1 produÇÃo de molibdÊnio-99 em meio aquoso eduardo cabral benedito dias baptista filho

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PRODUÇÃO DE MOLIBDÊNIO-99 PRODUÇÃO DE MOLIBDÊNIO-99 EM MEIO AQUOSOEM MEIO AQUOSO

Eduardo Cabral

Benedito Dias Baptista Filho

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• Desenvolvimento de um dispositivo de irradiação no Reator IEA-R1para produção de até 500 Ci por semana de Mo-99

Objetivo Objetivo

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• Vantagens:o Alta eficiência do uso de nêutrons para produção de

radioisótoposo Não necessita de alvos de irradiação menor perda de

urânio por Ci de Mo-99 produzidoo Mais de 100 vezes mais eficiente para produzir Mo-99 do

que os métodos usados atualmenteo Mínima geração de rejeitos radioativoso Possibilidade de produzir outros radioisótopos Xe-133,

Sr-89, Y-90, I-131 etco Baixo fluxo de nêutrons e baixa potência

Produção de Mo-99 em meio aquosoProdução de Mo-99 em meio aquoso

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• Etapas do processo de produção de Mo-99:

1) Irradiação

2) Extração

3) Purificação

4) Reposição

Processo de produção de Mo-99Processo de produção de Mo-99

Recombinação H2Recombinação H2

Extração N2Extração N2

Retenção IodíneosRetenção Iodíneos

IRRADIAÇÃOIRRADIAÇÃOIRRADIAÇÃOIRRADIAÇÃO

EXTRAÇÃO MoEXTRAÇÃO MoEXTRAÇÃO MoEXTRAÇÃO MoExtração (Al2O3)Extração (Al2O3)

Controle do pHControle do pH

PURIFICAÇÃOPURIFICAÇÃOPURIFICAÇÃOPURIFICAÇÃOPurificaçãoPurificação

Proces. RejeitosProces. Rejeitos

Proces. RejeitosProces. Rejeitos

REPOSIÇÃOREPOSIÇÃOREPOSIÇÃOREPOSIÇÃOAjustes QuímicosAjustes Químicos

Reposição

Reposição

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1) Estudos iniciais de neutrônica, térmica-hidráulica etc

2) Estimativas de recursos e prazos

3) Dispositivo de irradiação pilotoa) Testes de irradiação

b) Caracterização dos produtos da irradiação

c) Caracterização dos gases gerados pela radiólize

4) Desenvolvimento do sistema de irradiação

5) Desenvolvimento do processo de separação e purificação do Mo-99

6) Desenvolvimento dos processos de tratamento, processamento e reposição de rejeitos

7) Análise de segurança

Etapas do projetoEtapas do projeto

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• Parâmetros de irradiação adotados:o Solução aquosa de Nitrato de Uranila – UO2(NO3)2

o Volume da solução: ~1 Lo Concentração do sal: ~100 g/Lo Massa de sal: 105 go Massa total de urânio 235: 12,5 go Massa total de urânio enriquecido a 20%: 63 go Esquema de operação: irradiação por 5 dias e

decaimento por 2 diaso Fluxo de neutrons: térmico 9,1x1012, epitérmico

1,18x1012, rápido 5,8x1011 (posição 14 de irradiação do IEA-R1)

Cálculos preliminaresCálculos preliminares

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• Resultados: Produção de Mo-99: 96 Ci por semanao Para produzir 500 Ci/semana necessário cerca de 5 L o Potência: 2,1 kW (densidade de potência = 2,1 kW/L)o Massa de U-235 gasta por semana: 12 mgo Massa de sal gasto por semana: 18,5 mgo Após retirada do Mo-99 solução retorna para irradiação o U-235 gasto deve ser reposto periodicamente para

manter mesma produção de Mo-99o Quantidade inicial de sal pode ser utilizada por vários

anos (cerca de 20 anos para queima total da massa inicial de U-235)


