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Programa de Capacitação Institucional – PCI

Edital para seleção de bolsistas - 02/2019 Comissão Nacional de Energia Nuclear

A Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) torna público o Edital 02/2019 do Programa de Capacitação Institucional – PCI para a realização do processo seletivo de bolsistas para execução de projetos PCI, nos termos aqui estabelecidos.

1 – Objeto

O presente Edital tem por finalidade a seleção de especialistas, pesquisadores e técnicos que contribuam para a execução de projetos de pesquisa no âmbito do Programa de Capacitação Institucional – PCI, Subprograma de Capacitação Institucional da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN).

1.1 – Projetos de Pesquisa a serem apoiados:

Os projetos de pesquisa abaixo relacionados serão apoiados pelo presente Edital.

TÍTULO DO PROJETO Local de execução

1.1.1 Capacitação do Laboratório de Radioproteção para a implantação de metodologias radioquímicas para análises de radionuclídeos e metais pesados por Cintilação em Meio Líquido, Espectrometria Alfa e Absorção Atômica

CRCN-CO

1.1.2 Infraestrutura de Apoio à Gestão e Preservação do Conhecimento Nuclear Brasileiro

DPD

1.1.3 Implementação de um Sistema de Gestão da Qualidade (SGQ) para certificação do método de medição de vazão em dutos de petróleo e gás natural empregando-se radiotraçadores

IEN

1.1.4 Pesquisa, desenvolvimento e avaliação de sistemas de controle, de novas interfaces e sistemas proteção de reatores nucleares baseados em programação lógica e componentes eletrônicos complexos

IEN

1.1.5 Realidade Virtual Aplicada na Divulgação das Aplicações da Energia Nuclear

IEN

1.1.6 Realidade Virtual Aplicada na Gerência de Rejeitos Radioativos IEN

1.1.7 Aperfeiçoamento e implantação da metodologia “in situ” de calibração de medidores de atividade

IPEN

1.1.8 Avaliação dos efluentes não radiológicos gerados no IPEN visando o desenvolvimento de um coeficiente de conformidade com a legislação ambiental, em atendimento as ações de licenciamento.

IPEN

1.1.9 Desenvolvimento de Tomógrafos Industriais Tipo 4D para Análise em Tempo Real de Sistemas Multifásicos e suas Aplicações Inovadoras

IPEN

1.1.10 Manutenção da certificação ISO9001 (2015) e implantação de um sistema de garantia da qualidade ISO17025 nos laboratórios do centro do reator de pesquisas e sua integração no SGI (Sistema de Gestão Integrada)

IPEN

1.1.11 Novos métodos terapêuticos e diagnósticos para o câncer de mama IPEN

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1.1.12 Otimização da metodologia de qualificação do U3Si2 utilizado como combustível Nuclear por Espectrometria de Fluorescência de raios X

IPEN

1.1.13 Síntese de proteínas recombinantes e avaliação do seu potencial antitumoral em bioensaios in vitro

IPEN

1.1.14 Sintetização e Caracterização por uma técnica nuclear de nanopartículas magnéticas com marcadores radioativos de 111In e 111Ag para aplicações em biomedicina e meio ambiente.

IPEN

1.1.15 Desenvolvimento do sistema de medição absoluta pelo método TDCR para a Rastreabilidade Metrológica de Radiofármacos

IRD

1.1.16 Caracterização pelo método de Monte Carlo de um monitor individual de nêutrons de albedo para avaliação de dose em aeronautas

IRD

1.1.17 Padronização da grandeza corrente elétrica para calibração de Eletrômetros

IRD

1.1.18 Aplicação web para dosimetria interna individualizada de pacientes em medicina nuclear

IRD

1.1.19 Estratégias de Avaliação de Efluentes Radioativos da Unidade de Tratamento de Minério das Indústrias Nucleares do Brasil e de Bacias de Drenagem sob sua influência, com ênfase em bioensaios de especiação de urânio e toxicidade, bem como caracterização físico-química: aplicações de recomendações internacionais em proteção radiológica ambiental.

LAPOC

1.1.20 Fusão Nuclear com Confinamento Eletrostático Inercial Assistido por Campo Magnético

IPEN

1.1.21 Ampliação das aplicações da energia nuclear na indústria, agricultura, meio ambiente e saúde: Estudo do portfólio da CNEN para desenvolvimento de mecanismos de tecnologia ao setor produtivo nacional.

DPD

1.1.22 Pesquisa e Desenvolvimento em Fusão Nuclear por Confinamento Magnético com vistas à Implantação do Laboratório de Fusão Nuclear.

LAP/INPE

1.1.23 Lasers de Alta Intensidade como aceleradores Compactos de Partículas: Possíveis Usos em Medicina

IPEN

1.1.24 SKIN-ON-A-CHIP: Plataforma microfluída para avaliação de equivalentes dermo-epidermicos.

IPEN

1.1.25 Difração de nêutrons no RMB e IEA-R1: modelagem, instrumentação e preparação de recursos humanos.

IPEN

1.1.26 Otimização do processo de obtenção de 99Mo e 131I usando traçadores

radioativos.

IPEN

1.2.27 Síntese e controle de qualidade do DO 2-[18F] FLÚOR-DESOXI-D-

GLICOSE [FDG (18F)] em presença do agente redutor ácido ascórbico no

Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste

CRCN-NE

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1.2.28 Síntese e caracterização do radiofármaco 18F-PSMA: avaliação de

parâmetros de eficácia, toxicidade e especificidade para diagnóstico de

câncer de próstata.

CRCN-NE

1.2.29 Implementação da técnica de micronúcleos com bloqueio de citocinese no

Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste – CRCN-NE/CNEN

para dosimetria biológica e aplicações interdisciplinares

CRCN-NE

1.2 – Do detalhamento dos projetos

Os projetos a serem apoiados pelo presente Edital serão realizados nas Unidades Técnico-Científicas da CNEN (UTC), conforme especificado no item 1.1. O detalhamento dos projetos, assim como o perfil do respectivo bolsista a ser selecionado pode ser consultado no “Título do Documento” - Anexo I.

2 – Cronograma

FASES DATA

Inscrições De 08/01 a 23/01/2019

Prazo para impugnação do Edital 05 dias corridos após a divulgação do edital no site da CNEN

Resultado preliminar a partir de 01/02/2019

Interposição de recurso administrativo do resultado preliminar

03 dias corridos após a divulgação do resultado preliminar

Resultado final (a ser ratificado pelo CNPq após indicação do bolsista na plataforma integrada Carlos Chagas)

04/02/2019

3 – Critérios de Elegibilidade

3.1 – Os critérios de elegibilidade indicados abaixo são obrigatórios e sua ausência resultará no indeferimento da inscrição.

3.2 – Quanto ao Candidato:

3.2.1 – O candidato à bolsa PCI, deve atender, obrigatoriamente, aos itens abaixo:

a) ser brasileiro ou estrangeiro residente e em situação regular no País;

b) ter seu currículo cadastrado na Plataforma Lattes, atualizado até a data limite para inscrição;

c) ter perfil e experiência adequados à categoria/nível de bolsa PCI pleiteada, conforme anexo I da RN 026/2018 do CNPq;;

d) não ter tido vínculo empregatício direto ou indireto ou ter sido aposentado pela mesma instituição executora do projeto.

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3.3 – Quanto à Instituição de Execução do Projeto:

3.3.1 – Os projetos serão executados nas Unidades Técnico-Científicas (UTCs) da Comissão Nacional de Energia Nuclear (UTCs), instituição de execução do Subprograma de Capacitação Institucional, conforme indicado na tabela do item 1.1 desse Edital. Seguem abaixo os endereços das UTCs:

Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento - DPD Rua Gal Severiano, nº 90 - Botafogo Rio de Janeiro - RJ - Brasil CEP 22290-901 Centro Regional de Ciências Nucleares do Centro-Oeste - CRCN-CO BR 060, km 174,5 CEP 75345-000 - Abadia de Goiás – GO Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste - CRCN-NE Av. Prof. Luiz Freire, 200 Cidade Universitária CEP: 50740-545 - Recife -PE Instituto de Engenharia Nuclear – IEN Rua Hélio de Almeida, 75 Cidade Universitária - Ilha do Fundão - Caixa Postal 68550 CEP: 21941-906 - Rio de Janeiro, RJ Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN Av. Prof. Lineu Prestes, 2242 Cidade Universitária - Bairro Butantã CEP: 05508-000 - São Paulo – SP Instituto de Radioproteção e Dosimetria – IRD Av. Salvador Allende, s/n Bairro: Recreio dos Bandeirantes CEP: 22780-160 - Rio de Janeiro, RJ Laboratório de Poços de Caldas – LAPOC Rodovia Poços de Caldas, km 13 Andradas CEP 37701-970 Poços de Caldas – MG Laboratório Associado de Plasma-LAP Fusão Nuclear - Tokamak ETE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais-INPE Av. dos Astronautas, 1758 CEP: 12.227-010 São José dos Campos-SP, Brasil

4 – Recursos Financeiros

4.1 – As bolsas serão operacionalizadas pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e

Tecnológico - CNPq e financiadas com recursos no valor anual de R$ 2.416.920.00 (Dois milhões

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quatrocentos e dezesseis mil e novecentos e vinte reais), oriundos do orçamento do Ministério da

Ciência Tecnologia, Inovações e Comunicações – MCTIC.

5 – Itens Financiáveis

5.1 – Bolsas

5.1.1 – Os recursos do presente edital serão destinados ao financiamento de bolsas na modalidade PCI, em suas diferentes categorias (D e E) e níveis.

5.1.2 – A implementação das bolsas deverá ser realizada dentro dos prazos e critérios estipulados para cada uma dessas modalidades, conforme estabelecido nas normas do CNPq que regem essa modalidade.

5.1.3 – A duração das bolsas não poderá ultrapassar o prazo de execução do projeto.

5.1.4 – As bolsas não poderão ser utilizadas para pagamento de prestação de serviços, uma vez que tal utilização estaria em desacordo com a finalidade das bolsas do CNPq.

6 – Inscrição no processo seletivo de bolsistas para execução de projetos PCI da CNEN

6.1 – As inscrições deverão ser encaminhadas à Secretaria de Formação Especializada da Comissão Nacional de Energia Nuclear (SEFESP) exclusivamente por correio eletrônico [email protected], contendo no ASSUNTO a expressão: “Edital PCI CNEN 02/2019 – Inscrição”.

6.1.1 - O recebimento da inscrição será confirmado pela Secretaria de Formação Especializada (SEFESP), também por correio eletrônico;

6.1.2 – Para participação no processo seletivo o candidato deverá apresentar os seguintes documentos em um único arquivo a ser enviado em formato PDF:

6.1.2.1 - Formulário de Aplicação – Anexo II;

6.1.2.2 – Currículo Lattes completo (atualizado até a data limite estabelecida no item 2 deste Edital).

6.2 – O horário limite para submissão das inscrições à SEFESP será até às 23h59 (vinte e três horas e cinquenta e nove minutos), horário de Brasília, da data descrita no CRONOGRAMA, não sendo aceitas inscrições submetidas após este horário.

6.2.1 – Recomenda-se o envio das inscrições com antecedência, uma vez que a Comissão Nacional de Energia Nuclear não se responsabilizará por aquelas não recebidas em decorrência de eventuais problemas técnicos e de congestionamentos.

6.2.2 – Caso a inscrição seja enviada fora do prazo de submissão, ela não será aceita, razão pela qual não haverá possibilidade de ser acolhida, analisada e julgada.

6.3 – Esclarecimentos e informações adicionais acerca deste Edital podem ser obtidos através do endereço eletrônico [email protected] ou pelo telefone (21) 2173-2187 / 2188.

6.3.1 – O atendimento encerra-se impreterivelmente às 16h, em dias úteis, e esse fato não será aceito como justificativa para envio posterior à data limite.

6.3.2 – É de responsabilidade do candidato entrar em contato com a SEFESP em tempo hábil para obter informações ou esclarecimentos.

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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6.4 – Um mesmo candidato poderá concorrer a uma bolsa em diferentes projetos listados no item 1.1. Para isso, o candidato deverá relacionar as vagas de seu interesse no campo específico do Formulário de Aplicação (Item III do Anexo II).

6.5 – O preenchimento incorreto e/ou ausência de algum documento estabelecido pelo item 6.1.2 implicará na desclassificação do candidato.

7 – Julgamento

7.1 – Critérios do Julgamento

7.1.1 – Os critérios para classificação dos candidatos quanto ao mérito técnico-científico são:

Critérios de análise e julgamento Peso Nota

A Experiência prévia do candidato em projetos científicos, tecnológicos ou de inovação na área do projeto de pesquisa selecionado.

1,0 0,0 a 10

B Adequação do perfil do candidato ao projeto a ser apoiado.

1,0 0,0 a 10

C Alinhamento do histórico acadêmico e profissional do candidato às competências e atividades exigidas à execução do projeto.

1,0 0,0 a 10

D Experiência prévia do candidato em projetos científicos, tecnológicos ou de inovação na área nuclear.

0,1 0,0 a 10

E Experiência prévia do candidato em projetos científicos, tecnológicos ou de inovação no âmbito da CNEN.

0,1 0,0 a 10

7.1.1.1 – As informações relativas aos critérios de julgamento A, B, C, D e E descritas no item 7.1.1, deverão constar no Currículo Lattes do candidato.

7.1.2 – Para estipulação das notas poderão ser utilizadas até duas casas decimais.

7.1.3 – A pontuação final de cada candidato será aferida pela média ponderada das notas atribuídas para cada item.

7.1.4 – Em caso de empate, a Comissão de Avaliação de Mérito deverá analisar a documentação dos candidatos empatados e definir a sua ordem de classificação, apresentando de forma motivada as razões e fundamentos.

7.1.4.1 – Para o desempate será considerado o candidato com a maior nota no critério D seguidas das maiores notas nos critérios E, A, B e C, respectivamente.

7.2 – Etapas do Julgamento

7.2.1 – Etapa I – Análise pela Comissão de Pré-enquadramento

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7.2.1.1 - A composição e as atribuições da Comissão de Pré-enquadramento seguirão as disposições contidas na Portaria 2.195/2018 do MCTIC.

7.2.1.2 – Esta etapa, a ser realizada pela Comissão de Pré-enquadramento, consiste na análise da documentação apresentada pelos candidatos quanto ao atendimento às disposições estabelecidas no item 3.2 deste Edital.

7.2.2 – Etapa II – Classificação pela Comissão de Avaliação de Mérito

7.2.2.1 – A composição e as atribuições da Comissão de Avaliação de Mérito seguirão as disposições contidas na Portaria 2.195/2018 do MCTIC.

7.2.2.2 – A pontuação final de cada candidato será aferida conforme estabelecido no item 7.1.

7.2.2.3 – Todos os candidatos avaliados serão objeto de parecer de mérito consubstanciado, contendo a fundamentação que justifica a pontuação atribuída.

7.2.2.4 – Após a análise de mérito e relevância de cada candidato, a Comissão deverá recomendar: a) aprovação; ou b) não aprovação.

7.2.2.5 – O parecer da Comissão de Avaliação de Mérito será registrado em documento Word chamado Planilha de Julgamento específica, contendo a relação dos candidatos recomendados e não recomendados por projeto, com as respectivas pontuações finais, assim como outras informações e recomendações pertinentes.

7.2.2.6 – Durante a classificação dos candidatos pela Comissão de Avaliação de Mérito, a Comissão de Pré-enquadramento responsável acompanhará as atividades e poderá recomendar ajustes e correções necessários.

7.2.2.7 – A Planilha de Julgamento será assinada pelos membros da Comissão de Avaliação de Mérito.

7.2.3 – Etapa III – Decisão do julgamento pela Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento-DPD da Comissão Nacional de Energia Nuclear

7.2.3.1 – O Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento da Comissão Nacional de Energia Nuclear

emitirá decisão do julgamento com fundamento na Nota Técnica elaborada pela Comissão de Pré-enquadramento, acompanhada dos documentos que compõem o processo de julgamento.

7.2.3.2 – Na decisão do julgamento deverão ser determinados quais os candidatos aprovados por projeto e as respectivas classificações e níveis de bolsa recomendados.

8 – Resultado Preliminar do Julgamento

8.1 – A relação de todos os candidatos julgados, aprovados e não aprovados, será divulgada na página eletrônica da Comissão Nacional de Energia Nuclear, disponível na Internet no endereço www.cnen.gov.br e publicada, por extrato, no Diário Oficial da União.

9 – Recursos Administrativos

9.1 – Recurso Administrativo do Resultado Preliminar do Julgamento

9.1.1 – Caso o candidato tenha justificativa para justificativa para contestar o resultado preliminar do julgamento, poderá apresentar recurso em forma eletrônica, para o endereço

http://www.cnen.gov.br/

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[email protected] no prazo de 03 (três) dias, a contar da data da sua publicação no endereço eletrônico do Portal da Comissão Nacional de Energia Nuclear: www.cnen.gov.br.

10 – Resultado Final do Julgamento

10.1 – O Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento da Comissão Nacional de Energia Nuclear emitirá

a decisão do julgamento com fundamento na Nota Técnica elaborada pela Comissão de Pré-enquadramento, acompanhada dos documentos que compõem o processo de julgamento, após análise de eventuais recursos administrativos.

10.2 – O resultado final do julgamento pela Diretoria será divulgado na página eletrônica da Comissão Nacional de Energia Nuclear disponível na Internet no endereço www.cnen.gov.br e publicado, por extrato, no Diário Oficial da União.

11 – Implementação das Bolsas Aprovadas

11.1 – Caberá ao coordenador do Subprograma de Capacitação Institucional da CNEN realizar as indicações dos bolsistas, seguida a ordem de classificação do resultado final do julgamento, após a aprovação pela Comissão de Enquadramento, conforme previsto na Portaria 2.195/2018 do MCTIC.

11.1.1 – No caso da aprovação de um mesmo candidato para mais de um projeto, caberá ao coordenador do Subprograma de Capacitação Institucional da CNEN indicar o projeto a ser atendido.

11.2 – O coordenador do Subprograma de Capacitação Institucional da CNEN poderá cancelar a bolsa por ocorrência, durante sua implementação, de fato cuja gravidade justifique o cancelamento, sem prejuízo de outras providências cabíveis em decisão devidamente fundamentada.

12 – Da Avaliação

12.1 – O desempenho do bolsista será avaliado pelo coordenador do Subprograma de Capacitação Institucional da CNEN durante a vigência da bolsa, com base no parecer técnico do supervisor do bolsista.

12.2 – O coordenador do Subprograma de Capacitação Institucional da CNEN poderá cancelar a bolsa, por rendimento insuficiente do bolsista e/ou por outros motivos que contrariem as disposições previstas na Portaria 2.195/2018 do MCTIC e na RN 026/2018 do CNPq.

13 – Impugnação do Edital

13.1 – Decairá do direito de impugnar os termos deste Edital o cidadão que não o fizer até o prazo disposto no CRONOGRAMA.

13.1.1 – Caso não seja impugnado dentro do prazo, o candidato não poderá mais contrariar as cláusulas deste Edital, concordando com todos os seus termos.

13.2 – A impugnação deverá ser dirigida ao Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento da Comissão Nacional de Energia Nuclear, por correspondência eletrônica, através do endereço [email protected], seguindo as normas do processo administrativo federal.



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14 – Disposições Gerais

14.1 – O presente Edital regula-se pelos preceitos de direito público inseridos no caput do artigo 37 da Constituição Federal, pelas disposições da Lei nº 8.666/93, no que couber, e, em especial, pela RN 026/2018 do CNPq e Portaria 2.195/2018 do MCTIC.

14.2 – A qualquer tempo, o presente Edital poderá ser revogado ou anulado, no todo ou em parte, seja por decisão unilateral da Comissão Nacional de Energia Nuclear, seja por motivo de interesse público ou exigência legal, em decisão fundamentada, sem que isso implique direito à indenização ou reclamação de qualquer natureza.

14.3 – O Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento da Comissão Nacional de Energia Nuclear reserva-se o direito de resolver os casos omissos e as situações não previstas no presente Edital.

14.4 – Este edital tem validade até 05/03/2019.

Rio de Janeiro, 08 de janeiro de 2019.

