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PRODUÇÃO DE MOLIBDÊNIO-99PRODUÇÃO DE MOLIBDÊNIO-99

Eduardo Cabral

Benedito Dias Baptista Filho

Julian Marco B. Shorto

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

Objetivo Objetivo

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• Reações que produzem 99Mo

Métodos de produção de Métodos de produção de 9999Mo Mo

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• 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

Métodos de produção de Métodos de produção de 9999Mo Mo

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• 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)

Método da fissão de Método da fissão de 235235UU

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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

Método da fissão de Método da fissão de 235235UU

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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

Método da captura de nêutron em Método da captura de nêutron em 9898Mo Mo

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• 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

Método da captura de nêutron em Método da captura de nêutron em 9898Mo Mo

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• 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)

Método da captura de nêutron em Método da captura de nêutron em 9898Mo Mo

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Método da captura de nêutron em Método da captura de nêutron em 9898Mo Mo

• Molibdênio sólido(Óxido de Mo)

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Método da captura de nêutron em Método da captura de nêutron em 9898Mo Mo

• Solução de Mo

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• 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

Método da captura de nêutron em Método da captura de nêutron em 9898Mo Mo

6 g de PTC/PZC com Mo

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Método da captura de nêutron em Método da captura de nêutron em 9898Mo Mo

• Adsorventes PTC e PZC

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Método da captura de nêutron em Método da captura de nêutron em 9898Mo Mo

• Preço do 98Mo enriquecido

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• 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

Métodos de produção de Métodos de produção de 9999Mo Mo

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• 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

Cálculos preliminaresCálculos preliminares

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Cálculos preliminaresCálculos preliminares

Atividade de equilíbrio 384 Ci

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

50

100

150

200

250

300

350

400

Tempo (dias)

Ativ

idad

e (C

i)

Curva de irradiação contínua

Curva de irradiação contínuaDecaimento desligando após 4 diasDecaimento desligando após 5 diasDecaimento desligando após 13 dias

Atividade com 4 dias: 242 Ci

Atividade com 5 dias: 274 Ci

Atividade com 13 dias: 365 Ci

147 Ci

166 Ci

224 Ci

Curvas de decaimento após desligamento

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• 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

Cálculos preliminaresCálculos preliminares

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• 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)

Cálculos preliminaresCálculos preliminares

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• 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

Cálculos preliminaresCálculos preliminares

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• 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

Cálculos preliminaresCálculos preliminares

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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

ConclusõesConclusões

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• 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

ConclusõesConclusões