestion des déchets (ils ne produisent presque pas de déchets nucléaires). Il s’agit d’une technologie ne se prêtant pas à la prolifération et pour laquelle il est facile d’obtenir une approbation (aucune matière dangereuse, explosive ou fissile). En revanche, à l’heure actuelle, les cyclotrons ont un rendement nettement inférieur à la fission et requièrent des quantités importantes de molybdène hautement enrichi (100Mo).

Comme on ne peut utiliser les cyclotrons que pour répondre à la demande locale, ils sont peu compatibles avec la chaîne d’approvisionnement actuelle en 99Mo et en 99mTc. Enfin, ils peuvent servir à produire d’autres isotopes, mais pas en même temps que du 99Mo. (Au Canada, TRIUMF et le Centre d’imagerie moléculaire de Sherbrooke ont annoncé récemment des avancées dans la technologie des cyclotrons.)

Photofission

(accélérateur d’électrons)

L’accélération d’électrons par photofission fait l’objet de tests expérimentaux, mais elle n’a pas encore été mise à l’essai pour la production de 99Mo. Cette technologie présente l’avantage de faire appel à un procédé semblable à celui de la fission à l’aide d’un réacteur, avec à peu près le même rendement. Il s’agit aussi d’une technologie ne se prêtant pas à la prolifération et considérée comme plus sécuritaire que la fission d’UFE. En revanche, elle n’est pas encore suffisamment au point pour l’irradiation. De plus, les accélérateurs d’électrons consomment énormément d’énergie, ce qui n’est pas efficace globalement sur le plan de la production.

L’accélération par photofission pourrait servir à produire du 99Mo, mais seulement sur une petite échelle. Enfin, les accélérateurs d’électrons pourraient produire d’autres isotopes, mais pas en même temps que du 99Mo.

Réaction photonucléaire

(accélérateur d’électrons)

La production des accélérateurs photonucléaires est considérée comme élevée en théorie, même si la technologie en est encore à l’étape de la recherche en laboratoire. Toutefois, l’activité spécifique du 99Mo produit n’est pas assez élevée pour les générateurs actuels de 99mTc (même problème que pour la technologie d’activation neutronique). On pourrait accroître la productivité en améliorant la technologie et en utilisant du Mo hautement enrichi.

Cette technologie, fondée sur les accélérateurs d’électrons, pose des problèmes semblables à la photofission : ces accélérateurs consomment beaucoup d’énergie, ne sont pas largement accessibles et ne peuvent pas produire d’autres isotopes en même temps que du 99Mo. La viabilité commerciale de cette option n’est pas encore connue.

Autres D’autres technologies d’accélérateurs, qui en sont encore à l’étape théorique, pourraient devenir des options commerciales viables à long terme d’ici 2025 à 2035.

Source : Agence de l’énergie nucléaire de l’OCDE, The Supply of Medical Radioisotopes: Review of Potential Molybdenum-99/Technetium-99m Production Technologies, novembre 2010.

Incidence financière des diverses technologies (estimation en fonction de la demande mondiale)

Technologie Nombre d’appareils requis pour approvisionner le marché mondial Coûts des immobilisations (estimés) pour répondre à la demande mondiale
(normalisés par rapport à 100 % de la demande mondiale estimée)
Coût unitaire (estimé) du produit final
(par curie à 6 jours de 99Mo)
Fission d’uranium hautement enrichi (UHE) 5 à 10 réacteurs et usines de traitement 1,38 milliard $ US
(Total mondial des coûts des immobilisations, selon les calculs de l’Agence de l’énergie nucléaire de l’OCDE [AEN])
555 à 850 $ US
Fission d’uranium faiblement enrichi (UFE)  5 à 10 réacteurs et usines de traitement 2 milliards $ US
(Total mondial des coûts en capital, selon les calculs de l’AEN)
735 à 1 100 $ US
Réacteurs à solution aqueuse d’UFE  Au moins 13 réacteurs et usines de traitement 0,325 milliard $ US
(Quoique les coûts associés aux risques liés au développement technologique demeurent inconnus)
410 à 970 $ US
Activation neutronique du molybdène-98 (98Mo) 20 réacteurs ou plus 1,6 milliard $ US 3 740 à 3 960 $ US
(Le coût unitaire pourra diminuer à 510 à 850 $ US si le procédé actuel fait l’objet d’améliorations techniques)
Cyclotrons  200 cyclotrons 2,3 milliards $ US
(11 millions $ US par cyclotron)
900 à 1 230 $ US
Photo-fission (accélérateur
d’électrons) 
Des centaines d’appareils à grande puissance (500 kW) n/d (45 millions $ US par accélérateur) n/d
(Probablement très élevé)
Réaction photo­nucléaire
(accélérateur
d’électrons)
20 appareils à grande puissance (500 kW chacun), ou 100 appareils de 100 kW 0,9 milliard $ US pour les installations, plus le coût du matériel cible (c.-à-d. molybdène hautement enrichi) n/d

Source : Agence de l’énergie nucléaire de l’OCDE, The Supply of Medical Radioisotopes: Review of Potential Molybdenum-99/Technetium-99m Production Technologies, novembre 2010.