Jose Carlos Bressiani Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento Comissão Nacional de Energia Nuclear

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ANEXO I

RELAÇÃO DE PROJETOS DO SUBPROGRAMA DE CAPACITAÇÃO INSTITUCIONAL DA COMISSÃO

NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR – EDITAL 02/2019

CÓD UTC MOD. BOLSA FORMAÇÃO ACADÊMICA ÁREA DE EXPERIÊNCIA

1.1.1 CRCN-CO PCI - DC Graduado e/ou Mestre Engenharia Química Química

1.1.2 DPD PCI - DC Graduação, Especialização ou Mestrado

Tecnologia da Informação Com experiência em Linux, Postgre, SQL, Java, PHP, CSS, JavaScript

1.1.3 IEN PCI - DC Engenheiro /Físico/ Tecnólogo com doutorado

Gestão de Processos/ Metrologia

1.1.4 IEN PCI - DD Graduado/Engenharia eletrônica ou Computação

Eletrônica e/ou computação

1.1.5 IEN PCI - DC Computação Programação em linguagem de computador; Unity 3D; 3d Max; Modelagem de ambientes virtuais;

1.1.6 IEN PCI - DC Mestre em Engenharia de Produção com Especialização em Ergonomia

Em análise ergonômica utilizando ambientes virtuais; Na supervisão e construção de ambientes virtuais; Conhecimento do Núcleo de Jogo Unity 3D

1.1.7 IPEN PCI - DC Tecnólogo, Físico ou Engenharia/Doutorado

Metrologia das radiações

1.1.8 IPEN PCI - DD Nível Superior Engenharia Ambiental ou Química

1.1.9 IPEN PCI - DC Doutorado Tecnologia Nuclear com ênfase em Tomografia de processos industriais e reconstrução de imagens tomográficas

1.1.10 IPEN PCI - DC Mestrado Engenharia ou física ou química

1.1.11 IPEN PCI - DC Doutorado Farmacêutico

1.1.12 IPEN PCI - DC Doutorado Tecnologia Nuclear

1.1.13 IPEN PCI - DC Mestrado Biotecnologia

1.1.14 IPEN PCI - DC Mestrado Físico-quimica

1.1.15 IRD PCI - DC Graduação em Física, Quimica ou Engenharia ou Mestrado

Nas áreas de Radiações Ionizantes, Nuclear e correlatas

1.1.16 IRD PCI - DC Doutorado Dosimetria externa de nêutrons/ Simulações de Monte Carlo com o código Geant4

1.1.17 IRD PCI - DC Graduação em Física, Química ou Engenharia com 5 anos de experiência ou Mestrado

Nas áreas de Radiações Ionizantes, Nuclear e correlatas

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1.1.18 IRD PCI - DC Doutorado/mestrado

Física Médica

1.1.19 LAPOC PCI - DD Profissional com, no mínimo, diploma de nível superior e com experiência em projetos científicos, tecnológicos ou de inovação.

Engenharias, química, ciências biológicas, área nuclear e correlatas

1.1.20 IPEN PCI-DC Doutorado/mestrado Engenharia Nuclear

1.1.21 DPD PCI – DC

Doutorado/mestrado Engenharias ou ciências exatas

1.1.22 LAP PCI – DA

PCI - DE

Engenharia/Física Titulação: Doutorado Técnico em Eletrônica

Física dos Plasmas Medidas elétricas, magnéticas e eletrônicas; instrumentação; circuitos elétricos, magnéticos e eletrônicos

1.1.23 IPEN PCI-DC Doutorado/mestrado Engenharia Mecânica

1.1.24 IPEN PCI-DC Doutorado Ciências da Saúde

1.1.25 IPEN PCI-DC Doutorado Ciências

1.1.26 IPEN PCI-DC Mestrado Química / Engenharia Química

1.1.27 CRCN-NE PCI-DD Graduação Química Industrial

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1.1.28 CRCN-NE PCI-DD Graduação Biomedicina com experiência em síntese, controle da qualidade e ensaios não-clínicos de radiofármacos PET

1.1.29 CRCN-NE PCI-DD Graduação Biomedicina

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1.1 – Projetos de Pesquisa a serem apoiados:

CENTRO REGIONAL DE CIÊNCIAS NUCLEARES DO CENTRO-OESTE - CRCN-CO

TÍTULO DO PROJETO: Capacitação do Laboratório de Radioproteção para a implantação de metodologias radioquímicas para análises de radionuclídeos e metais pesados por Cintilação em Meio Líquido, Espectrometria Alfa e Absorção Atômica.

CÓDIGO DO PROJETO: 1.1.1

Coordenador do projeto:

INTRODUÇÃO

Este projeto visa à capacitação do Laboratório de Radioproteção do Centro Regional de Ciências Nucleares do Centro-Oeste, CRCN-CO/CNEN, que foi inaugurado em 2007, visando a transferência de tecnologia nas aplicações da área nuclear, no meio ambiente e na saúde. Este é o único laboratório na região Centro-Oeste que realiza tais análises. A região possui grande potencial tanto na área agroindustrial quanto na área de saúde, o que demanda, muitas vezes, ações ligadas a respostas dependentes de tecnologias da área nuclear. Dessa forma, a capacitação do laboratório poderá permitir seu funcionamento adequado para suprir as demandas da região e, ao mesmo tempo, interagir com outras instituições em projetos, difundindo e formando recursos humanos na área nuclear. O laboratório possui, dentre outros, um equipamento de cintilação em meio líquido “Quantulus 1220” de baixíssimo nível de background e que tem seu potencial de aproveitamento baixo, em virtude da falta de recursos humanos para implementação de metodologias de análises de radionuclídeos capazes de possibilitar seu pleno desenvolvimento, para difusão do uso das radiações ionizantes na região. Assim, a capacitação do Laboratório de Radioproteção do CRCN-CO/CNEN, incluindo o trabalho especializado de bolsistas PCI, poderá contribuir com o desenvolvimento e demandas de técnicas e aplicações da energia nuclear, além da otimização das atividades, visando a continuidade e ampliação das análises realizadas para órgãos do Estado de Goiás, tornando-se um padrão de referência na região. OBJETIVO GERAL

Capacitar o Laboratório de Radioproteção Ambiental quanto ao pleno funcionamento do equipamento de cintilação em meio líquido “Quantullus 1220” e Tricarb, Espectrometria Alfa e Absorção Atômica, para a análise de radionuclídeos voltados às demandas da área ambiental e saúde. Objetivos Específicos:

Objetivo Específico 1:

Finalizar as etapas pendentes da implantação da metodologia de análise do radionuclídeo Pb-210 por cintilação em meio líquido no Quantullus 1220. Objetivo Específico 2:

Implantar de modo otimizado uma metodologia de análise radioquímica para a determinação das atividades de Ra-226 e Ra-228 por cintilação em meio-liquido Quantulus 1220. Objetivo Específico 3:

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Operacionalizar técnicas radioquímicas para análises de radionuclídeos no meio ambiente, utilizando os equipamentos: Cintiladores em Meio Líquido, Analisador Alfa e Absorção. Objetivo Específico 4:

Implementar operação rotineira de análises de metais pesados no equipamento de absorção atômica.

INSUMOS

Custeio

Descrever recursos de custeio destinados a diárias e passagens com o objetivo de: a) Apoiar a participação de integrantes da equipe do projeto em estágios, cursos ou visitas no País, para aquisição de conhecimentos específicos e necessários ao desenvolvimento do projeto; b) Possibilitar a participação de consultores ou instrutores especializados, brasileiros ou estrangeiros, como forma de complementação da competência das equipes.

Finalidade Item de Custeio

(diárias/passagens) Valor (R$)

Trazer um pesquisador visitante para capacitar a

equipe do Laboratório de Radioproteção no uso do

equipamento Quantulus 1220.

Passagens de ida e volta 0

Diárias para pesquisador visitante. Diárias 0

Viagens para apresentação dos resultados da

pesquisa, na forma de comunicações em

congressos nacionais.

Passagens de ida e volta 0

Diárias para pesquisadores participarem em

eventos científicos. Diárias 0

Bolsas

Este projeto tem a necessidade de trazer um especialista no uso do equipamento Cintilador em Meio

Líquido para capacitar a equipe de pesquisadores do Laboratório. Caso seja possível, solicita-se uma

bolsa EV. Solicita-se, também, um bolsista PCI-DC, graduado ou mestre, com experiência na área de

análises ambientais e/ou radiológicas.

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI

categoria/nível Meses Quantidade

Graduado

e/ou Mestre

Engenharia

Química

Química

1 - 4 D-C 60 1

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ATIVIDADES DE EXECUÇÃO

Atividades Objetivo

Específico Indicadores

Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Separação e análise

radioquímica do Pb-210 com

material certificado

1

Realizar a

separação de Pb-

210 com

certificado

nacional e

internacional

X

Participação do Programa de

Intercomparação Nacional (PNI)

para o Pb-210 e implementação

da rotina de análises

1

Participar de no

mínimo 2 PNIs por

ano

X X X X X

Estudo para a otimização da

separação radioquímica do Ra-226 e Ra-228

2

Fazer de todos os

trabalhos os

trabalhos

nacionais

realizados na área

e alguns

internacionais

X X

Estudo do software do

Quantulus para a calibração e ajuste das

análises do Ra-226 e Ra-228

2,3,4

Conhecer todos

os recursos do

software para

otimizar as

análises

X X

Participação de Programas de

Intercomparação nacional e

Internacional e implementação

da rotina

2, 3,4

Participar de um

programa de

intercomparação

internacional e

um nacional para

os radionuclídeos

já implementados

X X

CRONOGRAMA DE ATIVIDADES

Atividades Semestre

16

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 X X

Atividade 2 X X X X

Atividade 3 X X X X X X X X

Atividade 4 X X X X X X

PRODUTOS

Denominam-se produtos, os frutos diretos e quantificáveis das atividades do projeto, entregues

imediatamente pela realização de suas atividades [1].

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Implementar

as

metodologias

propostas

1-4

Implementar

todas as

metodologias

de análises dos

radionuclídeos

X X X

Publicação de

Artigo 1-4

Publicar 1

artigo por ano X X X X X

Criação de uso

de manuais

dos

equipamentos

utilizados no

CRCN-

CO/CNEN

1-4

Criar um

manual de uso

para cada

equipamento

X X

RESULTADOS ESPERADOS

Os resultados são mudanças observadas no curto prazo sobre indivíduos, grupos ou instituições, como

resultado da intervenção realizada [1].

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

17

Implementação

de

metodologias

para uso dos

equipamentos

do Laboratório

de

Radioproteção

1-4

Criar uma

metodologia

para cada

equipamento

X X

Publicação de

artigos

científicos

1-4 Publicar 1

artigo por ano X X X X X

Elaboração de

manuais 1-4

Elaborar 1

manual para

cada

equipamento

X X

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CAMERON, J.R.; SUNTHARALINGAM, N.; KENNEY, G.N. Thermoluminescent dosimetry. Londres: The

Colonial Press, 1968.

CNEN NN 3.01. (2014). Diretrizes Básicas de Proteção Radiológica. Rio de Janeiro-RJ

IAEA, (2007). Dosimetry in diagnostic radiology: an international code of practice. Technical Reports

Series Nº 457. Vienna: IAEA.

ICRP. (2007). International Commission on Radiological Protection. Recommendations, Publication 103.

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liquid scintillation counter. Journal of Environmental Radioactivity, 166, p. 188-194, 2017.

JORDI, Fons-Castells; JAVIER, Oliva; JOANA, Tent-Petrus; MONTSERRAT, Llauradó. Simultaneous

determination of 226Ra, 228Ra and 210Pb in drinking water using 3M EmporeTM RAD disk by LSC-PLS

Applied Radiation and Isotopes, 124, p. 83-89, 2017.

McKEEVER, S.W.S.; MOSCOVITCH, M.; TOWNSEND, P.D. Thermoluminescence

dosimetry materials: Properties and uses. Ashford, Kent: Nuclear Technology Publishing, 1995.

MOEBIUS, S.; ERAT, S.; MOEBIUS, T.; SANTIAGO, L.; WENDEL, J.; WISSER, S. Liquid scintillation. Measuring

Procedures, New Developments. DGFS e. German Society for Liquid Scintillation Spectrometry, Karlsruhe

of technology, 2018 Karlsruhe.

N.VADJA, J.; LAROSA, R.; ZEISLERA, P; DANESIA& GY; KIS-BENEDEK. A novel Technique for the

Simultaneous Determination of 210Pb and 210 Po using a Crown Ether. Journal of Environmental

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VILLA, M.; MANJON, G.; GARCIA-LEON, M. Study of colour quenching effects in the calibration of liquid

scintillation counters: the case of 210Pb. Nucl. Instrum. Methods. A 496, p. 413-424, 2003.

TAUHATA, L. S. (2014). Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos. Rio de Janeiro: IRD/CNEN.

19

DIRETORIA DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO - DPD

TÍTULO DO PROJETO: Infraestrutura de Apoio à Gestão e Preservação do Conhecimento Nuclear Brasileiro


Coordenador do projeto: Luis Fernando Sayão Co-Coordenadora: Luana Farias Sales Introdução

O crescente interesse pelos dados coletados ou gerados pelas atividades de pesquisa na última década –

por toda a sociedade e não só pelos segmentos acadêmicos e científicos criou uma demanda por

estruturas organizacionais, tecnológicas e por capital humano que pudessem dar conta da gestão,

sustentabilidade e utilização ampla desses novos ativos informacionais. Em razão disso, a área Nuclear

enquanto grande produtora e consumidora em potencial de dados de pesquisa nucleares necessita de

infraestruturas voltadas para a preservação desses dados, tornando-os parte integrante da memória

científica da área e insumos para novas pesquisas. O presente projeto se coloca diante desse grande

desafio que é gerenciar o conhecimento Nuclear, atualmente formado em boa parte por dados nascidos

em formatos digitais. Assim, o presente projeto tem por objetivo a construção de uma plataforma para

preservação do conhecimento nuclear brasileiro. A metodologia utilizada para reunião desse produção

científica é denominada curadoria digital de dados de pesquisa e trará diversos benefícios para a pesquisa

na área Nuclear e para a sociedade brasileira, como a integração de toda a informação científica e

tecnológica produzida em território nacional; a transparência uso de recursos para a pesquisa; o reuso

potencial de dados na pesquisa; o encurtamento do ciclo da produção do conhecimento, da comunicação

científica e do retorno em benfeitorias para a sociedade.

Objetivo Geral

Oferecer para a comunidade Nuclear uma base de informações e conhecimentos que possa apoiar o

desenvolvimento dos projetos prioritários da CNEN, servindo também como mecanismo de visibilidade

e transparência das atividades desenvolvidas no Setor Nuclear Brasileiro

Objetivos Específicos

1. (OB1) Implementar uma plataforma integradora do conhecimento técnico-científico gerado a

partir das atividades de pesquisa que se desenrolam nas unidades da CNEN

2. (OB2) Preservar e disseminar o conhecimento Nuclear Brasileiro desenvolvido no âmbito da

CNEN;

3. (OB3) Apoiar o desenvolvimento das pesquisas definidas como áreas prioritárias pela Instituição,

a saber: Reator Multipropósito Brasileiro – RMB, Rejeitos de Baixo e Médio Níveis de Radiação –

RBMN, pesquisa e a produção de Radiofármacos, Laboratório de Fusão Nuclear (LFN);

4. (OB4) Aumentar a produtividade da CNEN no que tange ao subdomínio da Gestão do

Conhecimento Nuclear e tornando-a referência nesses estudos.

Insumos

Custeio

20



Capacitação para desenvolvimento de

repositórios no IBICT (Brasília)

Diárias 0

Passagens 0

Bolsas

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência Objetivo Específico

PCI

categoria/nível Meses Quant

Graduação,

Especialização ou

Mestrado

Tecnologia da

Informação

Com

experiência

em Linux,

Postgre, SQL,

Java, PHP, CSS,

JavaScript

Atualização de

versões de sistema

Estudo de

ferramentas de

agregação de

repositórios

Implementação de

Ferramenta de

agregação

Desenvolvimento de

serviços sob as

plataformas

D-C 60 1

Atividades de Execução

Atividades Objetivo Específico Indicadores Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Atualização de versão do

sistema dSpace

atualmente utilizado como

plataforma para o

repositório Carpe dIEN

OB2 dSpace

atualizado

X

21

Modelagem do sistema

dSpace para preservação

do conhecimento gerado

em outras unidades da

CNEN (Sede e IRD

OB1, OB2 e OB3

Repositório

institucional da

CNEN

Repositório

Institucional do

IRD

X X

Integração dos

repositórios existentes no

âmbito da CNEN – CORE

OB1, OB2 e OB3

Desenvolviment

o de Plataforma

Integradora de

nome CORE –

Consórcio de

Repositórios da

área Nuclear

X

Integração dos

repositórios ao sistema

archivematica

OB2 Repositórios

CORE Confiável

X X

Modelagem de Sistema

CRIS

OB3 Plataforma de

consulta à

informações

sobre as

pesquisas

desenvolvidas

em toda a CNEN

X

Integração do CORE ao

sistema CRIS

OB3 Plataforma

integrada de

dados de

pesquisa e

informações

sobre as

pesquisas

realizadas na

CNEN

X

Cronograma de Atividades

Atividades

METAS

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1

22

Atualização de versão do sistema dSpace atualmente utilizado

como plataforma para o repositório Carpe dIEN X

Modelagem do sistema dSpace para preservação do conhecimento

gerado em outras unidades da CNEN, como Sede e IRD X X

Integração dos repositórios existentes no âmbito da CNEN - CORE X

Lançamento do CORE – Consórcio de Repositórios da área Nuclear X

Lançamento do CORE Confiável X

Lançamento da Plataforma Integrada de dados de informação

sobre a pesquisa

X

Produtos

Produtos Objetivo

Específico Indicadores 2019 2020

2021 2022 2023

CORE –

Plataforma

Integrada para

Gestão e

Preservação do

Conhecimento

Nuclear

Brasileiro

OB1, OB2 e OB3 Acesso Via Web da

produção científica de

toda a CNEN

X X

Integração dos

repositórios ao

sistema

archivematica

OB2 Repositório integrado

X

Modelagem de

Sistema CRIS

OB3 Sistema CRIS modelado X

Pesquisa em

Gestão do

Conhecimento

Nucelar

OB1, OB2 e OB3 Artigos publicados X X X X

Resultados Esperados

Resultados Objetivo Específico Indicadores 2019 2020 2021 2022 2023

23

Ambiente de

difusão do

conhecimento

Nuclear

OB2 Acesso Via Web da

produção científica

de toda a CNEN

X X X X

Referências Bibliográficas

DE VASCONCELLOS VIANNA, Sheila Maria; DE CARVALHO, Rogerio Atem. Benefícios da implantação de repositório institucional na preservação da memória institucional. In: Anais do Congresso Brasileiro de Biblioteconomia, Documentação e Ciência da Informação-FEBAB. 2013. p. 4733-4748.

DIRECTORY OF OPEN ACCESS REPOSITORIES. (s.d.). OpenDOAR. Acesso em Novembro de 2016, disponível em http://www.opendoar.org/

DSPACE. http://www.dspace.org/introducing. Acesso em out de 2018, disponível em DSPACE.ORG:http://www.dspace.org/sites/dspace.org/files/media/DSpace%20Diagram_0.pdf.

DURASPACE. (2016). DURASPACE. Acesso em novembro de 2016, disponível em https://wiki.duraspace.org DuraSpace. (2016). DuraSpace History. Acesso em 2016, disponível em DURASPACE.ORG: http://www.duraspace.org/history.

FONSECA, E. N. (2007). Introdução à Biblioteconomia (2 ed.). Brasília: Briquet de Lemos.

IBICT. (2016). Sobre Repositórios Digitais. Acesso em 14 de Novembro de 2016, disponível em IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia: http://www.ibict.br/informacao-para- ciencia-tecnologia-e-inovacao%20/repositorios-digitais

INSTITUTO BRASILEIRO DE INFORMAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA - IBICT Repositórios digitais. Site institucional. Brasília: 2009. Disponível em: http://www.ibict.br/informacao-para-ciencia-tecnologia-e-inovacao%20/repositório digitais-digitais >Acesso em out. 2018.

KURAMOTO, H. Acesso livre: como tudo começou. Brasília, 2012. Blog. Disponível em: <Acesso em: out. 2018.

LEITE, F. C. (2009). Como gerenciar e ampliar a visibilidade da informação científica brasileira: repositórios institucionais de acesso aberto. Brasília: Ibict.

REGISTRY OF OPEN ACCESS REPOSITORIES. (s.d.). ROAR. Acesso em Novembro de 2016, disponível em http://roar.eprints.org/.

RODRIGUEZ-GAIRÍN, J. M., & DUESA, A. S. (2008). DSpace: un manual específico para gestores de la información y la documentación. BiD: textos universitaris de biblioteconomia i documentació(20). Acesso em novembro de 2016, disponível em http://bid.ub.edu/20rodri2.htm

SAYÃO, L. F., & MARCONDES, C. H. (2009). Softwares livres para repositórios institucionais: alguns subsídios para a seleção. In: L. Sayão, L. B. Toutain, F. G. Rosa, & C. H. Marcondes (Eds.), Implantação e gestão de repositórios institucionais: políticas, memória, livre acesso e preservação (pp. 23-54). Salvador: EDUFBA.

SILVA, T. E., & TOMAÉL, M. I. (2008). Repositórios Institucionais e o Modelo Open. In: M. I. Tomaél, Fontes de Informação na Internet (pp. 123-149). Londrina: EDUEL.

http://www.ibict.br/informacao-para-ciencia-tecnologia-e-inovacao%20/reposit%C3%B3rio%20digitais-digitais

http://www.ibict.br/informacao-para-ciencia-tecnologia-e-inovacao%20/reposit%C3%B3rio%20digitais-digitais

http://roar.eprints.org/

24

SOBRAL, Renato Machado; DOS SANTOS, Cibele Araújo Camargo Marques. Repositórios institucionais digitais de informação científica: implementação com o software Dspace como solução técnica. PRISMA. COM, n. 35, p. 152-184, 2018.

