Reator Multipropósito Brasileiro.

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1 Reator Multipropósito Brasileiro Radiofármacos uma colaboração para a medicina brasileira Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares FAAP 25/05/2011 Nilson Dias Vieira Junior

2 ÁREA E LOCALIZAÇÃO O IPEN está localizado no campus da USP, na Cidade Universitária, São Paulo, ocupando uma área próxima de m 2, ou 1/5 deste campus. Incubadora IPEN CTM/SP

3 A INSTITUIÇÃO - do IEA ao IPEN - Fundado em 31 de agosto de 1956 como IEA, o IPEN é hoje uma Autarquia Estadual vinculada à Secretaria de Desenvolvimento do Estado de São Paulo, gerida técnica, administrativa e financeiramente pela CNEN, órgão do MCT, e associada à USP para fins de pós graduação. Autarquia estadual= órgão conveniado da CNEN

4 A área Nuclear Brasileira Presidência da República Ministério da Ciência e Tecnologia Institutos de C&T CNEN Ministério de Minas e Energia Eletronuclear Ministério da Defesa Aeronáutica Exército Ministério das Relações Exteriores (com a AIEA) CTA CTEX IPEN INB Nuclep Angra 1 Angra 2 Marinha MEC e Estados da União Usuários Medicina CTMSP Universidades Pesquisa e Indústria

5 Principais laboratórios e instalações Nucleares e Radioativas do IPEN/CNEN Dois reatores nucleares,o IEA-R1, de 5MW e outro reator IPEN CNEN/SP-MB/01, moderado a água leve, potência de 100 W; Um laboratório de termo hidráulica com um circuito experimental de 70 bar; Dois aceleradores de elétrons de 1,5 MeV; Dois cíclotrons, 1 de 18 e outro de 30 MeV; Irradiadores de cobalto-60; Equipamentos de análise e diagnósticos variados

6 Principais laboratórios e instalações Nucleares e Radioativas do IPEN/CNEN Usinas piloto nas áreas do ciclo do combustível nuclear; Unidade de tratamento e armazenamento de rejeitos radioativos; Laboratório de calibração, de dosimetria, ambiental; Laboratório de produção de fontes seladas; Laboratório de descontaminação radioativa; Vários laboratórios de processamento e caracterização química, isotópica e física de materiais, etc.

7 Distribuição de servidores do IPEN quanto à formação

8 Colaboradores Pós doutorandos: 59 Colaboradores eventuais: 92 Alunos: Iniciação Científica: 215 Mestrado : 218 Doutorado: 222 (total de colaboradores: 806)

9 Evolução da formação de pós-graduação do IPEN nota 6 (CAPES) Pesquisadores e orientadores com premiações na iniciação científica títulos outorgados: mestrados e 576 doutorados Pesquisadores e bolsistas do instituto apresentam algumas das pesquisas do Ipen no Parque do Ibirapuera

10 PRODUÇÃO CIENTÍFICA relatórios técnicos livros e capítulos de livros resumoperiódicos nacionais resumo periódicos internacionais Publ. Inter resumos em eventos nacionais resumos em eventos internacionais trabalhos em eventos nacionais Publicações Internacionais trabalhos em eventos internacionais periódicos nacionais periódicos internacionais

11 PATENTES - acumulado Concedidas patentes concedidas Definitivo patentes protocolo INPI definitivo Provisório patentes protocolo INPI provisório patentes protocolo internacional internacional Membrana de hidrogel promove a liberação controlada de fármaco e pode auxiliar na cicatrização dos ferimentos do tipo cutâneo da doença (pedido de patente depositado )

12 UNIDADES DE PESQUISA CENTROS Biotecnologia Ciência e Tecnologia de Materiais Células a Combustível e Hidrogênio Combustíveis Nucleares Engenharia Nuclear Lasers e Aplicações Metrologia Das Radiações Química e Meio Ambiente Reator de Pesquisas Tecnologias das Radiações

