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PRODUÇÃO DE MOLIBDÊNIO-99

PRODUÇÃO DE MOLIBDÊNIO-99. Eduardo Cabral Benedito Dias Baptista Filho Julian Marco B. Shorto. Objetivo. Análise dos métodos de produção de 99 Mo mais adequados para uso no IPEN para produção de 500 Ci por semana de 99 Mo. Métodos de produção de 99 Mo. Reações que produzem 99 Mo.

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PRODUÇÃO DE MOLIBDÊNIO-99

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Presentation Transcript

  1. PRODUÇÃO DE MOLIBDÊNIO-99 Eduardo Cabral Benedito Dias Baptista Filho Julian Marco B. Shorto

  2. Objetivo • Análise dos métodos de produção de 99Mo mais adequados para uso no IPEN para produção de 500 Ci por semana de 99Mo

  3. Métodos de produção de 99Mo • Reações que produzem 99Mo

  4. Métodos de produção de 99Mo • Fissão de 235U • Método usado atualmente em larga escala • Captura de nêutron em 98Mo • Reação 98Mo(n,)99Mo • Método possível e está em vias de se tornar comercial • Irradiação de 100Mo em aceleradores • Captura de raio gama, nêutron ou próton em 100Mo • Reações  100Mo(,n)99Mo, 100Mo(p,pn)99Mo, 100Mo(n,nn)99Mo • Ainda em pesquisa

  5. Método da fissão de 235U • Pode ser realizado por irradiação de mini-placas ou irradiação de solução aquosa de sal de urânio • Desvantagem  geração de grande quantidade de rejeitos radioativos • Pode ser realizado em reator nuclear ou em ecelerador • Muito eficiente para produzir 99Mo com alta atividade específica  10.000 a 50.000 Ci/g de Mo • Geradores de 99mTc com tecnologia bem conhecida  uso de Alumina como adsorvente do Mo (2 mg de Mo/g de Al2O3)

  6. Método da fissão de 235U • Vantagem  sem geração de rejeitos radioativos • Reações  100Mo(,n)99Mo, 100Mo(p,pn)99Mo, 100Mo(n,nn)99Mo • Exige 100Mo enriquecido a mais de 99,5% • Usa aceleradores de alta energia • Produz 99Mo com baixa atividade específica  <10 Ci/g de Mo • Pode usar gerador de 99mTc com PZC/PTC • Exige reciclagem do 100Mo após uso dos geradores de Tc • Ainda em fase desenvolvimento

  7. Método da captura de nêutron em 98Mo • Vantagem  sem geração de rejeitos radioativos • Processo de separação e diluição após a irradiação é praticamente eliminado • Produz 99Mo com baixa atividade específica  1 a 6 Ci/g de Mo • Uso de 98Mo enriquecido torna o processo mais eficiente • Gerador de 99mTc diferente mas com características muito similares aos usados atualmente  tecnologia já está pronta para ser utilizada

  8. Método da captura de nêutron em 98Mo • Uso de PZC/PTC como adsorvente de Mo viabiliza gerador de Tc • 250 mg de Mo/g de PZC/PTC  capacidade 130 vezes maior do que a do Al2O3 • Exige reciclagem do 100Mo após uso dos geradores de Tc • Método em desenvolvimento desde 1980 na Austrália e no Japão • Pode ser realizado por irradiação de Mo ou irradiação de solução aquosa de sal de Mo

  9. Método da captura de nêutron em 98Mo • Molibdênio sólido: • Menor volume irradiado • Sem geração de rejeitos • Solução aquosa de Molibdato de Potássio: • Método proposto no Japão em 2008 • Custo baixo de produção cerca de 60% do custo do método de irradiação de Mo sólido • Facilidade de transporte da solução • Processo de separação e diluição após a irradiação é praticamente eliminado • Gera rejeitos radioativos (42K)

  10. Método da captura de nêutron em 98Mo • Molibdênio sólido (Óxido de Mo)

  11. Método da captura de nêutron em 98Mo • Solução de Mo

  12. 6 g de PTC/PZC com Mo Método da captura de nêutron em 98Mo • Gerador de Tc: • PZC e PTC exibem alta capacidade de adsorção de Mo e alta capacidade de eluição de 99mTc • PZC e PTC são polímeros inorgânicos a base de Zr (Ti), O, H e Cl • Produção de PZC e PTC  a partir de álcool isopropílico e cloreto metálico de Zr (ou Ti) em condições de reação controladas • Duas fases de extração e purificação

