Le chimiste Kevin Gaddis a adapté les composants d'un système de chromatographie ionique à haute pression pour résister aux conditions extrêmes d'une cellule chaude. Le système à pompe pourrait réduire de 75 % le temps nécessaire aux séparations isotopiques. Crédit :Carlos Jones/ORNL, Département américain de l'énergie
La chromatographie ionique à haute pression, utilisant une pompe à haute pression pour permettre une séparation plus rapide des ions, est l'un des moyens les plus rapides et les plus efficaces pour effectuer des séparations chimiques.
Le problème :les HPIC électroniques modernes ne sont pas conçus pour résister à l'environnement à fort rayonnement d'une cellule chaude ou à certains des solvants chimiques puissants utilisés pour séparer les radio-isotopes des contaminants.
"Le rayonnement dans une cellule chaude détruirait ces composants, " a déclaré Kevin Gaddis, technicien en chimie isotopique enrichie.
Ainsi, les techniciens de l'ORNL traitant les radio-isotopes de cibles irradiées, comme l'actinium-225 de cibles de thorium, ont dû recourir à une méthode plus lente :la gravité. Au lieu d'utiliser la pompe électrique pour pousser des solutions contenant des sous-produits de la cible de thorium irradié à travers une colonne, les solutions sont alimentées par le haut, avec les séparations qui s'égouttent.
"Parfois, cela peut être fastidieux, " a déclaré Gaddis. " Cela prend un certain temps. "
Gaddis, l'un des scientifiques de l'ORNL travaillant sur le projet de production Tri-Lab Ac-225 avec des scientifiques de Los Alamos et Brookhaven, a cherché un moyen de tirer parti de la technologie HPIC moderne pour accélérer la production d'Ac-225, pour laquelle il existe une forte demande en raison de son utilisation dans les traitements contre le cancer.
Le chimiste Kevin Gaddis a construit un panneau de commande pour le HPIC qui utilise la pression d'air au lieu de l'électronique, afin qu'il puisse être utilisé à l'intérieur d'une cellule chaude lors du traitement de l'actinium-225. Crédit :Carlos Jones/ORNL, Département américain de l'énergie
Depuis quatre ans, il a construit un HPIC automatisé capable d'être utilisé dans une cellule chaude et maintenant il a un prototype testé, documents d'invention et un agent de brevets.
"Beaucoup d'entreprises essaient de se séparer, " dit Gaddis - mais à sa connaissance, son HPIC est le seul adapté pour une utilisation en cellule chaude.
Gaddis a commencé par concevoir le système afin que l'ordinateur et la pompe électronique puissent être situés à l'extérieur de la cellule chaude, pour donner accès à l'opérateur. Il a dépouillé la partie du système qui sera située à l'intérieur "jusqu'aux os nus, " construire un panneau de commande simplifié avec des vannes pneumatiques pour contrôler le débit de liquide à travers le système et pour changer les produits chimiques pompés. Le composant qui maintient les colonnes, dans lequel l'Ac-225 et d'autres sous-produits s'écoulent lorsqu'ils sont séparés, est conçu pour que chaque colonne puisse se déplacer indépendamment sans heurter une autre lorsqu'elle est déplacée par l'opérateur avec les bras manipulateurs automatisés.
"De cette façon, c'est très facile à charger, et nous pouvons récupérer un produit propre, " il a dit.
Que le traitement doit être contrôlé par des bras manipulateurs, pas par des mains humaines, présenté des défis dans la conception. Outre l'espacement des colonnes et le besoin d'interrupteurs de vanne faciles à basculer, les bouchons qui scellent les colonnes devaient pouvoir être enfilés solidement par les manipulateurs. Gaddis a fini par faire imprimer des casquettes personnalisées en 3D sur place.
"Notre préoccupation n°1 était, « Pouvons-nous réparer une fuite à l'intérieur de la cellule avec le manipulateur ? » », a déclaré Gaddis. "Une fuite pourrait gaspiller ou contaminer l'Ac-225."
Initialement, Le HPIC adapté de Kevin Gaddis ne sera utilisé que pour la quatrième des six séparations dans le traitement de l'actinium-225, mais il espère qu'il sera plus tard utilisé pour d'autres séparations – et d'autres isotopes. Crédit :Carlos Jones/ORNL, Département américain de l'énergie
Au cours des tests plus tôt cette année dans une installation de maquettes de cellules chaudes spécialisées à l'ORNL, Gaddis a provoqué une fuite et a pu la réparer rapidement avec le manipulateur tenant une clé.
Un test dans l'installation où Gaddis a fait passer de l'eau froide dans le système a montré qu'il pouvait effectuer la quatrième étape de séparation du processus en plusieurs étapes - l'élimination des lanthanides adjacents - en 75 % moins de temps qu'avec le système alimenté par gravité. Ses recherches ont été présentées lors d'une conférence, et il prévoit de le publier également.
"Idéalement, si nous pouvons réduire la séparation de quatre heures à une heure, nous pouvons sortir plus de produit, " dit-il. " L'Ac-225 est très demandé, et sa demi-vie est si courte, un peu moins de 10 jours. Les heures comptent."
Après avoir mis en œuvre les suggestions de plusieurs collègues expérimentés dans le travail en cellule chaude, Gaddis espère que le système HPIC automatisé sera installé dans la cellule chaude utilisée pour la production d'Ac-225 d'ici l'automne. Il espère également que le système pourra être utilisé pour plus des six séparations requises pour traiter l'Ac-225 - et, finalement, dans la séparation d'autres isotopes.
"J'aimerais gagner plus de temps libre, " dit-il. " Tout temps est précieux. "
Gaddis est arrivé à l'ORNL il y a cinq ans après avoir travaillé comme technicien en chimie à l'usine de biosciences industrielles de DuPont à Vonore, Tennessee
"Avant de venir à l'ORNL, J'ai décidé que je pouvais travailler dans n'importe quel travail de chimie, mais si je peux faire quelque chose pour aider les gens ou aider la planète, ça me ferait plaisir de faire ça, " a déclaré Gaddis. " Être capable de travailler avec des isotopes qui sont utilisés pour guérir le cancer, VIH, et d'autres maladies est merveilleux. J'ai hâte d'aller travailler tous les jours."