13 Centros e suas funções APLICAÇÕES ENERGIA Combustíveis Nucleares Radiofarmácia Tecnologias das Radiações Radioproteção Engenharia Nuclear Células a Combustível e Hidrogênio Lasers e Aplicações Ciência e Tecnologia de Materiais Reator de Pesquisas CORRELATOS Biotecnologia Química e Meio Ambiente Metrologia das Radiações SEGURANÇA Rejeitos Radiativos

14 A Medicina Nuclear no Brasil O IPEN (antigo Instituto de Energia Atômica ) completou 54 anos e a Radiofarmácia do IPEN tem 51 anos!

15 O que é Medicina Nuclear? É a especialidade da Medicina que utiliza materiais radioativos para diagnóstico ou terapia de diversas doenças ou disfunções do corpo humano.

16 RADIOFÁRMACO Toda substância que, por sua forma farmacêutica, quantidade e qualidade de radiação emitida por um radioisótopo constituinte, pode ser utilizada na Medicina Nuclear no diagnóstico e terapia, independente da forma ou via de administração (intravenosa, oral, inalação, intersticial,, etc.)

17 Os radioisótopos são incorporados a moléculas que são metabolizadas e incorporadas temporariamente ao organismo Duas possibilidades de uso: Imagem de sua emissão gama que atravessa o corpo humano Diagnóstico Destruição de tecidos circunvizinhos para terapia (câncer hemofilia, etc.)- Terapia

18 Radioisótopos Isótopos (átomos com mesma carga) de núcleos estáveis que são produzidos artificialmente, diretamente por reações nucleares ou indiretamente através do decaimento de um núcleo pai. Reações Nucleares Reações entre feixes de partículas e núcleos (alvos), produzindo novos núcleos e partículas. Ocorrem em Reatores Nucleares ou Aceleradores de partículas carregadas (tipo Cíclotron, por exemplo) Similaridades com reações químicas: 18 O + p 18 F + n ou p( 18 O, 18 F)n

19 Diretoria de Radiofarmácia Produção e controle de qualidade de radiofármacos operando 2 aceleradores cíclotron Boas Práticas de Fabricação Aplicadas à produção de radiofármacos Pesquisa e Desenvolvimento de novos radiofármacos Desenvolve e produz radioisótopos e radiofármacos para realização de diagnósticos e terapia em medicina nuclear.

20 Centro do Combustível Nuclear Produção de Elementos Combustíveis tipo placa com teor de enriquecimento de 19,75% (U3Si2) Elemento combustível do Reator IEA-R1 montagem final

21 Centro do Reator de Pesquisas Opera o Reator Nuclear IEA-R1 de forma segura e sustentável, realiza pesquisa básica e aplicada e produz conhecimento científico e tecnológico nas áreas de: física nuclear, física da matéria condensada, análise por ativação de nêutrons, etc.. 53 anos

22 Infraestrutura para Produção e Pesquisa IPEN REATOR NUCLEAR, IEA- R1 Características técnicas Reator tipo piscina Potência: 2MW 5 MW Fluxo neutrons térmico =1-4x10 13 n/cm 2.s 235 U enriquecido: 19,75% Fluxo = 1,17x10 14 n/cm 5MW Refletor: grafite Moderador: água Crítico: 1957 Fabricante: Babcock & Wilcox Co Operação continua: 64hs / semana

23 INFRA-ESTRUTURA PARA PRODUÇÃO Celas de processamento

24 Centro de Tecnologia das Radiações Esterilização de material clínico Desinfestação de produtos agrícolas Radiografia Industrial P&D Irradiador Multipropósito do IPEN

25 Centro de Biotecnologia Áreas: Estudos de biodistribuição biotecnologia e saúde, especificamente com: Biofármacos; Hormônios Hipofisários; e Biotério para criação e manutenção de animais de laboratório. Desenvolvendo competência científica e tecnológica, formando recursos humanos e gerando produtos e serviços para a sociedade brasileira.