25

INSTITUTO DE ENGENHARIA NUCLEAR - IEN

TÍTULO DO PROJETO: Implementação de um Sistema de Gestão da Qualidade (SGQ) para certificação do método de medição de vazão em dutos de petróleo e gás natural empregando-se radiotraçadores.


Coordenadordo projeto: Luís Eduardo Barreira Brandão

Introdução

As plantas de óleo e gás são exemplos típicos de instalações industriais onde os resultados da medição

de vazão devem ser precisos e, de acordo com a Agência Brasileira de Petróleo e Gás, ANP, todos os

resultados devem apresentar incertezas abaixo de 1,0%. Nessas instalações, grandes quantidades de

commodities de petróleo são movimentadas diariamente dentro dos dutos e, para monitorar esses

processos de transferência, vários medidores de vazão são instalados nos dutos para medir em tempo

real o fluxo e a condição dos fluidos transportados.

De acordo com o regulamento técnico da ANP/INMETRO para medições de óleo e gás natural, esses

medidores de vazão precisam ser recalibrados periodicamente e um dos problemas nesta operação é que

os medidores de vazão precisam ser removidos das tubulações onde eles estão operando e depois

transportados para os laboratórios acreditados para serem calibrados. Remover um medidor de vazão de

uma tubulação não é uma operação fácil, pois exige procedimentos certificados e pessoal altamente

qualificado e, qualquer alteração na configuração de uma tubulação de transporte de óleo pode causar

vazamentos. Uma alternativa mais atraente para a calibração desses medidores de vazão é o uso de

métodos não invasivos que empregam técnicas nucleares, como a metodologia dos radiotraçadores. Com

o uso de um radiotraçador específico é possível medir, com a precisão requerida pela ANP, o fluxo de

material transportado sem causar qualquer alteração no funcionamento normal da tubulação.

A proposta deste projeto é desenvolver e implantar um sistema de gestão da qualidade para medir o

fluxo e calibrar medidores de vazão em dutos usando radiotraçador e métodos de "Transiente do Tempo"

e da Contagem Total pois uma das exigências para ter o serviço de medição de vazão com radiotraçadores

reconhecido é que todo o processo esteja sob um sistema de qualidade reconhecido. Para tanto,

necessitamos implantar um sistema de gestão da qualidade que defina os critérios e os procedimentos

para que as atividades de calibração/aferição dos medidores de vazão instalados nos dutos da indústria

de óleo e gás natural estejam em concordância com os padrões de qualidade exigidos pela Portaria

Conjunta ANP/INMETRO Nº 1[2]. O Laboratório de Aplicações de Radiotraçadores do IEN é o primeiro

laboratório na área de aplicação de radiotraçadores na indústria de óleo gás no Brasil a ter certificação

da ANP (junho/2018) e com a consolidação deste projeto PCI solicitado p o IEN será também o primeiro

laboratório a ter a técnica certificada para a medição de vazão por transiente de tempo e radiotraçadores

(Projeto ARCAL RLA 1016 2018/2019). Essas duas certificações permitirão ao IEN capitalizar recursos na

iniciativa privada para manter e ampliar as atividades do laboratório de radiotraçadores.

Objetivo Geral

Estabelecer e implantar um Sistema de Gestão da Qualidade para a certificação da metodologia para

aferição dos medidores de vazão instalados em dutovias na indústria de petróleo e gás natural

empregando-se radiotraçadores que esteja em conformidade com os padrões estabelecidos pela Portaria

Conjunta ANP/INMETRO Nº 1[2].

26


1. Criar uma equipe nacional de especialistas certificados e habilitados para a prestação de serviços

de medição de vazão e calibração de medidores de vazão instalados em dutovias da indústria de

petróleo e gás usando técnicas nucleares;

2. Disponibilizar à comunidade empresarial um serviço certificado de acordo com os padrões oficiais

adotados pelo país;

3. Apresentar a sociedade e principalmente ao setor produtivo nacional o uso pacífico das técnicas

nucleares e fornecer ao país um serviço com alto potencial tecnológico agregado para medições

de vazão para a indústria de petróleo e gás.

Insumos

Custeio



- - 0,00

Total (R$) 0,00

Bolsas

Necessitamos de um profissional que tenha vivência no ambiente nuclear e esteja familiarizado com os

procedimentos de proteção radiológica envolvidos na manipulação e uso dos radiotraçadores. Esse

profissional acompanhará os trabalhos técnicos desenvolvidos no Laboratório de Radiotraçadores doo

IEN e na ATOMUM Serviços Tecnológicos e identificará as etapas, procedimentos e responsabilidades

para então começar a elaborar o SGQ para todas as etapas. Caberá a este profissional gerar todos os

formulários e documentação para a elaboração dos procedimentos operacionais padrão, POP, para

normatizar as atividades segundo as normas exigidas pela ABNT.

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Engenheiro

/Físico/ Tecnólogo

com doutorado

Gestão de

Processos/

Metrologia

Elaborar o SGQ

para a medição

de vazão na

indústria de

óleo e gás com

radiotraçadores

D-C 36 01


Ativ. Indicadores Metas

27

Objetivo

Específico 2019 2020 2021

1 Levantamento

das

necessidades

para o SGQ

Processos

definidos e

Relatório

parcial

finalizado e

seminário

informativo

efetuado

1-Revisão da

bibliografia

2-Mapeamento dos

processos

envolvidos na

medição de vazão

em dutos usando

radiotraçadores

3- Pesquisar sobre

qualidade na vazão

em dutos de

petróleo e gás por

técnicas

convencionais

4-Definição de

softwares

necessários para

implantação do

SGQ

5-Definição da

estrutura

organizacional de

SGQ

2

Projeto do

Sistema de

Gestão da

Qualidade

POP concluídos

e Indicadores

gestão da

qualidade

produzidos

1-Elaboração de

formulários para

documentação

de todas as

atividades

envolvidas

2- Elaborar POP

para cada

processo

envolvido na

medição de

vazão por

radiotraçadores

28

3- Definição dos

indicadores

(mensuráveis) da

qualidade dos

processos/produ

tos

4- Definição dos

métodos de

coleta dos dados

5- Definir ações

para correção de

indicadores que

estiverem fora

da conformidade

6- Elaborar o

Manual da

Qualidade

3 Implementação

de um Sistema

de Gestão da

Qualidade

Apresentação

do SGQ,

treinamentos

dos atores

envolvidos e

análise das não

conformidades

1- Apresentação

do SGQ para

medição de vazão

com

radiotraçadores

2- Seminário para

avaliação dos

atores envolvidos

de SGQ

3-Treinamentos

dos envolvidos em

cada processo

4-Avaliação para

correção de não

conformidades

com o SGQ

5- Realizar

acompanhamento

gerencial do

projeto

29

6- Efetuar a

conclusão e

análise do projeto


Atividades 2019 2020 2021

1 2 1 2 1 2

1.1 Revisão da bibliografia X X X X

1.2- Mapeamento dos processos envolvidos na medição de vazão em

dutos usando radiotraçadores X X

1.3- Pesquisar sobre qualidade na vazão em dutos de petróleo e gás por

técnicas convencionais X

1.4- Definição de softwares necessários para implantação do SG X X

1.5- Definição da estrutura organizacional de SGQ X

2.1- Elaboração de formulários para documentação de todas as

atividades envolvidas X

2.2- Elaborar POP para cada processo envolvido na medição de vazão por

radiotraçadores X

2.3- Definição dos indicadores (mensuráveis) da qualidade dos

processos/produtos X

2.4- Definição dos métodos de coleta dos dados X

2.5- Definir ações para correção de indicadores que estiverem fora da

conformidade X

2.6- Elaborar o Manual da Qualidade X

3.1- Apresentação do SGQ para medição de vazão com radiotraçadores X

3.2- Seminário para avaliação dos atores envolvidos de SGQ X

3.3- Treinamentos dos envolvidos em cada processo X X

3.4- Avaliação para correção de não conformidades com o SGQ X X

30

3.5- Realizar acompanhamento gerencial do projeto X X

3.6- Efetuar a conclusão e análise do projeto X

Produtos

Produtos Objetivo Específico Indicadores Metas

2019 2020 2021

POP para cada

processo

envolvido na

medição de

vazão por

radiotraçadores

Padronizar as tarefas

envolvidas no processo

de medição de vazão

por radiotraçadores

POP estabelecidos e

aprovados

X

Manual da

Qualidade para

medição de

vazão com

radiotraçadores

Documento para

referencia de trabalho

dos técnicos envolvidos

nas atividades

Manual da Qualidade

concluído e aprovado

X

Curso para

preparação do

pessoal técnicos

Treinamento dos

envolvidos em cada

processo em realizar as

atividades segundo as

normas do SGQ

Pessoal treinado

X

Equipe

qualificada para

medição de

vazão usando

radiotraçadores

Preparar equipe para

prestação de serviços

nas industrias

Equipe qualificada

X


Resultados Objetivo Específico Indicadores Metas

2019 2020 2021

31

Equipe técnica

qualificada para

a medição de

vazão na

indústria de

óleo e gás

usando

radiotraçadores

Criar uma equipe nacional de

especialistas certificados e

habilitados para a prestação de

serviços de medição de vazão e

calibração de medidores de

vazão

Pelo menos três

técnicos

qualificados

X

Técnica de

medição de

vazão pela

metodologia do

Transiente de

Tempo

Disponibilizar à comunidade

empresarial um serviço

certificado de acordo com os

padrões oficiais adotados pelo

país

Técnica de

medição de vazão

por transiente de

tempo certificada X

Serviço de

medição de

vazão e aferição

de vazão

usando

radiotraçadores

Fornecer ao país um serviço com

alto potencial tecnológico

agregado para medições de

vazão para a indústria de

petróleo e gás

Participação em

feras de negócios

na área de óleo e

gás (ex. Rio Oil

and Gas)

X

32


TÍTULO DO PROJETO: Pesquisa, desenvolvimento e avaliação de sistemas de controle, de novas interfaces e sistemas proteção de reatores nucleares baseados em programação lógica e componentes eletrônicos complexos


Coordenador do projeto: Paulo Victor Rodrigues de Carvalho

Introdução

Os sistemas críticos de Instrumentação e Controle (I&C) possuem três fases distintas com relação à

tecnologia de componentes utilizados. Na I&C de reatores, embora com adoção tardia em relação a

outros setores da indústria, é possível identificar também estas três fases.

Na primeira, nos anos 60 e 70 do século passado, os sistemas de I&C eram baseados em tecnologia

analógica, também chamada de convencional. Nestes são usadas topologias de circuitos com falha segura

(fail safe) para criar um sistema de controle o mais tolerante possível para possíveis falhas de fiação ou

componentes, prevendo o seu modo de operação mais seguro no caso de um circuito aberto. Relés

eletromêcanicos realizam o intertravamento, levando o sistema a um estado seguro em caso de falhas.

Entre os anos 80 e 90 iniciou-se gradativamente a segunda fase, com a substituição da tecnologia

analógica por sistemas digitais de I&C baseados em microprocessadores. Embora com muitas vantagens

em relação à tecnologia anterior, como grande flexibilidade e informações mais precisas sobre a planta

nuclear, a adoção de sistemas programáveis trouxe mais esforço e custo com a certificação dos sistemas.

As possibilidades extensas das funções em software dificultam a verificação e validação (V&V) do sistema.

Adicionalmente, os controladores baseados em microprocesadores (CLPs – controladores lógico-

programáveis) comumente usados nestes sistemas, tornam-se obsoletos com relativa rapidez.

Mesmo com os desafios para a implantação da tecnologia digital com microprocessadores, a adoção foi

ampla por ter sido inevitável. Hoje boa parte dos sistemas críticos de I&C de reatores nucleares ainda se

baseia em CLPs qualificados e microprocessadores.

A terceira fase se inicia no final da década passada, com o movimento para uma adoção mais ampla dos

dispositivos FPGA (Field programmable gate array) na área nuclear. A tecnologia de dispositivos FPGA foi

aplicada nas indústrias de satélites, militares, aeroespaciais, aeronaves, transporte e em outras indústrias

onde a confiabilidade das aplicações é de primordial importância. Considerando os benefícios e a

experiência favorável com o uso de FPGAs em outras indústrias, gradativamente a tecnologia passa a ser

usada em projetos de sistemas críticos de novos empreendimentos e também na substituição de sistemas

críticos para a extensão de operação de plantas nucleares já existentes.

De toda a forma, a introdução de novas tecnologias de componentes em sistemas críticos é um desafio,

pois estes também carregam vulnerabilidades que devem ser consideradas. A aplicação de componentes

eletrônicos complexos (CEC), como Systems-on-chip (incluindo sistemas em chips programáveis usando

FPGAs) melhora a funcionalidade, produtividade, confiabilidade de sistemas de I&C, por um lado, e cria

novos déficits de segurança, porque os CECs têm vulnerabilidades específicas que devem ser levadas em

consideração.

O projeto de interfaces integra essas novas tecnologias digitais no projeto do centro de controle de um

reator, disponibilizando os meios necessários para que os operadores possam monitorar e avaliar os

33

dados do reator nuclear, de modo a planejar e executar as ações necessárias para controle do processo.

Uma interface pode ser definida como parte de um sistema com o qual o usuário realiza contato através

do plano físico, perceptivo e cognitivo. A interface é formada por apresentações de informações, de

dados, de controles e de comandos em telas de computadores. Uma interface define as estratégias para

a realização da tarefa, conduz, orienta, recepciona, alerta, ajuda e responde ao usuário durante as

interações. O desenvolvimento de interfaces de monitoração e operação com boa usabilidade irá

impactar a tarefa no sentido da eficiência, eficácia, produtividade da interação. O usuário irá atingir

plenamente seus objetivos com menos esforço e mais satisfação. Através da engenharia de usabilidade

podemos verificar a eficácia da interação homem sistema, obter indícios da satisfação ou insatisfação por

parte do usuário, diagnosticar as características do projeto que provavelmente dificultem a interação por

estarem em desconformidade com padrões normativos, prever dificuldades de aprendizado na operação

do sistema e recomendar as ações de alterações no projeto face os problemas de interação

diagnosticados.

O grupo de pesquisa em Desenvolvimento de Instrumentação e Fatores Humanos do IEN já desenvolveu

metodologias para a utilização de FPGAs em sistemas de funções críticas, como Sistemas de Proteção de

Reatores, bem como metodologias para sistemas centrados nos operadores e na sua atividade em

processos realizados com foco nas pessoas, no trabalho realizado e na tecnologia disponível. O grupo

vem atuando também na definição do uso futuro das tecnologias de programação lógica complexa e no

projeto de interfaces para o Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), onde vários de seus membros

coordenam os pacotes de trabalho de instrumentação dentro da CNEN.

A atualização da instrumentação do Reator Argonauta do IEN, com sistemas que utilizem tecnologia

digital baseada em FPGA, é um desenvolvimento que se inicia com vistas a utilização da tecnologia em

sistemas de proteção, monitoração e controle do reator, fazendo parte da pesquisa para a adoção da

tecnologia na atualização de outros reatores nucleares e no RMB. A modernização da sala de controle do

Argonauta pretende renovar a mesa de controle através da adição de novos sistemas de instrumentação

e controle, novas interfaces digitais de monitoração da condição de operação do reator e desenvolver

sistemas de auxílio à operação do reator, servindo de base para o projeto e avaliação de interfaces que

está se desenvonvendo para o RMB. Além desses sistemas, é previsto a adição de um sistema de

localização de pessoas no ambiente do reator para facilitar o controle de acesso à área bem como de um

sistema para estimar a taxa de dose absorvida pelas pessoas neste ambiente durante a operação do

reator.

Objetivo Geral

O objetivo geral é desenvolver a instrumentação de sistemas de controle e proteção de reatores

nucleares baseados em dispositivos FPGA e novas interfaces digitais de monitoração da condição de

operação do Argonauta com vistas a adoção destas tecnologias e metodologias nos futuros sistemas do

Reator Multipropósito Brasileiro (RMB).

Objetivos específicos:

1. Estudo dos módulos do Reator Argonauta que devem ser atualizados com tecnologia FPGA;

2. Estudo dos modelos de dispositivos FPGA que atendem as funcionalidades e desempenho

necessários para aplicação em instrumentação nuclear;

34

3. Estudo das normas e guias para uso de dispositivos FPGA em sistemas críticos de reatores

nucleares;

4. Desenvolvimento da arquitetura em linguagem de descrição de hardware (VHDL), simulação da

arquitetura e testes em protótipo;

5. Definição das interfaces dos sistemas de auxílio, supervisão, instrumentação e controle do reator;

6. Prototipação e testes iniciais das interfaces dos sistemas de auxílio, supervisão, instrumentação

e controle do reator;

7. Avaliação integrada dos sistemas de auxílio, supervisão, instrumentação e controle do reator.

Insumos

Custeio



Bolsas

Formação Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Graduado/Engenharia

eletrônica ou

Computação

Eletrônica

e/ou

computação

1, 2, 3, 4, 5

e 6 D-D 60 1


Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Levantamento dos

requisitos e sinais de

entrada do sistema para

experimentos de novos

módulos baseados em

tecnologia digital

(FPGA).

1 Relatório

contendo os

requisitos

X

35

Definir os dispositivos

digitais a serem usadas,

modelos de arquitetura

de hardware, softwares

e treinamentos

necessários (FPGA).

2, 3 Relatório com as

definição e

especificações de

compra X X

Criar o plano de

desenvolvimento do

protótipo de um

sistema de proteção

baseado em tecnologia

digital (FPGA).

3, 4 Plano de

desenvolvimento

do protótipo de

sistema baseado

tecnologia FPGA

X X X

Realizar montagens

experimentais e testes

finais do sistema (FPGA)

4 Relatório com

dados das

montagens e

relatório testes

finais

X X X

Elaborar o documento

de projeto de protótipo

(FPGA).

4 Documento

projeto do

protótipo

finalizado

X X

Definir os sistemas de

auxílio, supervisão,

instrumentação e

controle do reator a

serem implementados

5 Relatório

contendo a

definição dos

sistemas a serem

implementados

X X

Definir a filosofia de

construção das IHS de

monitoração do reator

5 Relatório

definindo a

filosofia a ser

utilizada

X X

Prototipação e testes

iniciais das interfaces

dos sistemas de auxílio,

supervisão,

instrumentação e

controle do reator;

6 Relatório com

testes iniciais

X X

Avaliação integrada das

IHS do reator

6,7 Relatório de

avaliação dos IHS

emitido

X X X

36


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Levantamento dos requisitos

e sinais de entrada do sistema

para experimentos de novos

módulos baseados em

tecnologia digital (FPGA).

X X

Definir as tecnologias digitais

a serem usadas, dispositivos

digitais, modelos de

arquitetura de hardware,

softwares e treinamentos

necessários (FPGA).

X X

Criar o plano de

desenvolvimento do protótipo

de um sistema de proteção

baseado em tecnologia digital

(FPGA).

X X X X

Realizar montagens

experimentais do sistema

(FPGA)

X X X X

Elaborar o documento de

projeto de protótipo (FPGA). X X X

Realizar testes finais de

funcionamento (FPGA) X X

Definir os sistemas de auxílio,

supervisão, instrumentação e

controle do reator a serem

implementados

X X X

Definir a filosofia de

construção das IHS de

monitoração do reator

X X

Desenvolver e testar

preliminarmente as IHS do

reator

X X X X X

37

Avaliação integrada das IHS

do reator X X X X X

Produtos

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Estudo dos

modelos de

dispositivos

FPGA que

atendam as

funcionalidades

e das normas de

aplicação em

instrumentação

nuclear

2,3 Documentos e

relatórios dos

estudos

X X X X X

Protótipo de

sistema de

controle e

proteção

baseado em

FPGA para o

Reator

Argonauta

4 Documento

projeto do

protótipo

finalizado X X X X X

Interfaces dos

sistemas de

auxílio,

supervisão,

instrumentação

e controle do

reator;

6 e 7 Documento

com avaliação

das IHS emitido

X X X X X


Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

38

Definição de

arquiteturas do

hardware do

sistema

(FPGA)

2 Documentos e

relatórios dos

estudos X X X X X

Teste do

sistema no

Reator

Argonauta

(FPGA)

4 Documento de

testes do

protótipo X X X X X

Validação do

sistema

desenvolvido

para que possa

ser no RMB

(FPGA)

3, 4 Relatórios e

publicações

sobre a

validação

X X X X X

Avaliação

integrada dos

sistemas de

auxílio,

supervisão,

instrumentação

e controle do

reator.

