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Le SCK CEN décompose les atomes

La lumière laser excite les électrons d'un atome afin d'isoler des radio-isotopes spécifiques

SCK CEN - Jaarverslag Highlights - Laserlaboratorium MYRRHA (2021)

En un an à peine, le SCK CEN a achevé la construction d'une impressionnante installation laser. Elle rapproche le centre de recherche nucléaire de son objectif : le développement et la production d'une nouvelle génération de radio-isotopes médicaux. « Ces lasers nous permettront d'isoler des radio-isotopes spécifiques, indispensables à la vie », a déclaré Lucia Popescu, l'une des forces motrices du projet.

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2021)

Avec le projet MYRRHA, le centre d’étude nucléaire SCK CEN veut relever une série de défis sociaux. Le développement et la production de radio-isotopes pour les applications médicales et la recherche fondamentale font partie des ambitions du SCK CEN. Pour obtenir ces radio-isotopes, le SCK CEN bombarde de protons des « disques cibles ». Les disques cibles sont empilés dans le target container d'ISOL@MYRRHA - un tube d'un diamètre d'environ quatre centimètres. Dès qu'un faisceau de protons d'une énergie de 100 MeV traverse les disques cibles, les radio-isotopes se forment et s'évaporent. Ils commencent à errer et à se heurter à tout, jusqu'à ce qu'ils trouvent la sortie du target container. Cette sortie est également l'entrée d'un fin tube de transfert. Ce tube oriente les radio-isotopes vers la partie suivante de l'installation ISOL. « Naturellement, la nature des radio-isotopes qui poursuivent leur parcours n'est pas le fruit du hasard. Nous les sélectionnons avec soin. Seuls les radio-isotopes que nous souhaitons sont orientés vers l'installation », explique Lucia Popescu, ingénieur au SCK CEN.

La sélection est assurée par la lumière laser, qui est reflétée dans le tube de transfert via un jeu de miroirs. Les chercheurs utilisent deux types de laser. « Les lasers à colorant et les lasers à pompe », précise son collègue ingénieur Kim Rijpstra. Les lasers initient une ionisation par étapes. « Les électrons tournent sur des couches d'énergie autour d'un noyau atomique. Les lasers à colorant permettent à un électron de passer d'une couche à une autre, qui est plus éloignée du noyau. Une fois suffisamment loin, un dernier faisceau laser catapulte l'électron décalé hors de l'atome. En privant l'atome de ses électrons, il acquiert une charge positive. L'atome est ainsi ionisé et peut alors être accéléré et piloté avec précision. »

Empreinte digitale d'un atome

Tout comme chaque personne possède une empreinte digitale unique, chaque élément chimique du tableau périodique possède sa propre configuration électronique. La disposition des couches est différente dans chaque élément chimique et les électrons sont répartis différemment entre les différentes couches. « Plus l'électron se situe profondément dans l'atome, plus l'énergie nécessaire pour l'extraire est élevée. En ajustant la couleur des lasers à colorant, nous déterminons les sauts qui se produiront. Nous dirigeons ainsi nos faisceaux vers des électrons spécifiques et sélectionnons les atomes spécifiques dont le déplacement est encouragé », explique Kim Rijpstra. Ensuite, les atomes ionisés sont accélérés dans un champ électrique et séparés par un champ magnétique en fonction de leur masse. In fine, les isotopes sélectionnés sont collectés.

Ces lasers nous permettent d'isoler des radio-isotopes spécifiques, indispensables à la vie.
Lucia Popescu
SCK CEN - Highlights - Inhoudstafel (2021)

Installation laser

Depuis fin 2020, l'installation laser qui triera les radio-isotopes à l'avenir trône dans la zone technique du SCK CEN. Pour sa conception, le SCK CEN a étroitement collaboré avec la KU Leuven, une des universités belges. Une fois la conception finalisée, les pièces ont été commandées. « Lorsqu'elles ont été livrées au début de l'année 2020, nous avons immédiatement retroussé nos manches et nous nous sommes mis au travail. Après un an de travail acharné, l'installation était prête. Cette réalisation nous rapproche encore de notre objectif », clame-t-on fièrement. Cet objectif est fixé à 2027. Le centre de recherche souhaitera alors débuter le développement et la production d'une nouvelle génération de radio-isotopes. Même si de nombreuses autres étapes doivent encore être franchies, dont la première est le couplage de l'installation laser à l'installation ISOL@MYRRHA.

ISOL@MYRRHA : le cœur battant de la production d'isotopes

L'installation ISOL (Isotope Separation On-Line) est le cœur battant de la Proton Target Facility (PTF), où les radio-isotopes sont créés. Ces radio-isotopes sont utilisés à des fins médicales ou pour la recherche fondamentale et appliquée en physique et en recherche sur les matériaux. La caractéristique unique de cette installation réside dans l'intensité du faisceau de protons. Ce faisceau de protons est 100 fois plus intense que dans les autres installations européennes. Cela signifie que le centre de recherche nucléaire SCK CEN peut produire davantage d'isotopes en son sein.

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2021)

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Marc Schyns
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