26 Gerência de Metrologia das Radiações Metrologia para padronização e garantia da qualidade Desenvolve e mantém padrões e métodos de medição de grandezas associadas à radiação ionizante, gera conhecimento científico e tecnológico, contribuindo para a formação de recursos humanos e para a melhoria da qualidade de vida da população brasileira.

27 Gerência de Radioproteção Controle radiológico das instalações radiativas e nucleares do Ipen, do público e do meio ambiente; Atender emergências radiológicas e nucleares no Estado de São Paulo; Atuar no transporte de material radioativo; Atuar na formação de recursos humanos e em assessoria de radioproteção.

28 Gerência de Rejeitos Radioativos Célula de desmontagem de fontes radioativas Armazenamento

29 INFRA-ESTRUTURA PARA Controle de Qualidade de Radiofármacos

30 TIREÓIDE 99m Tc Pertecnetato LINFOGRAFIA 99m Tc Dextran 500 SISTEMA ÓSSEO 99m Tc Metileno Difosfonato RINS 99m Tc DTPA 99m Tc Citrato Estanoso 99m Tc DMSA 99m Tc Etilenodicisteína ESTÔMAGO 99m Tc Pertecnetato Aplicações do 99m Tc em diagnóstico CÉREBRO 99m Tc DTPA 99m Tc Elinododicisteina Dietilester GLÂNDULAS SALIVARES 99m Tc Pertecnetato PULMÃO 99m Tc Macroagregado de Soro Albumina Humano CORAÇÃO 99m Tc Pirofosfato 99m Tc MIBI FÍGADO 99m Tc Estanho Coloidal 99m Tc Enxofre Coloidal 99m Tc Fitato, 99m Tc Diisopropil minodiacético

31 Radiofármacos Aplicados em Terapia Atividade alta TIREÓIDE 131 I NaI 131 I Capsula SISTEMA ÓSSEO 153 Sm EDTMP TUMORES NEUROEN- DÓCRINOS 177 LU DOTATATE 111 In DOTATOC 131 I MIBG FÍGADO 131 I Lipiodol SINOVECTOMIA 153 Sm - Hidroxiapatita 90 Y -Hidroxiapatita 90 Y - Hidroxiapatita

32 Gerador de 99 Mo/ 99m Tc Tempo de vida Tc99m= 6h - Até 300 geradores/semana - (250,500,750,1000, 1250, 1500 e 2000 mci) Produção ajustada para toda segunda-feira 100% produzido no IPEN/CNEN, com Mo99 importado

33 SPECT(single photon emission computerized tomography) cerebral com ECD- 99m Tc tridimensional cortes

34 Cintilografia e SPECT ósseo com MDP- 99m Tc (inserido em 2010 nos serviços de saúde) (inserido em 2010 nos serviços de saúde)

35 Distribuição regional dos radiofármacos produzidos pelo IPEN 2% 6% 14% 64% 14% Cerca de 330 clínicas no Brasil Estimativa de 1,5 milhões de atendimentos por ano

36 Distribuição de importações de radioisótopos Total de importação: 10,6 + 0,6 (geradores) = 11,2 milhões de dólares

37 Receita de Produtos e Serviços 50% do Gerador de Tc 99m

38 A Medicina Nuclear no Mundo Segunda técnica de diagnóstico por imagem mais usada no mundo, após a tomografia computadorizada (mais usada que NMR) 25 a 30 milhões com Tc-99m ( 80 % dos procedimentos) 2 milhões com F18-FDG 5 milhões com os demais NO MUNDO 44% nos E.U.A. (População: 309 milhões de pessoas) 4.4 % no Brasil (População: 185 milhões de pessoas) 2,4 % na Argentina (Popul.: 041 milhões de pessoas) Portanto, nossa taxa de atendimento populacional é de 5,9 vezes inferior à americana e 2, 6 vezes inferior à argentina