  13. Método da captura de nêutron em 98Mo • Adsorventes PTC e PZC

  14. Método da captura de nêutron em 98Mo • Preço do 98Mo enriquecido

  15. Métodos de produção de 99Mo • Método mais adequado para o IPEN  captura de nêutron em 98Mo enriquecido sólido: • Reator IEAR1 em operação com fluxo de nêutrons suficientemente alto • Método praticamente não gera rejeitos radioativos • Tecnologia do gerador de Tc é conhecida • 98Mo enriquecido a 99% é disponível no mercado internacional com custo de cerca de US$ 1,00 por mg

  16. Cálculos preliminares • Parâmetros de irradiação adotados: • 100g de 98Mo enriquecido a 99% na forma de metal ou óxido (MoO2) • Massa total de material: • Metálico: 100g • Óxido: 133g • Volume do material: • Metálico: 10,2 cm3 • Óxido: 21,6 cm3 • Posição de irradiação  centro do núcleo • Fluxo de nêutrons: térmico 6,5x1013, epitérmico 4,2x1013, rápido 2,1x1013

  17. Atividade de equilíbrio 384 Ci Atividade com 5 dias: 274 Ci Atividade com 13 dias: 365 Ci Atividade com 4 dias: 242 Ci Curvas de decaimento após desligamento 224 Ci 166 Ci 147 Ci Cálculos preliminares

  18. Cálculos preliminares • Resultados: • Atividade específica gerada logo após 5 dias de irradiação  ~2,74 Ci por grama de Mo • Atividade específica gerada logo após 5 dias de irradiação e 2 dias decaindo: ~1,67 Ci por grama de Mo • Produção de 500 Ci por semana no dia da entrega dos geradores  necessário 300g de 98Mo • 300g de 98Mo enriquecido a 99%  equivale a 30 cm3 de Mo metálico ou 65 cm3 de óxido de molibdênio • Massa de 99Mo na amostra irradiada  0,4 mg

  19. Cálculos preliminares • Quantidade total de Mo necessária considerando reciclagem do 98Mo; • Tempo para reciclagem do Mo  2 semanas • Massa total de 98Mo a ser irradiada  3*300g = 900g • Custo total do 98Mo  US$ 900.000,00 (investimento inicial) • Perda de material na reciclagem  5% • Massa perdida por semana  15g • Massa de 98Mo gasta por ano é pequena  equivale às perdas na reciclagem  ~800 g (US$ 800.000,00)

  20. Cálculos preliminares • Gerador de 99mTc: • Cada gerador de 1 Ci  0,6 g de 98Mo • Quantidade de PTC/PZC em cada gerador  2,4 g • Total de PZC/PTC usado por semana para ter 500 Ci  1,2 kg • Total de PZC/PTC usado por ano para produzir 500 Ci por semana  62,4 kg • Reciclagem do PZC/ (PTC) deve ser analisada para minimizar rejeitos

  21. Cálculos preliminares • Se for usado Mo natural: • Atividade específica após radiação  0,66 Ci/g de Mo • Atividade específica após decaimento por 2 dias  0,4 Ci/g de Mo • Massa de Mo natural necessária por semana  1250g • Massa de Mo irradiado no gerador de 1 Ci  2,5 g • Massa de PTC/PZC no gerador de 1 Ci  10 g • Precisa verificar se gerador de Tc irá fornecer a atividade necessária para uso médico

  22. Conclusões • É viável produzir 99Mo no Reator IEAR1 • Se esquema de operação do reator for alterado pode-se ter uma atividade específica maior  até 3,6 Ci/g de Mo após irradiação • Processamento do Mo irradiado e produção dos geradores pode ser feita em 24 horas após irradiação  maior atividade específica  menor uso de 98Mo e de PTC/PZC • Método bastante adequado para reatores de teste de materiais como o RMB

  23. Conclusões • Implantação desse processo exige: • Novo esquema de operação do reator • Desenvolvimento do processo de produção de PTC ou PZC • Desenvolvimento dos novos geradores • Desenvolvimento do processo de reciclagem de 98Mo • Todas essas tecnologias são conhecidas e literatura é extensa e detalhada

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