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

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

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

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 4

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) 5

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 6

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 7

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 8

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) 9

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

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

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 6 g de PTC/PZC com Mo 12

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

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

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 15

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 16

Curvas de decaimento após desligamento Cálculos preliminares Atividade de equilíbrio 384 Ci 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 17

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 18

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) 19

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 20

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 21

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 22

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 23