39 Importância do Mo % de todos os procedimentos de medicina nuclear; Tem papel fundamental no diagnóstico de câncer, doenças cardiológicas, renais, etc.; Procedimentos alternativos são menos eficazes, menos efetivos e não universais; Tendência de aumento de uso em decorrência do maior envelhecimento populacional;

40 Transformação do Mo-99 (6 horas) Anos) (Estável)

41 Produção de Mo 99 via fissão Reação Nuclear neutron 131 I Mo U tem 92 prótons e 143 nêutrons Distribuição dos produtos de fissão do 235 U

42 Cadeia de produção industrial do Mo 99 Reator Processamento Mo 99 Gerador de Tc 99m Farmácia Nuclear paciente Fluxo de 3 a 4 dias Etapas críticas: irradiação de 235 U em Reator Nuclear Processamento do elemento irradiado

43 Toda a atividade do consumo anual mundial corresponde a ~1,2 g de Mo 99!!! Brasil Europa Ásia USA Outros Atividade semanal Anos Consumo mundial semanal de Mo 99 Consumo do Brasil é 16,6 TBq ou 4,4% do total mundial

44 5 Reatores produzem 95% do suprimento mundial Surgimento do reator nuclear OPAL, na Austrália

45 Problemas internacionais na produção de radiofármacos O Reator Nuclear Canadense, NRU, Responsável pela produção de ~40% do Mo 99 do mundo, parou a operação em maio de 2009! Ainda em 2009, o Reator Holandês também parou! (2/3 do Mo 99) Problema conuntural!

46 Idade dos reatores produtores de Mo 99 Problema estrutural! LOCAL NOME DO REATOR IDADE CANADÁ NRU 51 BÉLGICA BR2 47 ÁFRICA DO SUL SAFARI-1 43 HOLANDA HFR 47 FRANÇA OSIRIS 42 Reator Opal, Australiano, iniciou operação

47 Responsabilidades para a área de saúde Preparação para atender uma população longeva Aumentar a disponibilidade de Mo 99/Tc- 99m para atender a População brasileira num patamar mais adequado Argentina: crescer 2,6 USA: crescer 5,8 Acompanhado de um esforço da classe médica e dos hospitais e clínicas

48 Necessidade de autonomia Reator Multipropósito Brasileiro RMB

49 Reator Multipropósito Brasileiro - RMB

50 Independência na Produção de Mo99 Reator Multipropósito Brasileiro (RMB) Participantes da primeira reunião para o projeto do reator nuclear multipropósito nacional, em 3 de setembro de 2008

51 RMB: Escopo do projeto PRODUÇÃO DE RADIOISÓTOPOS RADIOISÓTOPOS PARA SAÚDE INSUMOS RH PARA OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DO REATOR E INFRA-ESTRUTURA UF6 20% ENRIQUECIDO RADIOISÓTOPOS PARA INDÚSTRIA RADIOISÓTOPOS TRAÇADORES TESTE DE COMBUSTÍVEIS E MATERIAIS TESTE DE IRRADIAÇÃO DE COMBUSTÍVEIS TESTE DE IRRADIAÇÃO DE MATERIAIS APLICAÇÃO DE FEIXE DE NÊUTRONS Circuitos Experimentais para Teste de Irradia ção de Combustíveis e Materiais Instalação para Armazenamento Tempor ário de Elementos Combustíveis Queimados e Rejeitos Células Quentes para Análise Pós-irradiação (Combustíveis e Materiais) Edifício com Guias de Nêutrons e Hall de Experimentos REATOR RMB Laborat órios Suporte a Atividades Diversas do Reator Instalações Suporte para Utilização, Opera ção e Manutenção do Reator Células Quentes para Manuseio de Radioisótopos Células Quentes para Processamento de Mo-99 e I-131 FABRICAÇÃO DE ELEMENTOS COMBUSTÍVEIS RECURSOS ORÇAMENTÁRIOS PARA UTILIZAÇÃO, OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO LICENCIAMENTO DEFINIÇÃO DO LOCAL NORMAS DE PROJETO LICENCIAMENTO LICENCIAMENTO AMBIENTAL NUCLEAR PROJETO / CONSTRUÇÃO / COMISSIONAMENTO ANÁLISE POR ATIVAÇÃO TRANSMUTAÇÃO E DOPAGEM RH PARA PROJETO PROJETO CONCEPÇÃO / BÁSICO ENSINO E TREINAMENTO FÍSICA NUCLEAR PROJETO DETALHAMENTO (CONTRATOS) COMISSIONAMENTO CONSTRUÇÃO (CONTRATOS) CIÊNCIA DOS MATERIAIS CIÊNCIAS BIOLÓGICAS APLICAÇÕES TECNOLÓGICAS RECURSOS ORÇAMENTÁRIOS PARA PROJETO E CONSTRUÇÃO PARCERIAS NACIONAIS PARCERIAS INTERNACIONAIS