7 Relatórios e

publicações

sobre as

avaliações X X X X X

Recursos Solicitados

Orçamento previsto para o ano de 2019

Custeio

Custeio Valor (R$)

Diárias 0

Passagens 0

Total (R$) 0

Bolsas

PCI Categoria/

Nível

Mensalidade

(R$) Meses Quantidade Valor (R$)

PCI-D A 5.200,00

39

B 4.160,00

C 3.380,00

D 2.860,00 60 1 171.600,00

E 1.950,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

Total (R$) 171.600,00

40


TÍTULO DO PROJETO: Realidade Virtual Aplicada na Divulgação das Aplicações da Energia Nuclear


Coordenador do projeto: Antônio Carlos de Abreu Mól

Introdução

A energia nuclear tem se mostrado uma fonte de energia extremamente importante à sociedade atual. A cada dia, novas técnicas nucleares são desenvolvidas nos diversos campos da atividade humana. Neste sentido, a geração de energia elétrica, a medicina, a indústria e a agricultura são as áreas mais beneficiadas. Entretanto, suas realizações, mesmo estando presentes no dia a dia das pessoas, muitas das vezes passam despercebidas e ainda enfrentam um grande preconceito pela mesma sociedade que desfruta de suas contribuições. Preconceito este oriundo, principalmente, do desconhecimento. Sendo assim, cabe ao Estado e às instituições relacionadas à área nuclear quebrarem este preconceito e mostrar suas realizações através de uma ampla disseminação de suas atividades. Por outro lado a Realidade Virtual (RV) é um termo usado para descrever um conjunto de técnicas e métodos de interfaces avançadas, que tem como objetivo dar ao participante a máxima sensação de presença em um mundo virtual. A Realidade Virtual é aplicada nas mais diferentes áreas do conhecimento humano, podendo atingir representações próximas da realidade. É considerada uma tecnologia com grande potencial para visualização, treinamento, estudos anatômicos, simulações e experimentações virtuais, e a cada dia são descobertos novos empregos para esta ferramenta. Neste sentido, nos últimos anos, a equipe deste projeto vem participando ativamente de diversos eventos de divulgação científica, em COLABORAÇÃO COM OUTRAS INSTITUIÇÕES DA CNEN E DO MCTIC (OBSERVATÓRIO NACIONAL), utilizando produtos em RV, desenvolvidos no Instituto de Engenharia Nuclear. Neste contexto este projeto visa dar continuidade nas atividades desenvolvidas no LABRV/IEN ao visa criar virtualmente algumas aplicações da área nuclear para serem apresentadas em ambientes próprios de visualização, como na sala de visualização 3D do IEN e nos eventos de divulgação científica que o IEN participa rotineiramente. Abrangência e Impacto da Proposta Espera-se com esta proposta disseminar, de forma lúdica, a energia nuclear e suas aplicações para o público em geral e, em particular, para alunos do ensino médio das escolas públicas. Evidentemente, espera-se também utilizar os recursos desenvolvidos para divulgar a energia nuclear e suas aplicações em feiras de ciência. Impacto Científico:

– O uso da tecnologia de Realidade Virtual no ensino, treinamento e divulgação científica , já

geraram, por parte da equipe deste projeto, dezenas de artigos publicados em periódicos e em

anais de congressos internacionais e nacionais. Espera-se a produção de novos artigos

científicos e participação em congressos e feiras científicas.

Impacto Tecnológico:

– No caso das aplicações em divulgação e ensino, conteúdos específicos veiculados com técnicas

inovadoras em relação ao ambiente de ensino tradicional;

Impacto Social:

41

– Desenvolvimento de novas técnicas de ensino e divulgação de modo a aumentar sua eficiência

(atrair o publico e promover a absorção do conhecimento);

Impacto Econômico:

– Com a divulgação da aplicação nuclear na geração da energia, pretende-se promover uma maior

conscientização da população à respeito desse tipo de energia, seus benefícios e riscos. Com

uma população mais informada, espera-se que um empreendimento nuclear possa ser

executado sem muitas interferências jurídicas impetradas por indivíduos que desconhecem as

reais benesses das tecnologias nucleares;

Impacto Ambiental:

– Aumento da consciência ambiental por meio das técnicas de divulgação e ensino.

Objetivo Geral

Utilizar novas tecnologias de realidade virtual, particularmente Simuladores, Jogos e Vídeos 3D

(estereoscópicos) e mono, para ensino e divulgação da energia nuclear e suas aplicações.


1. Desenvolver e apresentar uma nova forma para ensino e disseminação do conhecimento,

utilizando modernas tecnologias de Realidade Virtual que através de um ambiente estéreo

imersivo, proporciona um maior envolvimento das pessoas e consequentemente, melhor

assimilação do conhecimento;

2. Usar vídeos, jogos e simuladores como parte de um mecanismo de divulgação científica para

levar ao público informações importantes para formação de opinião independente da que é

veiculada pelos meios de comunicação;

3. Melhorar a imagem do setor nuclear;

4. Criar uma forma de divulgação/informação que estimule e integre o público no processo de

aprendizagem;

5. Criar uma estrutura móvel de divulgação que possa ser levada em eventos, escolas, exposições

de divulgação científica e tecnológica para o público em geral ou para segmentos específicos;

6. Produzir vídeos, jogos e simuladores para serem apresentados em feiras científicas e escolas

públicas Produzir vídeos mono (comuns) para serem distribuídos para as escolas públicas do

estado do RJ (por meio de distribuição de DVDs e postagem na Internet)

7. Disseminar o uso pacífico da energia nuclear;

8. Melhorar a imagem do setor nuclear e suas aplicações;

9. Mostrar para população os princípios básicos da energia nuclear;

42

10. Mostrar para população o funcionamento básico de uma usina termelétrica nuclear enfatizando

as diversas barreiras de proteção existentes de contenção da radiação;

11. Mostrar para população as Aplicações da energia nuclear na indústria, medicina e agricultura;

12. Através de um ambiente lúdico, explorar o lado emocional do público no momento do

aprendizado e, desta forma, fazer com que o conhecimento seja absorvido de forma mais

concreta e duradoura;

13. Promover uma análise da realidade visualizada sob diferentes ângulos;

14. Permitir a visualização e exploração de “mundos” e lugares inexistentes ou de difícil acesso;

15. Formar Recursos Humanos na área (Realidade Virtual para Treinamento e Divulgação Científica).

Insumos

Custeio

a) Apoiar a participação de integrantes da equipe do projeto em estágios, cursos ou visitas no País, para

aquisição de conhecimentos específicos e necessários ao desenvolvimento do projeto;

b) Possibilitar a participação de consultores ou instrutores especializados, brasileiros ou estrangeiros,

como forma de complementação da competência das equipes.



Participação, com apresentação de trabalhos, em

congressos científicos. Diárias 0


congressos científicos. Passagens 0

Bolsas

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Computação

Programação em

linguagem de

computador;

Unity 3D; 3d

Max;

Modelagem de

ambientes

virtuais;

1,5,6 D-C 60 1

43


Atividades Objetivo Específico Indicadores Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Adaptação da

estrutura física

existente no IEN

para

desenvolvimento

do projeto

1,5,6,15

Estrutura

Montada

X

Definição dos

conteúdos dos

Vídeos, Simulador e

Jogos (divulgação

da energia nuclear

e suas aplicações

da energia nuclear)

1,5,6,15

Modelos

virtuais do

ambiente

pronto

X X X X X

Criação dos Vídeos,

Jogos e

Simuladores

1,5,6,15

Recursos

digitais

criados

(pedido de

registro)

X X X X X

Apresentação do

vídeo em escolas,

feiras de ciência e

comunidades

específicas

(divulgação

científica)

2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14

Participação e

Exposição em

eventos

Científicos e

Escolas

X X X X X


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Adaptação da estrutura física

existente no IEN para

desenvolvimento do projeto

X

44

Definição dos conteúdos dos

Vídeos, Simulador e Jogos

(divulgação da energia nuclear

e suas aplicações da energia

nuclear)

X X X X X X X X X X

Criação dos Vídeos, Jogos e

Simuladores X X X X X X X X X X

Apresentação do vídeo em

escolas, feiras de ciência e

comunidades específicas

(divulgação científica)

X X X X X X X X X

Produtos

Produtos Objetivo Específico Indicadores Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Relatório

Técnico e

Artigos

1,15 Documento e

Artigo X X X X X

Simuladores

para divulgação

para sociedade

1, 5,6 Simulador e

Registro X X X X X

Vídeos 3d

educativos

1,5.6 Vídeo e

Registro X X X X X

Jogos

Educacionais

1,5.6 Jogos e

Registros X X X X X

Participação e

eventos

científicos e de

divulgação

2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14 Certificados

de

Participação X X X X X


Resultados Objetivo Específico Indicadores Metas

2019 2020 2021 2022 2023

45

Participação de

eventos de

divulgação científica

visando melhorar a

imagem do setor

nuclear

2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14 Participação em

eventos

X X X X X

Desenvolvimento de

produtos em RV para

divulgação científica

1,5,6 Produtos

desenvolvidos X X X X X

Montagem e/ou

melhoria da

estrutura física para

desenvolvimento

científico e

tecnológico

1

Espaço e/ou sala

necessário para

viabilização do

projeto;

X

Formação de pessoal 15 Alunos formados

X X X X

Apoio a teses de

Mestrado e

Doutorado

2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14 Formação de

recursos

humanos

X X X X

Solicitação de

patentes/registros

5,6 Patentes e

registro

realizados

X X X X

46


TÍTULO DO PROJETO: Realidade Virtual Aplicada na Gerência de Rejeitos Radioativos


Coordenador do projeto: Antônio Carlos de Abreu Mól

Introdução

O Programa Nuclear Brasileiro (PNB), na sua versão revisada de 2006, prevê o aumento da utilização da

energia nuclear para gerar energia elétrica, com a construção de, pelo menos, mais quatro centrais

nucleares nas regiões Nordeste e Sudeste do Brasil, até 2030 (TELLO, 2008). Com todo o crescimento do

setor energético previsto para os próximos anos no Brasil, a questão dos rejeitos radioativos ganha

destaque, o que motiva ações do governo para solucionar problemas relacionados ao seu

armazenamento (MCT, 2007).

De acordo com a CNEN, Resolução nº112 de 2011, os diversos setores geradores de rejeitos radioativos

são responsáveis por sua gerência. Esta gerência de rejeitos radioativos (GRR) abrange as operações que

se iniciam na sua geração e terminam com a sua disposição em repositório, com o objetivo principal de

gerenciar os rejeitos de maneira segura de modo a proteger o homem e a natureza dos impactos

negativos (CNEN, 1985 e 2011). A Lei Federal 10.308 (BRASIL, 2001) normatiza o destino final dos rejeitos

radioativos produzidos em território nacional, incluindo a seleção de locais, a construção, o

licenciamento, a operação, a fiscalização, os custos, a indenização, a responsabilidade civil e as garantias

referentes aos depósitos de rejeitos radioativos. No artigo 2º é estabelecida a responsabilidade da CNEN

pelo destino final dos rejeitos e, no artigo 4º, é vetado o recebimento de rejeitos radioativos nas formas

líquidas ou gasosas nos depósitos finais, devendo os mesmos ser solidificados e acondicionados em

embalagens específicas.

Um dos Projetos prioritários da CNEN é o Repositório para Rejeitos radioativos de Baixo e Médio Níveis

de Radiação (RBMN), que está relacionado com a deposição final dos rejeitos radioativos gerados no

território nacional. O Projeto RBMN é parte da solução brasileira para a deposição de rejeitos radioativos

gerados pelas atividades de energia nuclear no Brasil. As fases críticas para o sucesso do projeto são: o

estabelecimento do projeto conceitual, a seleção do local e o licenciamento do Repositório. Outro ponto

importante é divulgar de forma clara para o público em geral o seu modo de operação e os critérios de

segurança envolvido. O projeto RBMN tem como objetivo a implantação do Repositório brasileiro, desde

a sua concepção até a sua construção.

Também é importante ressaltar que para construção de um bom projeto é importante considerar as atividades que serão executadas nas instalações no momento do planejamento, a fim de que a relação entre o trabalho a ser realizado e os trabalhadores seja harmoniosa. Neste sentido, a Ergonomia tem como finalidade reconhecer e transformar as condições de trabalho, levando em conta a saúde dos trabalhadores e uma maior produtividade.

A Ergonomia da atividade constitui sua base a partir da análise do trabalho. Entretanto, ainda em fase de concepção, o trabalho que é objeto da intervenção do ergonomista ainda não existe, e a atividade não pode ser “analisada”. Na forma tradicional, a Análise Ergonômica irá procurar identificar condições de trabalho inadequadas ergonomicamente. Neste sentido ela procura diagnosticar as circunstâncias reais do trabalho desenvolvidas em cada posto e sugerir recomendações de melhorias compreender. Para este fim, ela faz uso de achados visuais, questionários, medições, registros trabalhísticos e análise de informações obtidas dos empregados e gestores.

47

A atividade singular de um operador particular que utilizará um sistema não pode, evidentemente, ser executada efetivamente, mas pode ser simulada em um ambiente virtual para auxiliar em uma Análise Ergonômica. Indo ao encontro de tal necessidade, a construção de interfaces em ambientes virtuais tridimensionais tem se mostrado importante na criação de um simulador.

Considerando a importância da questão, são de grande utilidade métodos e técnicas que permitam estudar e avaliar esses repositórios, até mesmo antes de sua construção real, de modo a auxiliar na concepção do mesmo.

Também é de igual importância criar ferramentas que possam auxiliar no planejamento prévio das

atividades a serem realizadas nas áreas sujeitas à radiação, estimando possíveis doses recebidas pelos

operadores, para que os limites de segurança radioativa sejam respeitados. Uma das formas possíveis de

realizar essas tarefas é, também, por meio do uso de realidade virtual.

Os ambientes virtuais trazem algumas vantagens, entre elas: (i) são atrativas para o publico, pois permite

que o mesmo se sinta imerso nos respectivos ambientes, sem ser exposto a qualquer risco; (ii) permite

simulações e avaliações de instalações ainda não construídas no mundo real, ou que podem ser de difícil

acesso; (iii) permite estimar as doses de radiação absorvidas pelos trabalhadores; (iv) não expõem os

trabalhadores a nenhum nível de radiação para a realização de simulações e treinos, não apresentando

nenhum risco para a saúde dos mesmos; (iv) contribui para um melhor planejamento das atividades

nestas áreas, medindo as doses recebidas e consequentemente avaliando os riscos para a saúde.

A Realidade Virtual é considerada uma tecnologia com grande potencial e aplicabilidade em diversas

áreas do conhecimento para visualização, treinamento, estudos ergonômicos, simulações e

experimentações virtuais e, a cada dia são descobertos novos empregos desta tecnologia. Um importante

campo de pesquisa são as simulações baseadas em núcleos de jogos, este é chamado se Serious Games.

O conceito dessa área é a utilização de núcleos de jogos gratuitos ou de baixo custo, na construção de

simuladores que utilizem ambientes virtuais. Diferentes trabalhos mostram a aplicabilidade dos núcleos

de jogos (Chatam, 2007; Jacobson et al, 2005; Jain et al., 2005). Muitos casos são direcionados ao

treinamento de situações de emergência (Badler, 2002; Iguchi, et al., 2004; Mól, et al., 2009). Na área

nuclear, a realidade virtual tem sido usada principalmente na simulação de operações em instalações

com níveis de radiação acima dos padrões naturais, segundo Mol et al. (2011) e Freitas et al. (2011), os

ambientes virtuais proporcionam o treinamento de procedimentos operacionais sem a necessidade de

os usuários estarem expostos às taxas de radiação.

Por outro lado o Instituto de Engenharia Nuclear (IEN) vem se preparando em nível de pessoal e

laboratorial, mantendo-se atualizado com o desenvolvimento científico e tecnológico mundial.

Especificamente o laboratório de realidade virtual (LABRV) do IEN, vem desenvolvendo diversos

trabalhos, utilizando tecnologia de Realidade Virtual, em cooperação com outras instituições de ensino e

pesquisa (CNEN/CDTN, COPPE NUCLEAR/UFRJ, COPPE CIVIL/UFRJ, COPPE/ELÉTRICA, CRCN/UFPE/CNEN,

UGF, UNICARIOCA). Deste modo, pretende-se com esse projeto, em COLABORAÇÃO COM A EQUIPE DA

CNEN (CDNT) RESPONSÁVEL PELO PLANEJAMENTO DO REPOSITÓRIO NACIONAL PARA REJEITOS

RADIOATIVOS DE BAIXO E MÉDIO NÍVEIS DE RADIAÇÃO (RBMN), dar continuidade no desenvolvimento

de um Modelo Virtual Interativo do Repositório Nacional para Rejeitos Radioativos (MVIRNRR), com foco

na Análise Ergonômica de modo a auxiliar no estudo, avaliação conceitual, treinamento e planejamento;

além da divulgação do mesmo para o público em geral. O projeto será desenvolvido no CNEN/IEN em

colaboração com o CNEN/CDTN/UFMG e outras instituições de ensino.

Objetivo Geral

48

O objetivo deste trabalho é dar continuidade na construção do Modelo Virtual Interativo do Repositório

Nacional para Rejeitos Radioativos, preparando-o para aplicar os aportes da Ergonomia, de modo a

auxiliar no estudo, avaliação conceitual, planejamento e treinamento dos futuros trabalhadores. O

MVIRNRR, também irá ajudar na aceitação pública, ao realizar a divulgação (para o público em geral) do

que venha a ser o Repositório Nacional para Rejeitos Radioativos de Baixo e Médio Niveis de Radiação

(RBMN).


1. Colaborar com outras instituições da CNEN na descrição do Projeto Conceitual do Repositório

Nacional para Rejeitos Radioativos a ser implantado pelo RBMN para fins de avaliação de locais

candidatos e elaboração do projeto conceitual básico;

2. Melhorar a imagem do setor nuclear, ao considerar a experiência internacional que mostra que

quanto melhor e mais transparente forem divulgados o que é o repositório, sua funcionalidade e

os aspectos de segurança, mais seguro e confiante sentir-se-á o público sobre as diferentes

formas de utilização desta energia, tanto na geração elétrica como em práticas médicas e

processos industriais;

3. Considerando a análise ergonômica do trabalho, utilizar o modelo virtual para treinamento de

pessoal com relação aos procedimentos de realocação de rejeitos;

4. Estudo e melhoria do ambiente virtual; fontes radioativas; principais rejeitos radioativos e

detectores de radiação;

5. Permitir a estimativa do perfil de radiação devido à alocação dinâmica de rejeitos dentro dos

prédios e trincheiras (que fazem parte do repositório);

6. Auxiliar na definição e avaliação de estratégias de segurança física e nuclear;

7. Auxiliar o treinamento preliminar de agentes de segurança com o objetivo de aprender a

identificar potenciais situações de riscos como, furtos ou roubo de materiais radioativos

localizados no ambiente;

8. Permitir a que o treinamento seja realizado sem qualquer exposição dos indivíduos envolvidos

aos perigos da situação real, e em muitas vezes simulando situações poucos prováveis e difíceis

de reproduzir;

9. Desenvolver e apresentar uma nova forma para ensino e disseminação do conhecimento,

utilizando modernas tecnologias de Realidade Virtual que através de um ambiente virtual

imersivo, proporciona um maior envolvimento do público e consequentemente, melhor

assimilação do conhecimento;

10. Usar vídeos como parte de um mecanismo de divulgação científica para levar ao público

informações importantes para formação de opinião independente da que é veiculada pelos

meios de comunicação, o que é particularmente crítico no que toca o uso pacífico da energia

nuclear, onde sói acontecer dessas opiniões serem construídas em cima de desinformação ou

preconceitos;

49

11. Criar uma forma de divulgação/informação que estimule e integre o público no processo de

aprendizagem;

12. Mostrar para população os princípios básicos e o funcionamento de um Repositório de Rejeito

Radioativo;

13. Formar Recursos Humanos na área (Realidade Virtual para Treinamento e Divulgação Científica).

Insumos

Custeio



Reuniões Técnicas com outras instituições

envolvidas

Diárias 0

Passagens 0


congressos científicos

Diárias 0

Passagens 0

Bolsas

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Mestre em

Engenharia de

Produção com

Especialização em

Ergonomia

Em análise

ergonômica

utilizando

ambientes

virtuais;

Na supervisão e

construção de

ambientes

virtuais;

Conhecimento

do Núcleo de

Jogo Unity 3D

1,2,3,4,5,6,

7,9,11.12,

13

D-C 60 1


Atividades Indicadores Metas

50

Objetivo

Específico 2019 2020 2021 2022 2023

Análise

Ergonômica

1,2,3

Relatório

técnico sobre a

Análise

Ergonômica e

Sugestões de

melhoria no

projeto do

RBMN

X X

Estudo e

melhoria do

ambiente

virtual; fontes

radioativas;

principais

rejeitos

radioativos e

detectores de

radiação

4,5

Modelos

virtuais do

ambiente

pronto

X X X

Treinamento

de pessoal no

modelo virtual

4,5,7,8

Equipes com

treinamento

específico

realizado

X X

Utilizar o

modelo

virtual, para

avaliar

estratégias de

segurança

física e nuclear

5,6,7,8

Modelo virtual

para avaliar

estratégias e

protocolos de

segurança

X

Treinamento

de agentes de

segurança no

ambiente

virtual

5,6,7,8

Equipes com

treinamento

específico

realizado

X X

51

Nova forma de

ensino e

disseminação

do

conhecimento

9,10,11,12

Produção de

Vídeos

Educativos,

Produção de

Holograma

para Ensino,

Criação de

jogos

educativos

X X X

Formação de

Recursos

Humanos na

área

13

Pessoas

capacitadas

para trabalhar

X X X


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Análise Ergonômica x x x x

Estudo e melhoria do

ambiente virtual; fontes

radioativas; principais rejeitos

radioativos e detectores de

radiação

X X X X X X

Treinamento de pessoal no

modelo virtual X X X X

Utilizar o modelo virtual, para

avaliar estratégias de

segurança física e nuclear

X X

Treinamento de agentes de

segurança no ambiente

virtual

X X X X

Nova forma de ensino e

disseminação do

conhecimento

X X X X X X

52

Formação de Recursos

Humanos na área X X X X X X

Produtos

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Relatório

Técnico de

Ergonomia

1,2,3,4

X X

Modelo do

Virtual para

treinamento

2,3,4,5,6,7

X X X

Modelo do

Virtual para

divulgação

para

sociedade

8,9,10,11,12,13

X X X

Vídeos 3d

educativos 8,9,10,11,12,13

X X X

Jogos

Educacionais 8,9,10,11,12,13

X X X


Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Desenvolver um

modelo virtual do

Repositório Nacional

de Rejeitos

Radioativos com o

auxílio da Análise

Ergonômica

1,2,3,4,5 Relatório

Técnico X X X

53

Montagem e/ou

melhoria da

estrutura física para

desenvolvimento

científico e

tecnológico

1,2,3,4,5

6,7,8,9,10

11,12,13

Espaço e/ou

sala necessário

para

viabilização do

projeto;

X

Criação de vídeos

educativos

9,10

11,12,13

Vídeos para

divulgação X X X

Jogo educativo

interativo 9,10

11,12,13

Resultados

preliminares do

jogo educativo

X X X

Distribuição do

Vídeo e Jogo para

população (escolas

públicas e

comunidades do

entorno das

unidades nucleares)

9,10

11,12,13

Distribuição do

jogo. X

Escrita de um

relatório técnico 1,2,3,4,5

6,7,8,9,10

11,12,13

Relatório

Técnico Final,

contendo todas

as metas

executadas e

as dificuldades

encontradas;

X

Publicação e

divulgação dos

resultados 1,2,3,4,5

6,7,8,9,10

11,12,13

Submissão de

artigos para

revistas

internacionais,

publicação e

participação

em congressos.