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• Resultados:o Radiólise da água e do nitrato de uranila gera hidrogênio,

oxigênio e nitrogênio em grandes quantidades: Volume estimado de H2 produzido: 26,2 L/h ou 3,1

m3/semana

Volume estimado de N2 produzido: 0,31 L/h ou 37,7 L/semana

Não foram achados dados para produção de O2

o Esses gases devem ser extraídos ou recombinados

o Outros gases (principalmente gases nobres e iodo) são produzidos e também devem ser extraídos


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• Para produção de 530 Ci de Mo-99 por semana:o Total de atividade na solução aquosa de urânio:

Após 5 dias de irradiação: 18,2x104 Ci Após 2 dias de decaimento: 9,8x102 Ci

o Total de atividade dos gases gerados: Após 5 dias de irradiação: 7,9x103 Ci Após 2 dias de decaimento: 1,47x103 Ci

o Quantidade de gases radioativos gerados: Volume total: 1,51 ml Massa total: 7,59 mg

o Conteúdo de gases radioativos após 5 dias de irradiação


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Dispositivo piloto de irradiaçãoDispositivo piloto de irradiação

• Experimento com pequena quantidade de sal de urânio:o Objetivos:

Obtenção de dados preliminares Determinar com melhor exatidão quantidade de gases produzidos

(H2, O2 e N2)

Confirmar resultados de cálculo Definir parâmetros de projeto para dispositivo final

o Irradiação em um beam-hole ou em um dispositivo já existenteo Quantidade de radiação gerada é controlada em níveis que

podem ser manipulados com os equipamentos atuais do IPEN necessário definir níveis de radiação tolerados

o Especificação de sensores para determinar concentração dos gases (laser?)

o Medida de Mo-99 por meio de espectro-gama

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• Dispositivo contendo solução de nitrato de uranila é posicionado ao lado do núcleo do reator

• Durante a irradiação os gases gerados devem ser tratados:

• Sistema de recombinação do H2 com O2 e retorno da água para a solução

• Sistema de remoção de Iodíneos

• Sistema de remoção do N2

• Sistema de reposição de ácido nítrico para manter o pH e evitar a precipitação do UO2

• Sistema de transferência da solução para análise e retirada do Mo-99

Dispositivo de irradiaçãoDispositivo de irradiação

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Sistema de Gases e Extração de Iodo, Sr, etc.Sistema de Gases e Extração de Iodo, Sr, etc.

RecombinadorRecombinador

ResfriamentoResfriamento

Condensador/ResfriadorCondensador/Resfriador

Sistema de Extração de Mo-99Sistema de Extração de Mo-99

Placa do ReatorPlaca do Reator

IrradiadorIrradiador

• Irradiador contendo a solução aquosa

• Sistema de resfriamento para retirar potência gerada (~12 kW) utilizar a circulação de refrigerante do reator para o resfriamento do dispositivo

• Recombinador processo similar às células PEM para recombinar H2 e ao mesmo tempo extrair sinal elétrico proporcional à geração de H2

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• Condensador vapor de água gerado na irradiação e na recombinação do H2 deve retornar ao dispositivo

• Sistema de extração da solução aquosa para produção de Mo-99:

o Freqüência diária, semanal, ou contínua?

o Blindagemo Localização da “fábrica”

de produção de Mo-99

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• Tratamento de gases radioativos (Iodo, Xenônio, Kriptônio) separar e estocar em leitos de carvão ativado para liberação controlada pelo sistema de exaustão do IEA-R1 após decaimento e equilíbrio (Xe e Kr)

• Extração de outros isótopos de interesse

• Separação e retirada do N2 e seus subprodutos (NOx) gerados

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• Processo de Extração do Mo-99:o Trocador de íons de Al2O3

o Processo de remoção de alguns rejeitos e poderá ser estudado um sistema para extração de Estrôncio e Xenônio

• Purificação do Mo-99 etapa subseqüente, envolvendo outra troca iônica e processamento de rejeitos

• O restante da solução deve ser tratado e complementado para reposição do U-235 gasto para uma nova irradiação

Extração de MO-99Extração de MO-99

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