52 Modelo para o RMB Reator de pesquisa com piscina aberta como a do Reator Opal (Reactor Hall) Posições de Irradiação para testes de materiais e Produção de Radioisótopos

53 Teste de Irradiação de Combustíveis e Materiais Materiais Aspectos Objetivos do Teste Combustível Otimização das características de comportamento do combustível Verificar comportamento durante irradiação (operação normal e transientes); Verificar comportamento de combustíveis com altas taxas de queima: distribuição de temperatura, liberação de gases de fissão, densificação, inchamento, deformação do revestimento, corrosão do revestimento,... Qualificação e caracterização de novos combustíveis Desenvolvimento de materiais para revestimento otimizados em relação ao comportamento e resistência à corrosão

54 Materiais Aspectos Objetivos do Teste Estruturais Extensão da vida Útil de centrais nucleares de potência Segurança Verificar comportamento das estruturas internas do reator: corrosão, crescimento devido à irradiação, cinética de deformação lenta (creep) Verificar comportamento de materiais de vasos de reatores e de componentes internos do reator para extensão do período de operação: mudanças nas propriedades mecânicas dos aços de vasos, resistência à corrosão Reações dos combustíveis em situações acidentais Verificar comportamento de itens específic os (região de solda, por exemplo)

55 Aplicações Científicas

56 Neutrons livres duram 15 minutos (vida média)

57 Nêutrons e Raios X Representação * das amplitudes de espalhamento atômico e nuclear para alguns átomos e seus isótopos. Atomos vizinhos Átomos leves (principalmente H) Átomos leves e pesados

58 Marcação com deutério Z A σ coerente (barns) σ incoerente (barns) σ absorção (barns) H 1 1,757 80,26 0,333 1 H 1 1,758 80,27 0,333 2 H 2 5,592 2,05 0, H 3 2, 893 0,14 0

59 Pela substituição de H por D, Altera-se a razão sinal/ruido do feixe transmitido! H 100% D 100%

60 Cold Neutron source Espectro mais intenso e estreito: Mais densidadade espectral Tempo de experimento e razão sinal/ruído ordens de magnitude melhoradas

61 Imageamento com Neutrons no IPEN-CNEN/SP Por que nêutrons? Eles podem ver o que raios-x e radiação gama não podem!! raios-x neutrons água em uma cavidade de alumínio Tomografia Digital com neutrons: IPEN Reator Nuclear IEA-R1 (Imagens obtidas no IPEN pelo grupo do Dr. Reynaldo Pugliesi) Perspectivas do imageamento com neutrons no Brasil Aplicações: Líquidos, adesivos, explosivos(mesmo envoltos por espessas camadas de metais), materiais radioativos, hidretos metálicos, corrosão em metais, células de combustível, materiais biológicos, air bag, pás de turbina, etc RMB: excelente fonte intensa de neutrons, fundamental para obter imagens de alta qualidade e portanto novas parcerias em pesquisa e em desenvolvimento tecnológico