X X X

Apoio a teses de

Mestrado e

Doutorado

1,2,3,4,5

6,7,8,9,10

11,12,13

Formação de

recursos

humanos

X X X

54

Solicitação de

patentes/registros

1,2,3,4,5

6,7,8,9,10

11,12,13

Patentes e

registro

realizados

X

55

INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES - IPEN

TÍTULO DO PROJETO: Aperfeiçoamento e implantação da metodologia “in situ” de calibração de medidores de atividade


Coordenador do projeto: Maria da Penha Albuquerque Potiens

Introdução

A medicina nuclear é uma especialidade da área médica no campo de imagiologia que envolve o uso de

radionuclídeos para fins diagnósticos ou terapêuticos e difere se de outras modalidades de imagem, pois

possibilita avaliar a morfologia e a funcionalidade de inúmeros processos fisiológicos do sistema em

estudo.

A medicina nuclear é a área da física médica que utiliza não raios X, mas sim radioisótopos para realizar

um exame diagnóstico. As aplicações dos radioisótopos na medicina nuclear são múltiplas, e são

normalmente usadas como traçadores, no qual o próprio radioisótopo é incorporado ao meio biológico

que se deseja estudar (ROCHA, 1976) (SAHA, 2010). Ao utilizar esses radioisótopos como traçadores,

introduz-se o elemento radioativo no meio a estudar, e segue-se o seu caminho naquele sistema biológico

(ROCHA, 1976).

No caso de exames médicos, esses elementos são injetados no paciente (por via oral ou intravenosa) e a

radiação emitida pelos mesmos é detectada por um equipamento que faz uma varredura do mesmo, e a

imagem é construída por um programa de computador.

O grande diferencial da medicina nuclear em relação à radiologia é que, no primeiro, é possível obter

informações fisiológicas do paciente, enquanto que na segunda somente informações anatômicas.

Porém, atualmente, já existem exames que juntam técnicas das duas áreas, como o PET-CT, no qual um

aparelho de tomografia computadorizada trabalha em conjunto com detectores de radiação gama,

fornecendo uma imagem que fornece informações anatômicas e fisiológicas do paciente, capaz de

localizar com grande precisão uma possível patologia. Mas, por outro lado, esse procedimento exige uma

atenção especial, pois pode resultar em um aumento na dose do paciente e dos trabalhadores (IAEA,

2008).

No Brasil, para um serviço de medicina nuclear entrar em funcionamento é necessário a autorização da

autoridade sanitária local e da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), que exige o envio de alguns

documentos que comprovem que as exigências para a implantação desse tipo de serviço estão sendo

cumpridas, tal como certificado de calibração de monitor de taxa de exposição e contaminação de

56

superfície, contrato com supervisor de radioproteção e/ou médico qualificado em medicina nuclear,

dentre outros (CNEN, 1998), (ANVISA, 1998),(CNEN, 2013).

Um levantamento recente mostra que a região sudeste representa 57,3 % de todos os serviços de

medicina nuclear instalados no Brasil. A região que menos oferece esse serviço é a norte, com apenas 06

(seis) clínicas (SILVA, DUARTE, & SANTOS, 2011).

A Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) apresenta recomendações na área de radioproteção

em Medicina Nuclear, além de resultados de testes, ensaios, comparações e produção de radiofármacos,

tanto para fins de diagnóstico quanto para fins terapêuticos (AIEA, 2006).

Para estabelecer a rastreabilidade e fazer o controle de qualidade das medições de atividade no país o

Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes(LNMRI) promove programas de

comparações nas áreas de metrologia de radionuclídeos e dosimetria das radiações tendo como

participantes laboratórios de analises de amostras ambientais e os serviços de medicina nuclear

(TAUHATA, 2006). O LCI, desde 1980, vem participandode todas as comparações interlaboratoriais

organizadas pelo LNMRI, na área de metrologiadas radiações.

Recentemente foi desenvolvido pelo LCI uma metodologia de calibração econtrole de qualidade "in situ"

de medidores de atividade (ativímetros), que pode ser aplicada tanto ao setor de produção de

radiofármacos do IPEN, como nos serviços de medicina nuclear para o radiofármaco 99mTc. Esta

metodologia leva em conta todos os fatores que podem influenciar a resposta de um ativímetro, relativos

à geometria, volume e posição do frasco dentro da câmara de poço e os resultados demonstraram uma

diferença de até 5% na medição do 99mTc com diferentes ativímetros.

Justificativa / Relevância:

Em 2011 foi realizada uma análise da distribuição de radiofármacos para serviços de Medicina Nuclear

no Brasil, a partir dos dados cadastrais registrados pelo setor comercial do IPEN. Este levantamento

mostrou que cerca de aproximadamente 365 clínicas recebem o material no serviço, e que os principais

radiofármacos utilizados foram: 99mTc,131I e 67Ga(Kuahara, Correa, & Potiens, 2013). Atualmente, este

número já foi ultrapassado, tendo sido registrados mais de 430 serviços de medicina nuclear distribuídos

por todo o território brasileiro. Os radiofármacos fornecidos pelo IPEN-SP propiciam a realização de

aproximadamente um milhão e meio de procedimentos de medicina nuclear por ano, sendo a principal

unidade produtora da CNEN. O IPEN produz atualmente 38 diferentes radiofármacos, incluindo o flúor

FDG-18F, além de ser o único produtor de Geradores de Tecnécio (99mTc) no país. O 99mTc é um dos

principais elementos radioativos empregados na elaboração de radiofármacos, sendo utilizado na maior

57

parte dos procedimentos diagnósticos de Medicina Nuclear. Paralelamente ao desenvolvimento do

gerador de 99Mo-99mTc, inúmeros reagentes liofilizados foram desenvolvidos e disponibilizados para a

classe médica nuclear. Cada reagente liofilizado, reagindo com o tecnécio-99m oriundo do gerador de

radionuclídeo, origina um radiofármaco com propriedades específicas para o diagnóstico de

determinados órgãos e/ou patologias. Por esta razão o 99mTc foi escolhido para o desenvolvimento inicial

da metodologia de calibração “in situ”. Além disso, outros radiofármacos foram desenvolvidos,

produzidos e distribuídos pelo IPEN, como o cloreto de 201Tl, para estudo da viabilidade cardíaca, o citrato

de 67Ga para diagnóstico de tumores específicos e pesquisa de focos de inflamação e infecção, a

Metaiodobenzilguanidina marcada com 131I e 123I, utilizada, respectivamente, na terapia e diagnóstico de

feocromocitomas e neuroblastomas, além do 153Sm, que na forma de EDTMP-153Sm, age como paliativo

das dores provenientes de metástases ósseas de câncer de próstata e mama, entre outros(Araújo,

Lavinas, Colturato, & Mengatti, 2008).

Para garantir que a dose aplicada ao paciente seja adequada, tanto um serviço de medicina nuclear (SMN)

quanto o centro de produção precisa dispor de equipamentos de medição, ativímetros, que são utilizados

para determinar a atividade dos radiofármacos. Além disso, a norma CNEN-NN-3.05, em sua última

revisão no ano de 2013, exige que cada SMN tenha pelo menos um ativímetro além dos instrumentos

para proteção radiológica. O grande número de procedimentos realizados nos SMNs implica na utilização

de um número significativo de ativímetros, sendo inevitável a preocupação com o desenvolvimento de

programas de controle de qualidade e proteção radiológica.

A Norma CNEN-NN-3.05, recomenda os testes necessários ao controle da qualidade e suas respectivas

periodicidades, utilizando fontes de referência de 57Co, 133Ba e 137Cs. No entanto estas fontes não são

importantes clinicamente. É importante ressaltar que as fontes de controle não são fontes de calibração.

A Resolução-RDC no-63, da ANVISA, publicada em 2009, recomenda a calibração dos ativímetros em

intervalos regulares. Para que se tenha confiança na leitura obtida em um ativímetro, é importante que

a calibração seja realizada para o radiofármaco selecionado e na geometria especifica pelo

usuário(AAPM, 2012).

Portanto o procedimento proposto irá contemplar a calibração dos ativímetros para os seguintes

radiofármacos: 99mTc, 131I , 201Tl e 67Ga.

Objetivo Geral

O objetivo deste projeto é a implantação desta metodologia e a sua ampliação para outros radiofármacos

de interesse do setor de produção de radiofármacos do IPEN que são o 131I, o 201Tl e o 67Ga.

58



Operacionalizar a nova instalação construída especialmente para a manipulação destes

radiofármacos no prédio do LCI. Esta nova instalação abrigará os três ativímetros de referência

do LCI, um deles é um sistema padrão secundário calibrado pelo NPL, Inglaterra;


Desenvolver um método para a caracterização das amostras dos radiofármacos para serem

utilizados como fontes de referência para a calibração destes instrumentos, considerando todos

os fatores de influência para cada radiofármaco de interesse;

Após a caracterização das fontes como referência, esta mesma fonte retornará ao setor de produção para

uma nova medição e a determinação dos coeficientes de calibração de cada instrumento. O IPEN possui

cerca de 30 ativímetros em uso atualmente.


Determinar uma logística de aplicação da metodologia nas clínicas de medicina nuclear que concordarem

em participar desta metodologia nos ativímetros localizados em áreas quentes. Neste caso poderá ser

aplicado dois métodos desenvolvidos: o de utilizar uma fonte fornecida pelo CR, caracterizá-la e enviar à

clínica para a calibração do ativímetro; ou no segundo caso, o usuário envia uma fonte previamente

medida no seu ativímetro e o laboratório caracteriza esta fonte enviando ao usuário um certificado de

atividade da fonte que poderá se utilizado pelo usuário para testar outros ativímetros.

Objetivo 4:

Preparar um procedimento da metodologia desenvolvida seguindo as recomendações do

sistema da qualidade implantado tanto no LCI como no CR.

Insumos

Bolsas


Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI

categoria/nível Meses quantidade

59

Tecnologo, Físico ou

Engenharia/Doutorado

Metrologia

das radiações 1,2,3,4 D-C 60 1


Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Operacionalizar

instalação

1 Lab. adequado

para uso

X

Caracterização

de fontes

2 Método

desenvolvido

X X

Aplicar método

para os

ativímetros do

ipen

2 Ativímetros

calibrados (30

internos)

X

Desenvolver

logistica de

transporte de

fonte para

clínicas de MN

3 Número de

fontes

transportadas

para os SMN

X

Preparar um

procedimento

dentro do

Sistema da

Qualidade

4 Procedimento

publicado no

Sistema da

Qualidade

X

Implantar

método de

calibração "in

situ" Interno e

ex terno

2,3 Número de

ativímetros

testados e

fontes

caracterizadas

X


2019 2020 2021 2022 2023

ATIVIDADES 1º 2o 1o 2o 1o 2o 1º 2º 1º 2º

1. Revisão e Atualização Bibliográfica X X X X X X X X X X

60

2. Familiarização na utilização dos ativímetros

existentes no LCI e no CR; Leitura de manuais e

procedimentos.

X X X

3. Caracterizar a nova instalação no laboratório de

calibração

X

4. Acompanhar a instalação e testes de aceite do

Ativímetro que será empregado como

referência

X X

5. Realizar as medidas com as fontes de controle

nos ativímetros de referência

X X X X X X X X X

6. Identificar e analisar os procedimentos de

controle de qualidade utilizados pelos SMN

X X

7. Realizar os testes de caracterização das

amostras fornecidas pelo CR

X X X

8. Implantar a metodologia de calibração para

estas novas fontes

X

9. Aplicar a metodologia nos ativímetros

pertencentes ao IPEN utilizando as novas fontes

de referência

X X X X X X X

10. Estabelecer a logística de realização das

medidas no laboratório e nas clínicas

X

11. Realizar visitas piloto às clínicas para

desenvolver e testar a metodologia de

calibração “in situ”

X X

12. Preparar modelos de certificados de calibração:

das fontes e dos ativímetros

X

13. Realizar o processo de calibração e pelo menos

uma recalibração no CR e nos SMN para

comparação de comportamentos

X X X X X X X

Produtos



61

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Método de

caracterização

de fontes

2 Número de

radiofármacos

caracterizados

para referência

em calibração

X X

Método de

calibração "in

situ"

3 Número de

ativímetros

calibrados

X X


Espera-se ao final deste projeto que todos os ativímetros pertencentes ao IPEN, perto de 25

instrumentos, estejam calibrados para os principais radiofármacos produzidos. Esta metodologia, após

a sua validação, poderá ser ampliada para os Serviços de Medicina Nuclear na cidade de São Paulo. Com

a implantação do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), prevista para 2021, o uso e produção de

radiofármacos no Brasil poderá registrar grandes avanços, levando a um aumento no número em

ativímetros em uso, que necessitarão de calibração trazendo mais confiabilidade nas suas medições, já

que estudos realizados com o 99mTc demonstraram uma diferença de até 5% na medição com

diferentes ativímetros.


AAPM. (2012). American Association of Physicist In Medicine. The selection, use, calibration amd quality control assurance of radionuclide calibrators used in nuclear medicine. AAPM-TG-181.

AIEA. (2006). International Atyomic Energy Agency.Quality Assurance for Radioactive Measurement in Nuclear Medicine.Vienna: IAEA. TRS-454.

ANVISA. (1998). Agência Nacional de Viigilência Sanitária. Brasília: ANVISA.Portaria MS-458.

Araújo, E., Lavinas, T., Colturato, M., & Mengatti, J. (2008). Garantia da qualidade aplicada À produção de radiofármacos. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, 44.

CNEN. (1998). Comissão Nacional de Energia Nuclear. Licenciamento de Instalações Radiativas. Rio de Janeiro: CNEN-NE-6.02.

CNEN. (2013). Comissão Nacional de Energia Nuclear. Requisitos de Radioproteção e Segurança para Serviços de Medicina Nuclear.Rio de Janeiro: CNEN-NN-3.05.

62

IAEA. (2008). International Atomic Energy Agency. Radiation Protection in Newer Medical Imaging Techniques: PET/CT.Vienna: IAEA. SRS-58.

Kuahara, L., Correa, E., & Potiens, M. (2013). Análise da distribuição de radiofármacos para serviços de medicina nuclear no Brasil. (P. Recife, Ed.) International Nuclear Atlantic Conference, INAC 2013.

ROCHA, A. (1976). Medicina Nuclear. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan.

SAHA, G. (2010). Fundamentals of Nuclear Pharmacy (fourth Ed. ed.). New York: Springer.

SILVA, A., DUARTE, A., & SANTOS, B. (Recife, PE. de 2011). Distribuição do Serviço de Medicina Nuclear no Brasil. 18th International Joint Conference - RADIO 2011.

TAUHATA, L. V. (2006). The Brazilian National Intercomparison Program(PNI/IRD/CNEN): evaluation of 15 years of data. Journal of Environmental Radioactivity, 86, pp. 384-390.

63


TÍTULO DO PROJETO: Avaliação dos efluentes não radiológicos gerados no IPEN visando o desenvolvimento de um coeficiente de conformidade com a legislação ambiental, em atendimento as ações de licenciamento


Coordenador do projeto: Marycel Elena Barboza Cotrim

Introdução

Contextualização do problema a ser tratado e a situação atual da pesquisa no Instituto de Pesquisas

Energéticas e Nucleares.

As questões ambientais permeiam hoje qualquer empreendimento e atividade, incluindo as áreas de

P&D&I & Ensino, devendo ser priorizado o controle da poluição, responsável por danos econômicos reais,

por perdas ecológicas e pelo comprometimento da qualidade de vida.

O projeto visa atender atividades de pesquisa e desenvolvimento com ações voltadas principalmente ao

licenciamento ambiental e nuclear da Instituição em atendimento ao Licenciamento das Instalações das

Unidades Técnico-Científicas da CNEN na PPA “Licenciamento das Instalações Nucleares e Radiativas do

IPEN/CNEN-SP”; e também quanto a PPA- 2B32- Formação Especializada para o Setor Nuclear na ação

CNEN 2B320000005 - Formação Especializada nos Institutos da CNEN) (CNEN, 2016).

Como resultado o projeto permitirá atender a manutenção das condicionantes estabelecidas na licença

de operação expedida pelo IBAMA, conforme L.O. n0 1325/2016; disponibilizar e oferecer um modelo

para planejamento e execução dp programa de monitoramento ambiental químico, não radiológico,

do campus do IPEN e contribuir com estratégias e dados na elaboração de Relatório de Avaliação anual

do Programa de Monitoramento realizado conforme procedimentos estabelecidos pela agencia

ambiental e aprovado pelo IBAMA.

Os indicadores são elementos que sinalizam, comunicam, demonstram, indicam e informam. Nesse

sentido, os indicadores têm várias características definidoras: quantificam a informação, tornando seu

significado mais aparente, simplificam a informação para facilitar a comunicação; são descritivos,

representando um modelo da realidade. Um indicador deve ainda facilitar a comparação. (Miranda, 2002

apud Kusterko, 2009).

O indicador facilitará o entendimento da qualidade dos efluentes descartados na rede coletora bem como

possibilitará demonstrar que os efluentes do IPEN se encontram em concentrações próximas ao valor

legal definido no artigo 19-A do decreto estadual 8469/76.

Outra ferramenta que vem sendo usada com êxito no controle e monitoramento ambiental é o

geoprocessamento. Envolve técnicas e conceitos de cartografia, sensoriamento remoto, e Sistema de

Informações Geográficas (SIG). De maneira sucinta, pode-se dizer que SIGs são ferramentas que

manipulam objetos (ou feições geográficas) e seus atributos (ou registros que compõem um banco de

dados) por meio de seu relacionamento espacial (topologia).

Assim, a construção de um banco de dados georreferenciados da área do IPEN, possibilitará a

espacialização dos dados adquiridos e gerados nos relatórios de Avaliação do Programa de

64

Monitoramento Ambiental, com o intuito de averiguar, investigar e gerenciar os aspectos ambientais

(cunho de avaliação de impacto ambiental) do descarte de efluente do IPEN.

O desenvolvimento do projeto possibilitará atender não só o Programa institucional de monitoramento

e a todos os Centros e unidades geradoras de efluentes do IPEN como cumprir com rigor as

condicionantes da Licença Operacional IBAMA no. 1.325/2016. do IPEN/CNEN-SP. Dessa forma atenderá

o programa Ação PPA 6833 atendendo a Área de Interesse da CNEN de Acordo com Edital: Análise e

avaliação de segurança de instalações nucleares e radiativas - Atendimento Institucional ao IBAMA e

Cumprimento às legislações reguladoras;

Estes indicadores deverão ser também utilizados na avaliação dos efluentes e do programa ambiental do

RMB.A política nacional de atividades nucleares tem como objetivos: “assegurar o uso pacífico e seguro

da energia nuclear; desenvolver ciência e tecnologia nucleares e correlatas para geração de energia,

medicina, indústria, agricultura e meio ambiente; e atender ao mercado de equipamentos, componentes

e insumos para indústria nuclear e de alta tecnologia”. Entre os principais desafios da política nuclear

brasileira, destacam-se: a busca por autonomia e sustentabilidade do país na produção de energia núcleo

elétrica; a autossuficiência nas etapas do ciclo combustível com possibilidade de exportação de

excedentes; e a ampliação da oferta de produtos e serviços tecnológicos na área nuclear (saúde, meio

ambiente, agricultura e indústria).

Estrategicamente as atividades de licenciamento e controle fazem parte dos processos institucionais.

Com esse foco, existe a necessidade de introduzir mecanismos inovadores no processo de gestão e

implementar o controle ambiental, de forma que os seus resultados se traduzam, efetivamente, em

ganhos na qualidade ambiental e na qualidade de vida da população (Cavalcanti, 2010).

Com o avanço tecnológico, o crescimento desenfreado e o aumento da perspectiva de vida do ser

humano, o conceito de desenvolvimento industrial mudou. Essa mudança tem exigido que a direção das

empresas ampliasse a gestão sobre os seus negócios, não focando somente o produto. A preocupação

das organizações com o meio ambiente, com uma maior e crescente conscientização das pessoas e toda

a sociedade, tem levado a empresa a adotar uma atitude pró-ativa, visando minimizar o impacto causado

no meio ambiente, na execução de suas atividades operacionais.

Dentre as várias atividades planejadas e implementadas pelo IPEN para atingir e demonstrar um

desempenho ambiental correto encontra-se o Programa de Monitoramento Ambiental dos Compostos

Químicos Estáveis do IPEN, que contempla o monitoramento dos efluentes descartados na rede coletora

de esgotos e a qualidade das águas subterrâneas.

O Plano de Gerência para o Monitoramento Ambiental dos Compostos Químicos Estáveis do Instituto de

Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN e propostas de melhoria, em vigor desde 2006, define requisitos

básicos para a proteção à vida e à propriedade, nas suas dependências, onde são manuseados produtos

químicos, biológicos e radioativos e equipamentos diversos e visam prover o IPEN de documentação

técnica necessária para atendimento às legislações ambientais vigentes e às solicitações do TAC IBAMA,

referente às suas instalações. Capital.

O Programa de Amostragem e Medidas para os efluentes líquidos gerados pelo instituto teve início em

outubro de 2007, com a finalização da adequação da estação de coleta e monitoramento de efluentes

líquidos do IPEN localizada em frente à Portaria Norte. Para demonstração de conformidade com os

65

aspectos legais do seu lançamento em rede coletora de esgoto público, os resultados obtidos devem

obedecer ao artigo 19-A do decreto estadual 8468/76, o qual aprova regulamento da Lei Estadual 997/76.

Para os compostos analisados dentro do Programa de Amostragem e Medidas que não estão

contemplados no artigo 19-A do decreto estadual 8468/76, os resultados obtidos serão comparados com

os padrões de lançamento de efluentes em corpos d’água, definidos no artigo 34 da Resolução CONAMA

357 (Brasil, 2005), a qual dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o

seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá

outras providências. Complementarmente, os resultados são comparados com os definidos na Resolução

CONAMA 397 (Brasil, 2008), que altera o inciso II do parágrafo quarto e Tabela X do parágrafo quinto do

artigo 34 da Resolução CONAMA 357/05 e acrescenta os parágrafos sexto e sétimo.

Uma forma de avaliar o desempenho de uma atividade é através de indicadores que possibilitem a

construção de um adequado sistema de informações.

Em muitos estudos ambientais, é adotado o conceito quociente de qualidade: para os índices de

qualidade da água (Da Silva, et al, 2006) ( Coletti, et al, 2010), para obter informações sobre qualidade de

sedimentos (Long, et al, 2006), e por índices de avaliações de risco (Singh, et al., 2004). Enquanto a matriz,

o modelo de cálculo e a interpretação dos conceitos forem cuidadosamente selecionados os índices

demonstraram serem ferramentas úteis. Cada índice apresenta uma variedade de abordagens para

tornar mais fácil o diagnóstico ambiental.

Este rio é contaminado? Posso beber esta água? O efluente é compatível com as normas legais? Às vezes,

um sim ou não é uma questão tão simples de responder. Especialmente quando vários parâmetros devem

ser monitorados com diferentes níveis de concentração, riscos associados, efeitos biológicos.

Objetivo Geral

A avaliação e implantação de um índice de qualidade utilizado para monitorar o descarte do efluente do

IPEN frente à legislação, facilita a compreensão de um grande banco de dados de informações.

Este projeto tem correspondência no planejamento e estrutura do Planos Pluri Anual da CNEN (PPA 2016-

2019), atendendo ao Programa Temático Política Nuclear, vinculados aos seus objetivos (2) e (4) (CNEN,

2016). O presente estudo visa demonstrar a utilização do índice como uma ferramenta no auxílio a

operação, manutenção e gestão do processo. A elaboração de um instrumento de avaliação é um

exercício de traduzir visões de necessidades em objetivos e medidas de desempenho. Assim, para a

implantação e avaliação de um coeficiente de conformidade, o trabalho abordará as seguintes etapas:

O estudo possibilitará estabelecer novos indicadores ambientais e contribuir com os programas e

atividades de licenciamento ambiental vinculados diretamente às diretrizes estratégicas da instituição.

Objetivos Específicos:


Levantamento de dados das condições ambientais das instalações do IPEN e avaliação dos parâmetros

que visam atender o artigo 19A do Decreto No. 8646/76 do Estado de São Paulo e a resolução CONAMA

66

357/05 artigo 34, que regulamentam o lançamento de efluentes no sistema público de tratamento de

esgoto;


A caracterização do efluente do IPEN em uma amostra composta avaliando 30 parâmetros físicos

químicos para atendimento da legislação.


Uso dos dados para avaliar atendimento a legislação - Visando facilitar o entendimento dos resultados

obtidos para as amostras de efluentes do IPEN será utilizado o quociente definido por Long e

pesquisadores (2006) o qual é calculado individualmente para cada substância, pela divisão da

concentração observada pelo seu respectivo critério de qualidade (neste caso, condição de lançamento

do artigo 19-A). Esse quociente Q indica quanto acima ou abaixo o valor encontrado está em relação ao

nível aceitável pela legislação pertinente.


Utilização dos Indicadores: Uma vez construídos os indicadores que atendam às propriedades e

classificações expostas, pode-se elaborar planos de ações que permitam uma melhor gestão da

Qualidade Ambiental que conduza ao alcance dos objetivos estratégicos da organização.

Insumos

Custeio

Nada a declarar

Bolsas

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Nível Superior

Engenharia

Ambiental ou

Química

1,2,3 DD 60 1


Visando atender ao cumprimento dos objetivos específicos, serão executadas as seguintes atividades:

67

Atividade 1: Levantamento dos dados e condições ambientais do IPEN

Será realizado um levantamento das atividades de todas as Instalações em operação no IPEN, avaliando

insumos utilizados, segregação de efluentes, e tanques de retenção de efluentes, bem como medidas de

controle adotados em cada Centro. Serão avaliados os parâmetros estabelecidos nas Legislações

vigentes.

Indicador 1: Como Indicador de resultado desta atividade :

(a) Relatório apresentando a situação atual de cada instalação em operação no campus do IPEN.

(b) Relatório com os parâmetros estabelecidos pela legislação vigente, bem como outros

parâmetros não contemplados na legislação necessários em função do levantamento.

Atividade 2: A caracterização do efluente do IPEN em uma amostra composta

Será realizada coleta diária do efluente do IPEN na estação de monitoramento de efluentes do IPEN. Os parâmetros pH, condutividade, temperatura e turbidez serão monitorados diariamente. Uma amostra composta do efluente semanal será separada para análise de todos os outros parâmetros. Para essas avaliações, as metodologias analíticas estabelecidas serão validadas, para atender a legislação.

Indicador 2: Relatórios bimestrais com a distribuição dos parâmetros avaliados. Relatório de validação da metodologia analítica.

Atividade 3: Aplicação de índices com o banco de dados obtido..

Para facilitar a avaliação do extenso banco de dados, serão aplicados índices estabelecidos na literatura

e comparados com as Legislações vigentes. será utilizado o quociente definido por Long e pesquisadores

(2006) o qual é calculado individualmente para cada substância, pela divisão da concentração observada

pelo seu respectivo critério de qualidade (neste caso, condição de lançamento do artigo 19-A). Esse

quociente Q indica quanto acima ou abaixo o valor encontrado está em relação ao nível aceitável pela

legislação pertinente

Indicador 3:

Relatórios com a discussão dos índices adotados por diferentes agencias ambientais.

Indicador 4:

Aplicação do índice e discussão sobre o desempenho e aplicabilidade dos mesmos.

Apoio na Elaboração do Relatório de Avaliação do Programa de Monitoramento e Controle de

Emissões Atmosféricas Anual do IPEN.

Atividade 4: Elaborar planos de ações que permitam uma melhor gestão da Qualidade Ambiental.

68

Uma vez construídos os indicadores que atendam às propriedades e classificações expostas, elaborar um

plano de ação, avaliando parâmetros avaliados e periodicidade de forma a otimizar o processo de gestão

ambiental da Instituição.

Indicador 5:

Apoio na Elaboração do Relatório de Monitoramento Ambiental - PMQ-A e na Avaliação do

Programa de gerenciamento de resíduos químicos, convencionais e de saúde do IPEN e em

atendimento as condicionantes da Licença de Operação do IPEN, L.O. 1325/2016.

A Tabela 1 apresenta um resumo do cronograma em função das atividades, indicadores descritos

anteriormente e prazo de execução.

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Atividade 1 1 Indicador 1 X X

Atividade 2 2 Indicador 2 X X X

Atividade 3 3 Indicador 3 X X X X X



A Tabela 2 abaixo descreve um resumo do cronograma das atividades, indicadores descritos

anteriormente e prazo de execução semestral

Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 X X X X X



Atividade 4 X X X X X X X X X X

Produtos

Produto 1: Mapa da situação ambiental do IPEN de forma a estabelecer um desempenho ambiental ou

mesmo uma meta para redução de emissões

Produto 2. Relatórios de caracterização do efluente do IPEN

69

Produto 3: Estabelecimento de um Índice de Qualidade a ser adotado

Produto 4: Avaliação do cumprimento às legislações reguladoras (item essencial para cumprimento as

condicionantes da Licença Operacional IBAMA) Relatório Anual de Avaliação do PMQ-A – do IPEN e

plano de ação visando a gestão ambiental do IPEN.

A Tabela 3, abaixo descreve um resumo do cronograma em função dos produtos a serem obtidos,

descritos anteriormente em função do prazo de execução anual.

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Produto 1 1 Indicador 1 X



Produto 3 3 Indicador 4 X X X X X


Resultado 1: Obter de uma base consistente de dados, projeto e processo voltados para identificar a

emissão de efluentes na rede coletora da SABESP;

Resultado 2. Incluir os indicadores estabelecidos neste estudo no Relatório PMAQ Ambiental do IPEN e

no Relatório de Gestão Ambiental do IPEN, de modo a demostrar, a existência do controle da poluição e

a preocupação institucional com as questões ambientais e de legislação.

Resultado 3. Prover o IPEN/CNEN de documentação técnica necessária para atendimento às legislações

ambientais vigentes e estabelecer requisitos básicos para a proteção à vida e à propriedade, nas suas

dependências, onde são manuseados produtos químicos, biológicos e radioativos e equipamentos

diversos. Avaliação do cumprimento às legislações reguladoras (item essencial para cumprimento as

condicionantes da Licença Operacional IBAMA)

A tabela 4 apresenta um cronograma dos resultados em função dos indicadores.

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Resultado 1 1 Indicador 1,2 X X

Resultado 2 2,3 Indicador 3 X X X X

Resultado 3 3 Indicador 4 X X X X X

70

Custeio

Bolsas:

PCI Categoria/

Nível

Mensalidade


PCI-D

A 5.200,00 - - -

B 4.160,00 - - -

C 3.380,00 - - -

D 2.860,00 60 01 171.600,00

E 1.950,00 - -

F 900,00 - - -

PCI-E 1 6.500,00 - - -

2 4.550,00 - -

Total (R$) 171.600,00


Alvarez-Guerra, M.; Viguri, J. R.; Casado-Martinez, M. C.; Delvalls, T. Á. Sediment Quality Assessment

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71

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18/03/2005, Brasília.

BRASIL. MINISTÉRIO DE DESENVOLVIMENTO URBANO E MEIO AMBIENTE, CONSELHO NACIONAL DO

MEIO AMBIENTE (CONAMA). Resolução nº 430, art. 18 e 19A Decreto nº 99.274, D. O. U., de

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Singh Kunwar P. [et al.] Impact assessment of treated/untreated wastewater toxicants discharged by

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area [Article] // Chemosphere. - 2004. - Vols. 55, p. 227–255.

72


TÍTULO DO PROJETO: Desenvolvimento de Tomógrafos Industriais Tipo 4D para Análise em Tempo Real de Sistemas Multifásicos e suas Aplicações Inovadoras



Introdução

Entre as várias reações químicas que ocorrem nos processos industriais, as reações catalíticas gás-líquido-

sólido estão amplamente disseminadas nas indústrias químicas, petrolíferas, petroquímicas, bioquímicas,

farmacêuticas e dos alimentos [5,6]. Diferentes tipos de reatores químicos têm sido usados nos processos

de reações trifásicas – gás-líquido-sólido, denominadas de sistemas multifásicos, por possuírem no

interior da sua estrutura as três fases físicas: Gás-líquido-sólido. A escolha do reator depende da reação

química utilizada, pela facilidade de uso e manufatura dos tipos de reação, e pelo aumento da

transferência de massa para reações de transferência de massa [4,7,8]. Os processos de sistemas

multifásicos são parte integrante de uma ampla gama de processos industriais associados às

transformações e separações químicas e bioquímicas.

Atualmente, os sistemas denominados multifásicos têm tido um papel muito importante nos processos

industriais. No entanto, apesar das inúmeras aplicações destes sistemas, a metodologia adotada no

desenho do processo tem obedecido muito mais às regras intuitivas do que os princípios sólidos. Este

fato deve-se à complexa estrutura de um fluxo, onde as relações entre os sistemas macros e micros não

têm sido claramente estabelecidas. Assim, o entendimento de muitos problemas hidrodinâmicos tem

permanecidos incompletos. A falta de detalhes estruturais das informações dinâmicas da microescala e

as dificuldades matemáticas associadas com os métodos de manipulação dos dados aleatórios dos meios

multifásicos são os principais motivos pelos quais não é possível realizar um estudo destes sistemas

fundamentados em bases teóricas. Para o entendimento destes sistemas, é necessário ter as informações

completas do campo de fluxo. Os avanços na área de modelagem de fenômenos de transporte com ou

sem reação química em reatores multifásicos dependem da disponibilidade de ferramentas

experimentais em fornecer dados para a avaliação e melhoria de processos. Avanços tecnológicos na área

de instrumentação e do controle computadorizado, têm estimulado o desenvolvimento de técnicas não

invasivas para a medida e a visualização dos sistemas multifásicos9. A tecnologia de tomografia

computadorizada de raios gama para processos multifásicos vem despontando como uma técnica mais

apropriada para fornecer esses dados.

73

O conhecimento da integridade física das plantas de processos industriais (colunas de destilação, reatores

químicos, tubulações, etc) e da dinâmica dos componentes de destilação são fatores importantes que

levam à qualidade dos produtos gerados nas indústrias. No decorrer do tempo, os reatores/colunas de

processos sofrem degradação devido ao aparecimento de crostas de fuligem e de polímeros e assim

causam a diminuição da eficiência de troca de calor nos componentes das colunas. Como consequência,

têm-se quatro implicações, a saber: (1) na linha de produção, ocorre redução da eficiência de destilação

devido à diminuição dos coeficientes de trocas de calor, (2) na sequência tem-se a perda da qualidade

dos destilados e como corolário incide as (3) perdas econômicas inerentes e a (4) competividade dos

produtos. No mundo globalizado atual as causas (2) a (4) são mortais para a economia de qualquer país

que tenha a ambição de ganhar o mercado internacional. Portanto, o contínuo controle de qualidade dos

meios de produção de uma empresa é a chave mestra para garantir à competitividade de seus produtos.

Como se sabe, no mercado consumidor, a aceitação de qualquer produto necessita atender dois itens:

preço e qualidade.

O que diferencia uma empresa competitiva é a sua produtividade [10,11] alcançada com as estratégias do

uso de novas tecnologias e da competência técnica do seu quadro de servidores. Algumas experiências

brasileiras bem sucedidas seguiram este modelo. Por exemplo, (a) a tecnologia gerada para conhecer o

sequenciamento do genoma humano também foi usada para o sequenciamento de produtos agrícolas

contribuindo para os êxitos alcançados pela Embrapa. Nesta mesma linha podem-se destacar: (i) os

irradiadores industriais usados na esterilização de utensílios cirúrgicos e de alimentos, (ii) o

desenvolvimento das ultracentrífugas de enriquecimento de urânio e, (iii) mais recentemente, o

desenvolvimento da tecnologia da tomografia industrial. Todos esses projetos foram desenvolvidos com

a criatividade de pesquisadores nacionais. Dessa forma não foi necessário importar e comprar

tecnologias, custando somente o incentivo à inteligência dos pesquisadores. Essas tecnologias são

exemplos efetivos que colocou o Brasil na vanguarda dessas tecnologias, demonstrando o acerto desta

estratégia.

A tomografia médica desenvolvida pelos seus pioneiros Hounsfield12 (parte instrumental) e Ambrose13

(contribuição médica) foi originada na década de 70 e desde então sofreu inúmeras evoluções (CT, RM -

Ressonância Magnética, Spect – Single Photon Computed Tomography, PET – Positron Emission

Tomography). Mais recentemente, seguindo uma tendência de associar duas técnicas em um mesmo

equipamento surgiram às versões hibridas PET-CT, Spect-CT e PET-RM conferindo a esses novos

equipamentos alto desempenho que permitem obter imagens com alta resolução morfológica e

informações de natureza funcional dos órgãos. Desnecessário é descrever a importância que a tomografia

moderna exerce na medicina.

74

Na tomografia médica os “objetos” a serem tomografados têm composição praticamente uniforme (60%

de água, 65% de Oxigênio, 18% de Carbono, 10% de Hidrogénio, 3% de Nitrogênio) e possuem

relativamente pouca variação geométrica, de modo que tomógrafos com uma abertura de

aproximadamente ≥ 60 cm é suficiente para serem usados para tomografar desde uma criança recém-

nascida até um adulto obeso. Devido a sua grande utilização na medicina a perspectiva de sua produção

em escala industrial despertou muito interesse das principais indústrias multinacionais de instrumentos

como a Philips, a Siemens, a GE, a Toshiba, a Nortic Instrument, dentre outras importantes indústrias do

ramo. Estas indústrias são eficientes, dinâmicas, possuem boa equipe de atendimento de manutenção

de seus produtos e contam com a confiança do mercado. Mantém profissionais próprios de alta

competência para o desenvolvimento de novos instrumentos. Praticamente, há pouco espaço para

pesquisas na área instrumental da tomografia médica fora do ambiente das referidas indústrias.

O cenário da tomografia de processos industriais é mais complexo. Os objetos na indústria possuem entre

si muitas diferenças geométricas e de composição. Consequentemente, requerem o desenvolvimento de

equipamentos diferenciados que não se enquadram na produção em escala dos tomógrafos industriais.

Em outros termos, na indústria torna-se imperativo desenvolver sistemas tomográficos adequados para

cada finalidade[14-21]. Este fato traz à comunidade científica um aspecto positivo, pois cria nichos

tecnológicos e abre espaço para que vários pesquisadores atuem na tecnologia tomográfica e assim

contribuam com o surgimento de novas técnicas e softwares de tratamento de imagens. É neste contexto

que a presente proposta pretende contribuir.

Este projeto se insere na atividade 240 “Instalações e Equipamentos para Aplicações de Técnicas

Nucleares”, do Plano Diretor do IPEN-CNEN/SP.

Objetivo Geral

A proposta deste trabalho é desenvolver novos desenhos de sistemas de tomografia computadorizada

com raios X e fontes gama, que permitam diferentes configurações do sistema fontes de radiação, que

seja capaz de gerar as imagens em tempo real, “on line”, do interior de colunas de processos industriais

com transientes rápidos e sem paralisar a produção. O equipamento deve ser portátil e de fácil rearranjo

para ser adaptável a diferentes dimensões do objeto (coluna ou tubulações) e às diferentes aplicações

industriais. O sistema deve possibilitar sua aplicação no estudo de processos industriais, como por

exemplo, leitos fluidizados (e.g. FCC), colunas de destilação empacotadas, colunas de bolha, meios

porosos, reatores agitados, medição de fluxos multifásicos; para a obtenção de informações sobre

regimes do fluxo, vetor de velocidade, distribuição da concentração, porosidade e componentes

75

individuais em fluxos multifásicos e possuir versatilidade para ser instalado no ambiente complexo das

indústrias.



Definição da planta (diagrama pormenorizado) do projeto para a construção de tomógrafo


Projetos de eletrônica associada e do sistema eletro-mecânico dos tomógrafos.