62 X-rays and neutrons for diffraction studies Property X-rays Neutrons General nature of scattering by atoms Electronic Regular increase of scattering amplitude (f) with atomic number (Z), calculable from known electronic configurations. Nuclear Irregular variation of scattering amplitude (b) with Z. Dependent on nuclear structure and only determined empirically by experiment. Nuclear is Good for light Atomos Magnetic scattering No differences among isotopes. No additional scattering. Scattering amplitude is different for different isotopes. Additional scattering by atoms with magnetic moments: Marking with isotopes is feasible (1) Diffuse scattering by paramagnetic materials (2) Coherent diffraction peaks from ferromagnetic and antiferromagnetic materials. Good for magnetic materials

63 Difratrômetro de neutrons com alta resolução para pós* (localizado no IPEN/CNEN) *C.B.R. Parente, V.L. Mazzocchi, J. Mestnik Filho, Y.P. Mascarenhas, R. Berliner. Aurora - A high-resolution powder diffractometer installed on the IEA-R1 research reactor at IPEN-CNEN/SP. Nucl. Instr. and Meth. A (2010)

64 O propósito da uso científico do reator premissas O Brasil tem tradição em alguns usos de feixes de neutrons (espalhamento elástico, neutrongrafia ) O Brasil desenvolveu uma comunidade científica de usuários de facilities ou laboratórios nacionais, como o LNLS; Espalhamento de nêutrons apresenta complementaridade com o de raios X, sendo mais sensível a massa Possui a vantagem adicional da técnica permitir a deuteração específica de moléculas orgânica grande potencial para uso biológico.

65 O propósito da uso científico do reator Possíveis linhas de feixe Powder diffractometer (high intensity, thermal neutrons, large focusing monochromators and a large detector) SANS (small angle neutron scattering) machine with cold neutron beam Laue diffractometer - thermal or cold neutrons. (cold neutron machine dedicated to biology Imaging station with thermal neutrons Reflectometer with cold neutrons Residual stress instrument (thermal neutrons)??? contribuição da comunidade científica

66 O estágio do Projeto do RMB (fase inicial adiantada) Definição da área física civil em Aramar, com todas as vantagens da já existência de um sítio Nuclear da Marinha; Complementação da área com recursos do governo do estado de São Paulo (5 milhões), além de outras possibilidades de investimento (FAPESP, S.S.); Definição de grupos de trabalho especialistas ( ~100 pesquisadores) e identificação das competências existentes e as deficitárias; Definição das necessidades para o Projeto Básico e as necessidades orçamentárias (50 milhões de reais)

67 O estágio do Projeto: fase inicial adiantada Definição da área física civil em Aramar, com todas as vantagens da já existência de um sítio Nuclear da Marinha; Complementação da área com recursos do governo do estado de São Paulo (5 milhões), além de outras possibilidades de investimento (FAPESP, S.S.); Definição de grupos de trabalho especialistas ( ~100 pesquisadores) e identificação das competências existentes e as deficitárias; Definição das necessidades para o Projeto Básico e as necessidades orçamentárias (50 milhões de reais) Total do projeto (PGV): US$ 500 milhões

68 Recursos financeiros O Brasil importa atualmente 13 milhões de dólares de rdiosiótopos produzidos em Reator Nuclear Podemos crescer facilmente 2,6 vezes Atingiremos importações de 30 milhões de dólares/ano Um reator de pesquisa dura ~50 anos O custo estimado do Reator é 500 milhões de dólares Somente com radiofármacos o Reator se pagará em 1/3 da vida útil!

69 Obrigado pela atenção! Nilson Dias Vieira Junior 69

70 Utilização científica de Feixe de Nêutrons Layout do reator de Grenoble Inst. Laue-Langevin 750 pesquisas com 1200 pesquisadores por ano

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