Montagens físicas dos tomógrafos e suas integrações com a eletrônica associada e sistema de

aquisição.


Desenvolvimento de software para a reconstrução de imagens tomográficas. Integração do

software para os usuários (interface para os usuários dos tomógrafos).


Implantar a tecnologia da tomografia computadorizada industrial de raios X e fontes gamas

para análise de processos multifásicos industriais com know-how nacional e


Contribuir com a formação de recursos humanos em todos os aspectos da metodologia.


Disseminar o uso da tecnologia da tomografia de processos industriais para as indústrias do

Brasil, a fim de avaliar o funcionamento dos seus processos de produção por meio de imagens

(bidimensionais e tridimensionais).

Insumos

Custeio

Descrever recursos de custeio destinados a diárias e passagens com o objetivo de:



76





Cursos, estágios e visitas de curta duração para

aperfeiçoamento dos integrantes do projetos

Diárias e passagens 0

Consultoria especializada nas diferentes áreas que

compõe o projeto


Vinda de expert estrangeiro Diárias e passagens 0

Bolsas

Descrever a necessidade de agregação de especialistas, pesquisadores e técnicos, com vistas à execução

dos objetivos específicos do projeto 1, bem como, o quantitativo de bolsas PCI por nível necessárias à

inclusão destes recursos humanos.

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Doutorado

Tecnologia

Nuclear com

ênfase em

Tomografia de

processos

industriais e

reconstrução de

imagens

tomográficas

3 D-C 60 1


Descrever as atividades que levarão ao cumprimento dos objetivos específicos do projeto 1.

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

77

Concepção e projeto

detalhado das

montagens dos

sistemas

tomográficos

propostos.

1

Desenhos Técnicos

do Diagrama

detalhado do

projeto

X

X

Adaptação e

aprimoramento da

eletrônica

associada e do

sistema de

aquisição

desenvolvidos

para tomógrafo de

3ª geração

2

140 placas

eletrônicas

acopladas a 20

placas mães,

constituindo o

conjunto da

eletrônica

associada para

aquisição de dados

tipo multicanal, do

tomógrafo

X

X

X

Desenvolvimento

do software para

preparação de

algoritmo para

reconstrução de

imagem

3

Software de

instalação no

computador

disponível em um

DVD auto-

instalável.

X

X

X

X

X

Montagem física dos

tomógrafos e sua

integração com a

eletrônica associada

e sistema de

aquisição.

4

Tomógrafos com

software de

gerenciamento

dos sistemas

eletrônicos e de

aquisição dos

dados do

tomógrafo.

X

X

X

X

Testes

experimentais e

Avaliação dos

resultados de teste

experimentais e

aprimoramentos

4,5

Redação

pormenorizada de

relatórios das

avaliações

experimentais de

medidas efetuadas

X

X

X

X

X

78

Demonstração da

tecnologia

desenvolvida com

realização de

experimentos nos

reatores/colunas das

plantas de produção

industrial, em tempo

real.

4,5

Relatórios dos

resultados das

avaliações

experimentais de

medidas efetuadas

nas plantas

industriais

X

X

X

X

Reavaliação dos

resultados,

aprimoramentos do

tomógrafo e da

metodologia

aplicada e análise de

feedback com a

indústria

5,6

Relatório final

elaborado em

conjunto com os

engenheiros de

processos das

indústrias.

X

X

X


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

1. Desenho dos circuitos

eletrônicos pertinentes

X X X

2. Soldagens dos

componentes às placas

de circuitos impressos (

sistemas de aquisição de

dados tipo multicanal)

X

X

X

3. Preparação dos detectores

de radiação de NaI(Tl)

(140 unidades)

X

X

X

X

X

X

4. Acoplamento e

encapsulamento dos

detectores de radiação

(140 unidades)

X

X

X

X

X

79

5. Preparação para

montagem do tomógrafo

em uma estrutura

transportável à indústria.

X

X

X

X

X

X

6. Desenvolvimento do

software gerenciamento

do sistema de aquisição

dos dados e

gerenciamento do

sistema eletrônico do

tomógrafo

X

X

X

X

X

X

X

7. Desenvolvimento de

software para

reconstrução de imagens

X

X

X

X

X

X

X

X

8. Aprimoramento do

sistema tomográfico para

aplicação proposta.

X

X

X

X

9. Medidas experimentais

utilizando o sistema

proposto

X

X

X

X

X

X

X

X

X

10. Análise de dados e

reconstrução das

imagens tomográficas

X

X

X

X

X

X

X

X

X

11. Comparação entre os

resultados obtidos por

três tipos de radiação

(192Ir, 137Cs e 60Co)

X

X

X

X

X

X

12. Redação pormenorizada

de relatórios das

avaliações experimentais

X

X

X

X

X

X

X

X

X

13. Redação de trabalhos

científicos em periódicos

nacionais e internacionais

X

X

X

X

X

X

X

X

14. Formação de recursos

humanos qualificados na

área das Aplicações

Industriais

X

X

X

X

X

X

X

X

X

80

Produtos



Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Placas de

circuito

impresso do

sistema de

aquisição de

dados tipo

analisador

multicanais, e

controle do

tomógrafo

2

140 placas disponíveis

para compor o

tomógrafo.

X

X

X

Tomógrafo de

escaneamento

instantâneo ,

constituído de

arranjos de 70

detectores e

cinco fontes

gama contendo

fontes de

diferentes

energias

posicionadas

diametralmente

opostas aos

conjuntos de

detectores.

4

Tomógrafo industrial

capaz de escanear

instantaneamente os

sistemas multifásicos

de transientes rápidos.

X

X

X

Software de

gerenciamento

do sistema de

aquisição dos

dados e

gerenciamento

do sistema

eletrônico do

tomógrafo.

2

Software de instalação

no computador de

controle estará

disponível em um DVD

auto-instalável.

X

X

X

X

81

Software para a

análise de dados

contendo os

algoritmos da

reconstrução

das imagens

tomográficas e

filtros de

contrastes.

3

Software de instalação

no computador estará

disponível em um CD

auto-instalável.

X

X

X

X

Artigos

Científicos

1 a 6 Publicação de 10

artigos científicos em

revistas indexadas.

X

X

X

X

Divulgação em

eventos

científicos

1-6

Participação em

congressos,

workshop e

seminários,

outros

X

X

X

X

Patentes de

produtos

1-6

1. Patente

do software

gerenciador do

tomógrafo,

2. Patente

do sistema de

aquisição de

dados tipo

multicanal,

3.Patente do

tomógrafo de geração

4D desenvolvido.

4- Patente de software

para reconstrução de

imagem.

X

X

X

X


82



Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Consolidar a

competência do

grupo no

desenvolvimento

de sistemas

tomográficos

adequados para

cada finalidade

das indústrias

1 - 6

Tomógrafos

desenvolvidos

para atender a

demanda da

indústria e o

Relatório

produzido dos

experimentos

realizados nas

indústrias.

X

X

X

X

X

Surgimento de

novas técnicas e

softwares de

tratamento de

imagens

1-3

Software

desenvolvido

para

reconstrução

de imagens de

sistemas com

transientes

rápidos em

tempo real.

X

X

X

X

Expandir a capacidade do laboratório com tomógrafos de processos industriais de diferentes gerações e configurações para aplicações especificas.

1 a 4

Aumentar o

numero de

tomógrafos

industriais do

laboratório

com uma

tecnologia

inovadora que

permite a

análise dos

processos da

produção em

tempo real

X

X

X

X

X

83

Acompanhar as tendências

mundiais na área de aplicações da

tomografia de processos

industriais a partir das

competências desenvolvidas

pelos pesquisadores do

IPEN

1-6

8 publicações

em periódicos

indexados; 4

patentes; 8

apresentações

de trabalhos

em congressos

e

1 projeto de

pesquisa

X

X

X

X

Parcerias junto a

Indústrias que utilizam de

sistemas multifásicos para

sua produção

6

Contribuir no

controle de

qualidade das

Indústrias, com

uma

tecnologia

inovadora

X

X

X

X

Bolsas:

PCI Categoria/

Nível

Mensalidade


PCI-D

A 5.200,00

B 4.160,00

C 3.380,00 60 1 202.800,00

D 2.860,00

E 1.950,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

Total (R$) 202.800,00


84

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85

[17] MAO, Y1, ZENG, GL. A tailored ML-EM algorithm for reconstruction of truncated projection data

using few view angles. Phys Med Biol. v.12, p.157-169. 2013

[18] MESQUITA CH, CALVO APP, CARVALHO DVS, SPRENGER FE, KIRITA R, VASQUEZ PAS, COSTA FE,

HAMADA MM. Development of the Mechanical System on a Third-Generation Industrial Computed

Tomography Scanner in Brazil. Journal of Physical Science and Application, v. 6, p. 158-165, 2012.

[19] MESQUITA CH, DANTAS CR, COSTA FE, CARVALHO DVS, MADI Fo T., VASQUEZ PAS, HAMADA MM.

Development of a Fourth Generation Industrial Tomography for Multiphase Systems Analysis. IEEE

Nuclear Science Symposium Conference Record, N01-7. 19-22, 2010.

[20] VELO, A.F., CARVALHO, D.V.S, HAMADA, M.M., Liquid distribution and holdup in the random packed

column. Flow Measurements and Instrumentation. v. 62, 176-185, 2018.

[21] VELO, A.F., HAMADA, M.M., CARVALHO, D.V.S., MARTINS, J.F.T., MESQUITA, C.H., A portable

tomography system with seventy detectors and five gamma-ray sources in fan beam geometry

simulated by Monte Carlo method. Flow Measurement and Instrumentation, v. 53, p. 89 – 94, 2017.

86


TÍTULO DO PROJETO: Manutenção da cetificação ISO9001 (2015) e implantação de um sistema de garantia da qualidade ISO17025 nos laboratórios do centro do reator de pesquisas e sua integração no SGI (Sistema de Gestão Integrada)



Resumo

A necessidade de comparabilidade e rastreabilidade metrológica é muito importante para as medições

que têm que ser realizadas durante longos períodos de tempo. Um fator fundamental para competir,

com bases tecnológicas é a garantia de qualidade dos produtos e serviços oferecidos para sua

comercialização e o não atendimento aos requisistos técnicos de qualidade dos produtos e serviços

constitui, cada vez mais, uma grande barreira para viabilizar e intensificar o intercâmbio e o comércio do

mundo globalizado. Nesse sentido, a implementação da certificação da ISO17025 nos laboratórios de

análise do CRPq para demonstrar que estão operando dentro de um sistema de qualidade deve avalizar

seus resultados e portanto alavancar sua capacidade de prestação de serviços. Assim, neste projeto,

objetiva-se a implantação dos requisitos da norma ISO17025 para posterior acreditação de suas práticas.

Introdução

Medições químicas têm grande importância porque estão relacionadas com quase todos os aspectos da

nossa vida. O cuidado com a saúde, a qualidade e inocuidade dos alimentos, o resguardo da segurança

pública e do meio ambiente estão baseados em decisões que dependem, numa grande parte, de

medições químicas. Os países devem se preocupar com a garantia da qualidade das medições que

determinam as propriedades dos produtos que exportam para evitar barreiras técnicas ao comércio1.

A comparabilidade dos resultados das medições é um requisito chave tanto para o comércio

internacional, que requer que as medições necessárias para a certificação de produtos e a garantia da

qualidade dos serviços possam ser aceitas globalmente, quanto para a implementação de regulações

nacionais. Se uma determinada propriedade é medida num determinado material por duas partes

envolvidas, estas devem ter confiança de que os resultados obtidos serão comparáveis, de acordo com

as suas respectivas incertezas de medição2.

A necessidade de comparabilidade metrológica também é muito importante para as medições que têm

que ser realizadas durante longos períodos de tempo, por exemplo, para estudos de monitoramento

ambiental, nutricional ou toxicológico3. Um fator fundamental para competir, com bases tecnológicas é

a garantia de qualidade dos produtos e serviços oferecidos para sua comercialização. O não atendimento

aos requisistos técnicos de qualidade dos produtos e serviços constitui, cada vez mais, uma grande

barreira para viabilizar e intensificar o intercâmbio e o comércio do mundo globalizado. Nesse sentido,

os laboratórios de análise devem demonstrar que estáo operando dentro de um sistema de qualidade

baseado em normas estabelecidas e que são tecnicamente competentes para executar as análises.

O Laboratório de Análise por Ativação Neutrônica (LAN) do Centro de Reator de Pesquisas (CRPq) do IPEN

além do desenvolvimento de pesquisas, vem atuando, há vários anos nas atividades de prestação de

serviços de análises de diversos setores de atividades bem como nas análises necessárias para trabalhos

de pesquisas em colaboração com universidades e instituições de pesquisas nacionais e internacionais.

87

Nos últimos anos, o LAN tem desenvolvido pesquisas na área de Metrologia na produção de Materiais de

Referência (MR), que são de fundamental importância para a validação de metodologias analíticas. Foram

produzidos três MR: mexilhão, tecido de peixe e rim bovino, pesquisas apoiadas por agências

financiadoras como Fapesp e AIEA4-6.

A produção dos MR deve seguir recomendações das ISO Guias 30 a 35, de forma a se obter um MR

aceitável do ponto de vista metrológico. Assim como, o laboratório deve garantir um sistema de garantia

de qualidade de acordo com a norma ISO/IEC 17025, para posterior credenciamento de ensaio e

produção de MR junto ao Instituto Nacional de Metrologia, Normatização e Qualidade Industrial,

INMETRO.

Equipe:

Dr. Frederico Antonio Genezini, doutor pesquisador do IPEN,

Dr. Paulo Sergio Cardoso da Silva, doutor pesquisador do IPEN

Objetivo Geral

Este projeto tem por objetivo obter suporte para o processo de manutenção do sistema da

qualidade no CRPq e implantação do Sistema de Gestão da Qualidade (SGQ) no Laboratório de Análise

por Ativação Neutrônica (LAN) do CRPq, visando o credenciamento dos ensaios realizados pelo

Laboratório junto ao INMETRO, seguindo os critérios das normas ISO Guia 30-35 e NBR ISO/IEC 17025:

20057.


Objetivo específico 1: Manutenção do sistema de gestão integrada do CRPq no escopo certificado pela

ISO9001(2015);

Objetivo específico 2: Elaboração do Manual de Qualidade e Procedimentos técnicos gerenciais;

Objetivo específico 3: Organização das instalações dos laboratórios e salas de medidas nucleares para

garantir que as condições ambientais não afetem a qualidade dos resultados;

Objetivo específico 4: Implemantação dos procedimentos necessários ao sistema de qualidade;

Objetivo específico 5: Validação da Metodologia, definição e avaliação das incertezas da Metodologia de

Análise por Ativação com Nêutrons.

Insumos

Custeio




88





Visita técnica de especialista estrangeiro passagem 0

Manutenção de especialista estrangeiro diárias 0

Bolsas




Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Mestrado Engenharia ou

física ou química 1, 2 e 3 D-C 60 1



Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Estudo do

sistema da

qualidade do

CRPq

1 Atualização de

documentos

Manutenção

do sistema de

gestão

integrada do

CRPq

1 Ausência de não

conformidades em

auditorias

89

Produção de

documentação

para a

ISO17025

2 Números de

documentos

gerados

Organização de

laboratórios e

práicas

Procedimentos

implantados

Verificação da

eficácia do

sistema

4 Intercomparações

realizadas


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Estudo do sistema de gestão

integrada do CRPq

Atualização e implementação

do sistema de controle de

documentação

Revisão contínua de

documentação

Estudo da norma ISSO 17025

Produção de procedimentos e

documentação referente à

ISO17025

Implementação de

procedimentos nos

laboratórios

Participação de

intercomparações7

Produtos



90

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Manutenção do

sistema

ISO9001(2015)

1 e 2 Certificação e

recertificação

Manual de gestão

integrada

incluindo a

ISO17025

3 Documento

produzido

Ntercomparação

de práticas

4 Resultados

superiores a

80%

Certificação da

ISO17025

5 Certificação

obtida




Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Manutenção

da gestão

integrada do

CRPq

1 e 2 Auditorias sem

não

conformidades

Implementação

do sistema

ISO17025 e sua

inserção no

sistema de

gestão

integrada

1,5 Certificação na

ISO17025

Aumento da

demanda de

serviços

prestados pelo

CRPq

1, 2, 3, 4e 5 Serviços

prestados

91


1- HIBBERT, D. B. Quality assurance in the analytical chemistry laboratory. New York, NY: Oxford University Press, 2007.

2- DE BIEVRE, P.; DYBKAER, R.; FAJGELJ, A.; HIBBERT, D. B. Metrological traceability of measurement results in chemistry: Concepts and implementation (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, v.83, n.10, p.1873–1935, 2011..

3- IHNAT, M. Biological reference materials for quality control of elemental composition analitical data. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, v.245, p.65-72, 2000.

4- Moreira E.G*; Vasconcellos M.B.A., Maihara V.A., Catharino M.G.M, Saiki S. Interlaboratory Comparison for the Characterization of a Brazilian Mussel Reference Material. J. Braz. Chem. Soc., Vol. 29, No. 4, 823-830, 2018.

5- Maihara, V.A. Improving Analytical Quality Through Quality assurance Training, Proficiency

Testing and Certification of Matrix Reference Materials Using Nuclear Analytical and Related

Techniques in the Latin American Nuclear Analytical Technique Network (ARCAL XCVII) - Project

ARCAL XCVII –RLA/2/014.

Castro, L. PREPARO E CARACTERIZAÇÃO DE UM MATERIAL DE REFERÊNCIA DE RIM BOVINO.

Tese de Doutorado do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, 2017.

ISO, INTERNATIONAL ORGANIZATION OF STANTARDIZATION. General requirements for the

competence of testing and calibration laboratories. 2 ed. Geneva, 2005 (ISO/IEC 17025).

92


TÍTULO DO PROJETO: Novos métodos terapêuticos e diagnósticos para o câncer de mama


Coordenador do projeto: Denise Zezell

Resumo

A incidência de câncer no Brasil e no mundo tem aumentado num ritmo que acompanha o

envelhecimento populacional decorrente do aumento da expectativa de vida. Assim, nas últimas

décadas, o câncer ganhou uma dimensão maior, convertendo-se num evidente problema de saúde

pública mundial. O câncer de mama em particular é o tipo de câncer mais incidente em mulheres,

excetuando-se os casos de pele não melanoma, representando 25% do total de casos de câncer femininos

no mundo. É a quinta causa de morte por câncer em geral e a causa mais frequente de morte por câncer

em mulheres. O subtipo de câncer de mama triplo negativo representa cerca de 20% de todos os casos

de câncer de mama no mundo e se destaca por afetar, geralmente, mulheres jovens e ser extremamente

agressivo. Por não apresentar nenhum dos três biomarcadores mais empregados na classificação do

câncer de mama (receptor de estrógeno, receptor de progesterona e proteína HER-2), não existe ainda

uma terapia dirigida especificamente para este subtipo de câncer. Hoje, as pacientes com esse tipo de

câncer de mama são tratadas com quimioterapia convencional e, em alguns casos, radioterapia ou

cirurgia. No entanto, grande parte desses tumores não responde à quimioterapia e desenvolve

resistência às drogas.

Por isto, a busca por alvos moleculares para o diagnóstico e previsão de tumores resistentes à

quimioterapia é de extrema importância no manejamento terapêutico. Neste projeto, através do uso de

imagem molecular com radionuclídeo, pretendemos desenvolver radiofármacos específicos (baseado em

aptâmeros) para o diagnóstico por PET/SPECT/CT de tumores/metástases de câncer de mama triplo

negativo e, para o tratamento, com radionuclídeos terapêuticos, de tumores resistentes à quimioterapia.

Além disso, a técnica microFTIR será utilizada neste estudo para identificar e selecionar tumores

resistentes às terapias convencionais e, que eventualmente, se beneficiarão de uma terapia dirigida com

radionuclídeo. Esperamos com este projeto abrir novas portas não só para o diagnóstico e terapia por

radionuclídeos, como também introduzir uma nova metodologia (microFITR) para um melhor

aconselhamento terapêutico.

Introdução

Câncer de mama

93

A incidência de câncer no Brasil e no mundo tem aumentado num ritmo que acompanha o

envelhecimento populacional decorrente do aumento da expectativa de vida. Assim, nas últimas

décadas, o câncer ganhou uma dimensão maior, convertendo-se num evidente problema de saúde

pública mundial. No Brasil, as estimativas para o ano de 2018 apontam para a ocorrência de

aproximadamente 640.000 casos novos de câncer [1]. No mundo, 1.7 milhões de mulheres são

diagnosticadas com câncer de mama a cada ano [2].

Este tipo de câncer engloba uma extensão de subtipos histológicos e é classificado segundo o grau de

diferenciação, proliferação e fenótipo celular. Além disso, a positividade e negatividade dos receptores

hormonais expressos no epitélio mamário como o estrógeno (ER), progesterona (PR) e o receptor do fator

de crescimento epitelial humano (HER-2), determinam a conduta terapêutica do câncer de mama.

Cerca de 15-20% dos pacientes diagnosticados com câncer de mama não expressam ER, PR ou HER2. Este

tipo de câncer “triplo negativo” é altamente agressivo, não responde a terapias-alvo dirigidas e é tratado

com quimioterapia convencional. Aproximadamente 15% dos pacientes com tumores de mama triplo

negativos desenvolve metástases cerebrais o que contribui para a redução geral da sobrevida de

pacientes com este tipo de câncer. Além disso, grande parte dos pacientes com câncer de mama triplo

negativo não responde à quimioterapia convencional e desenvolve resistência às drogas. A resistência

primária intrínseca e/ou adquirida é o principal obstáculo para o sucesso do tratamento desse tipo de

câncer. De fato, a cura para o câncer continua a escapar das mãos dos oncologistas devido, em grande

parte, à quimiorresistência, que é responsável por 90% das falhas na terapia contra os cânceres

metastáticos [3]. Além disso, tumores resistentes ao tratamento com quimioterapia frequentemente

desenvolvem mecanismos de resistência à radioterapia (segunda linha de tratamento) e desenvolvem

um fenótipo de resistência a múltiplas drogas. A natureza exata e os mecanismos envolvidos nesse tipo

de resistência ainda permanecem obscuros.

Dessa forma, a busca por novos alvos moleculares para o diagnóstico/tratamento e, a introdução de

técnicas que permitam identificar/selecionar tumores resistentes à quimioterapia antes mesmo de se

iniciar o tratamento, serão de extrema importância no manejamento terapêutico de tumores resistentes

aos tratamentos convencionais.

Imagem molecular PET/SPECT

Um avanço importante na imagem molecular de tumores foi a introdução da Tomografia por Emissão de

Pósitrons (PET) e da Tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT). Estas técnicas

permitem a medição da função do tecido in vivo, utilizando a detecção de raios gama que saem do corpo

após a administração de um radiofármaco.

94

O uso da imagem molecular em oncologia permite não apenas o diagnóstico, mas também a avaliação

do tratamento do câncer em tempo real, sem a necessidade de intervir cirurgicamente. As técnicas de

imagem molecular também permitem a avaliação da progressão tumoral em tecidos de difícil

imageamento por outras metodologias. Em particular, o sistema de imagem PET/SPECT/CT representa

uma tecnologia com alta sensibilidade e relevância clínica.

O marcador mais utilizado para os estudos do metabolismo do tumor em oncologia é o 2-desoxi-2-18Flúor-

D-glicose marcado com Flúor 18 (18F-FDG). No entanto, a acumulação do 18F-FDG não é específica de

tumores e pode ser encontrada em condições de inflamação, infecção e outros processos benignos,

resultando num teste de baixo valor preditivo no diagnóstico do câncer.

Até à data, não existem radiofármacos específicos para o diagnóstico de tumores de mama triplo

negativo. Além disso, não existe nenhuma terapia com radionuclídeo dirigida para este subtipo de câncer

de mama e que possa ser utilizado como substituto às terapias convencionais com quimioterápicos. Dessa

forma, a busca por novos radiofármacos para atuar como teranóstico (diagnóstico e terapia) de tumores

é de extrema importância.

Radiofármacos baseados em aptâmeros

Os Aptâmeros de DNA são fitas-simples de oligonucleotídeos que podem ser produzidos in vitro pela

técnica SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment). A tecnologia SELEX tem produzido

milhares de aptâmeros com as mais variadas finalidades, que se ligam a alvos específicos como pequenas

moléculas, íons metálicos, peptídeos, proteínas, bactérias, vírus e células [4]. Os tumores apresentam diversas

proteínas em sua superfície celular e vários aptâmeros apresentam a capacidade de ligarem-se a estas

moléculas [5], por exemplo, tais aptâmeros são usados para a detecção e terapia de câncer colorretal, tendo a

capacidade de ligar-se a alvos nas membranas do tumor.

Entre os vários radiofármacos para imagem molecular, os aptâmeros de DNA, são os que têm as

características mais favoráveis: são mais estáveis que aptâmeros de RNA, mais específicos do que

pequenas moléculas e peptídeos, menores e mais flexíveis do que os anticorpos. A geração in vitro dos

aptâmeros via SELEX permite uma produção a baixo custo [6, 7]; os aptâmeros penetram mais rápida nos

tecidos que os anticorpos devido ao seu tamanho 20-25 vezes menor [8]; são eficazmente eliminados da

corrente sanguínea e; promovem pouca ou nenhuma imunogenicidade [7].

Atualmente, existem pelo menos 10 aptâmeros em fases clínicas (1, 2 ou 3) para aplicações terapêuticas,

sendo que o produto MacugenTM permanece como único aptâmero aprovado pela FDA (2004) com

função terapêutica disponível no mercado mundial [9-11]. O uso de aptâmeros para fins de diagnóstico

por imagem utilizando radionuclídeos apenas recentemente tem sido considerado, de tal forma que até

95

à data apenas levou à geração de duas patentes pela farmacêutica Bayer (US20090068103A1 e

WO1992014821A1) para a detecção de tenascin-B e trombina.

Além disso, salienta-se que, os aptâmeros podem ser acoplados a radionuclídeos utilizados para

diagnóstico (68Ga, 18F, 99mTc) quanto para terapia (177Lu, 90Y, 225Ac). Dessa forma, é possível desenvolver

radiofármacos baseados em aptâmeros que atuem como teranóstico (diagnóstico e terapia) para

diversos tipos de tumores.

Identificação de tumores resistentes à quimioterapia convencional

O tratamento atual para o câncer de mama inclui uma abordagem multimodal que consiste

principalmente em cirurgia, combinada em grau variável com quimioterapia adjuvante, radioterapia e

terapia hormonal, dependendo das características do tumor e do paciente. No entanto, para os tumores

de mama triplo negativo, a quimioterapia é a principal opção de tratamento. A quimioterapia combina

drogas citotóxicas que consistem em antraciclinas, taxanos, ciclofosfamida e platina. Estas drogas

induzem a morte celular das células tumorais por vários mecanismos, no entanto, os efeitos colaterais

adversos concomitantes e o frequente desenvolvimento de resistência a essas drogas têm levado à busca

por novas alternativas de terapia.

A terapia com radionuclídeos dirigida a um alvo nas células tumorais tem-se provado bem-sucedida no

tratamento e no prolongamento da vida de pacientes com diversos tipos de câncer. Ao contrário da

radioterapia com feixe externo convencional, a terapia de radionuclídeo alvo causa menos danos

colaterais aos tecidos normais e permite a entrega direcionada de drogas a tumores, bem como às

metástases, proporcionando assim uma terapia sistêmica altamente eficiente. No entanto, a aplicação

deste tipo de terapia para cânceres de mama triplo negativo está longe de se tornar uma realidade devido

à falta de um alvo molecular para direcionar o radioisótopo terapêutico.

De fato, é extremamente desafiador para os médicos avaliar o efeito da quimioterapia nos cânceres de

mama triplo negativos, reduzir os efeitos colaterais e planejar esquemas individualizados. Até ao

presente momento, não há meios confiáveis para prever a responsividade à quimioterapia. Biópsias

obtidas de cânceres de mama durante o tratamento com quimioterapia fornecem uma valiosa

oportunidade para observar as vias envolvidas na morte celular. E de fato, a caracterização molecular

pode fornecer uma melhor compreensão dos mecanismos de quimiorresistência e levar a novas

estratégias de tratamento direcionadas. No entanto, os métodos atuais empregues na avaliação desses

mecanismos celulares e moleculares são maioritariamente estudados em linhagens celulares de câncer

in vitro, através de ensaios de viabilidade celular por exclusão com trypan blue, ensaios de inibição do

crescimento de células tumorais por MTT (brometo de 3- [4,5-dimetiltiazol-2il] difeniltetrazólio) ou pela

deteção da taxa de apoptose por citometria de fluxo. No entanto, todos esses métodos requerem

96

manuseio laborioso de amostras e coloração. Além disso, nenhum deles fornece uma visão global do

status bioquímico das células.

O número de quimioterápicos que falham na clínica é muito maior do que o de produtos considerados

eficazes, sugerindo que a seleção de fármacos para uso clínico precisa de otimização. Dessa forma, é

urgente desenvolver técnicas analíticas precisas, confiáveis e com uma boa relação custo-benefício para

uma avaliação rápida da eficácia do tratamento quimioterápico em pacientes com câncer e, caso

necessário, optar por terapias alternativas como a terapia com radionuclídeos dirigida

Recentemente, a microespectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (microFTIR), uma

técnica de alta produtividade, tem sido relatada como uma nova abordagem para o diagnóstico de várias

doenças, incluindo câncer. Ao contrário dos bioensaios tradicionais, a microFTIR é uma técnica vibracional

que permite a caracterização da composição química de uma amostra. A microespectroscopia de FTIR

tem sido amplamente utilizada para analisar ácidos nucleicos, proteínas, fosfolipídios e outras

macromoléculas biológicas.

Vários estudos têm demonstrado alterações espectrais por microFTIR em células tumorais durante o

tratamento com quimioterápico [12, 13]. Ultimamente, esta técnica tem sido aplicada para discriminar

células de colangiocarcinoma quimiorresistentes de células quimiossensíveis com alta sensibilidade e

especificidade [14]. Além disso, a medição dos espectros de microFTIR tem sido proposta como uma

abordagem para prever o tipo de câncer de mama [15] e a fonte de metástase tumoral [16].

Recentemente, esta técnica foi aplicada na identificação de tumores resistentes à quimioterapia

permitindo prever aqueles pacientes que são resistentes ao tratamento e com prognóstico clinicamente

desfavorável [17]. Ou seja, a técnica de microFTIR pode fornecer um modelo de triagem para determinar

a suscetibilidade à quimioterapia em paciente com câncer e que irão se beneficiar de terapias alternativas

como a terapia dirigida por radionuclídeo.

Situação atual da pesquisa no Centro da Radiofarmácia (CR) e Centro de Laser e Aplicações (CLA)

O CR foi a instituição pioneira na produção de radioisótopos e radiofármacos no Brasil. Seu quadro de

pesquisadores, altamente qualificado na área da radiofarmácia, encontra-se ativamente envolvidos no

desenvolvimento de novos radiofármacos com aplicações diagnósticas/terapêuticas em oncologia.

Atualmente, o CR tem-se dedicado também à seleção de aptâmeros como radiofármacos para o

diagnóstico de tumores de mama HER2 e Jagged-1 positivos.

O CLA é o centro responsável pelo desenvolvimento de lasers e suas aplicações no IPEN. Uma dessas

aplicações é o estudo das Propriedades Ópticas e Espectroscópicas de tecidos biológicos principalmente

por microFTIR e fluorescência, visando o desenvolvimento de novos processos diagnósticos e

97

terapêuticos para aplicações clínicas de lasers em odontologia e medicina. Utilizando essa técnica, os

pesquisadores tem buscado encontrar padrões em tecidos tumorais que possibilitem o diagnóstico

precoce de tumores de pele por espectroscopia vibracional (biópsia óptica por FTIR).

Neste projeto procuramos reunir a tecnologia de produção de um novo radiofármaco contra o câncer de

mama triplo negativo (que frequentemente apresenta resistência às terapias convencionais), com a

técnica microFTIR que permitirá prever quais tumores serão resistentes à quimioterapia e irão se

beneficiar de uma terapia dirigida por radionuclídeo.

Objetivo Geral

Na última década têm-se aumentado os esforços em pesquisas cujo objetivo é criar métodos de

diagnóstico e terapias alternativas com alvos mais específicos para o câncer de mama. Procura-se dessa

forma diminuir os efeitos colaterais associados à quimioterapia convencional e, acima de tudo, aumentar

a eficiência na erradicação do tumor. Neste projeto, através do uso de imagem molecular com

radionuclídeo, pretendemos desenvolver um radiofármaco específico (baseado em aptâmeros) para o

diagnóstico por PET/SPECT/CT de tumores/metástases de câncer de mama triplo negativo. Este novo

radiofármaco será utilizado não só no monitoramento de tumores de mama triplo negativos por imagem

como também será radiomarcado com radionuclídeos terapêuticos (a saber: 177Lu e 225Ac) para o

tratamento de tumores resistentes à quimioterapia. Por outro lado, a técnica microFTIR permitirá prever

e selecionar quais tumores receberão o novo radiofármaco gerado para uma terapia dirigida por

radionuclídeo. Esta previsão é de enorme importância e será estudada não só nos modelos tumorais

induzidos em camundongos Balb/c nude durante a realização do projeto, como também será extrapolada

para tumores de mama recolhidos de pacientes por cirurgia ou biópsia. Esperamos com isto abrir novas

portas não só para o diagnóstico e terapia por radionuclídeos, como também introduzir uma metodologia

para um melhor aconselhamento terapêutico.

Portanto, nossos objetivos gerais para o período de 2019-2023 são:

Objetivo 1: Desenvolver novos radiofármacos baseados em aptâmeros para o diagnóstico de câncer de

mama triplo negativo.

Objetivo 2: Utilizar o sistema microFTIR como ferramenta de previsão do sucesso terapêutico

convencional em câncer de mama.

Objetivo 3: Fazer uso do novo radiofármaco gerado para o tratamento de câncer de mama resistente à

terapia convencional.

98


Objetivo específico 1:

1.1. Seleção de aptâmeros de DNA específicos para células tumorais de mama do tipo triplo negativo:

a. Cultivo in vitro de células de câncer de mama humanas e criação de tumores implantados

xenograficamente em camundongos Balb/c nude.

b. Seleção por SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment) de

aptâmeros utilizando as células da linhagem MDA-MB-231 (câncer de mama triplo

negativo) e outras linhagens controle como MCF7 e BT474 (não triplo negativas), de

forma a se excluir aptâmeros que reconheçam outros subtipos tumorais.

c. Seleção de aptâmeros por SELEX in vivo utilizando tumores implantados

xenograficamente em camundongos Balb/c nude de células MDA-MB-231, MCF7 e

BT474.

1.2. Radiomarcação dos aptâmeros selecionados com 99mTc e 68Ga com fins diagnósticos.

a. Conjugação dos aptâmeros selecionados com HYNIC ou DOTA para radiomarcação com

os radioisótopos 99mTc e 68Ga, respectivamente.

b. Avaliação da pureza radioquímica e atividade específica dos aptâmeros radiomarcados.

c. Estudos de ligação especifica in vitro em células tumorais de mama triplo negativo.

d. Estudos de imagem no µPET/SPECT/CT, meia vida e biodistribuição in vivo utilizando

tumores implantados xenograficamente em camundongos Balb/c nude de células de

mama triplo negativo ou não de forma a avaliar a especificidade do aptâmero

selecionado.


2.1. Utilizar a técnica de microFTIR para a detecção de padrões que permitam identificar tumores

resistentes a quimioterápicos.

a. Utilizar células tumorais de mama humana triplo negativo resistentes ou não a alguns

agentes quimioterápicos (cisplatina, 5-FU ou doxorubicina) para padronizar a técnica de

microFTIR para esses modelos.

b. Utilizar tumores implantados xenograficamente em camundongos Balb/c nude de células

de mama triplo negativo resistentes ou não a quimioterápicos e avaliar o poder de

discriminação de tumores com a técnica microFTIR.

c. Aplicar a técnica de microFTIR a amostras de pacientes com tumores de mama (contendo

todo o histórico de tratamento) para avaliar o poder preditivo desta técnica.

99


3.1. Radiomarcação dos aptâmeros selecionados com 177Lu e 225Ac com fins terapêuticos.

a. Conjugação dos aptâmeros selecionados com DOTA para radiomarcação com os

radioisótopos 177Lu e 225Ac.

b. Avaliação da pureza radioquímica e atividade específica dos aptâmeros radiomarcados.

c. Estudos de estabilidade em soro e em salina e, estudos de meia vida.

d. Avaliação da biodistribuição in vivo utilizando tumores implantados xenograficamente

em camundongos Balb/c nude de células tumorais de mama.

3.2. Avaliação do efeito terapêutico do radiofármaco gerado em tumores de mama resistentes à terapia

convencional.

a. Cultivo in vitro de células de câncer de mama humanas triplo negativo resistentes ou não

a alguns agentes quimioterápicos (cisplatina, 5-FU ou doxorubicina) e criação de tumores

implantados xenograficamente em camundongos Balb/c nude com essas linhagens.

b. Tratamento dos tumores gerados com os aptâmeros radiomarcados com 177Lu e 225Ac

c. Acompanhamento do crescimento tumoral com paquímetro e pelo µPET/SPECT/CT com

recurso aos aptâmeros radiomarcados com 99mTc e 68Ga.

Insumos

Custeio








Bolsas

100




Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Doutorado Farmacêutico 1, 2 e 3 DC 60 1



Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Cultivo de células

tumorais de mama

e criação de

tumores

implantados

xenograficamente

em camundongos

Balb/c nude

1

Células tumorais

crescendo in

vitro e in vivo

X X X X X

Seleção de

aptâmeros por

SELEX em

linhagens

celulares e

tumores

implantados em

camundongos

1

Aptâmeros

selecionados

especificamente

contra células

tumorais de

mama triplo

negativo

X X

Radiomarcação

dos aptâmeros

selecionados com 99mTc e 68Ga

1

Aptâmeros

radiomarcados

com alta pureza

e atividade

específica

X X

Estudos de

imagem no

µPET/SPECT/CT,

meia vida e

biodistribuição in

vivo

1

Aptâmero é

capaz de

diagnosticar

especificamente

tumores de

mama do

subtipo triplo

negativo

X X

101

Utilizar a técnica

de FTIR para a

detecção de

padrões que

permitam

identificar tumores

resistentes a

quimioterápicos

2

FTIR permite

prever tumores

resistentes a

tratamento por

quimioterápicos

X X X

Radiomarcação

dos aptâmeros

selecionados com 177Lu e 225Ac com

fins terapêuticos

3

Aptâmeros

radiomarcados

com alta pureza

e atividade

específica

X X

Avaliação do

efeito terapêutico

do radiofármaco

gerado em

tumores de mama

resistentes à

terapia

convencional

3

Radiofármaco

permite terapia

contra tumores

resistentes a

terapia por

quimioterápicos

X X


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Cultura celular X X X X X X X X X X

Criação de tumores

implantados

xenograficamente em

camundongos Balb/c nude

X X X X X X X X X X

Seleção de aptâmeros por

SELEX em linhagens

celulares

X X

Seleção de aptâmeros por

SELEX em tumores

xenotransplantados

X X X

Radiomarcação dos

aptâmeros selecionados com 99mTc e 68Ga

X X X

Controle de qualidade da

radiomarcação X X X

102

Estudos de imagem no

µPET/SPECT/CT, meia vida e

biodistribuição in vivo

X X X

Utilizar a técnica de FTIR

para a detecção de padrões

que permitam identificar

tumores resistentes a

quimioterápicos

X X X X X X

Radiomarcação dos

aptâmeros selecionados com 177Lu e 225Ac com fins

terapêuticos

X X X X

Controle de qualidade da

radiomarcação X X X X

Tratamento dos tumores

gerados com os aptâmeros

radiomarcados com 177Lu e 225Ac

X X X X

Acompanhamento do

crescimento tumoral com

paquímetro e pelo

µPET/SPECT/CT com

recurso aos aptâmeros

radiomarcados com 99mTc e 68Ga

X X X X

Produtos



Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Radiofármaco

diagnóstico

contra

tumores de

mama triplo

negativos

1 Obtenção de

radiofármaco X X

Radiofármaco

terapêutico

contra

tumores de

mama triplo

negativos

1 Obtenção de

radiofármaco X X

103




Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Obtenção de

radiofármaco

para o

diagnóstico

de tumores de

mama triplo

negativo

1 Obtenção de

radiofármaco X X

Obtenção de

radiofármaco

para a terapia

dirigida por

radionuclídeo

de tumores de

mama triplo

negativo

1 Obtenção de

radiofármaco X X


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105


TÍTULO DO PROJETO: Otimização da metodologia de qualificação do U3Si2 utilizado como combustível Nuclear por Espectrometria de Fluorescência de raios X



Introdução

Em todo o mundo, numerosos reatores de pesquisas fazem o uso de elementos combustíveis tipo placa, o qual é feito através da montagem de placas combustíveis, fabricadas segundo a técnica de montagem núcleo (o qual incorpora o material físsil), moldura e revestimentos, com posterior deformação por laminação ("picture frame technique") [1,2]. Inicialmente, este tipo de combustível utilizava, como material do núcleo, ligas de urânio-alumínio (U-Al) contendo 18% em peso de urânio altamente enriquecido - 93% em peso de 235U [3,1].

Na década de 50 [4], preocupando-se com a não proliferação de armamentos nucleares, começou-se a utilizar combustíveis contendo urânio com baixo enriquecimento – 20% em peso de 235U – em reatores de pesquisas de baixa potência. Com o abaixamento do enriquecimento, para que não diminuísse a reatividade e a vida útil dos caroços dos reatores, tornou-se necessário aumentar a quantidade de urânio em cada placa combustível. Placas combustíveis comportando núcleos a base da liga U-Al com 18% em peso de urânio altamente enriquecido eram facilmente fabricadas. Entretanto, surgiram dificuldades na fabricação de placas combustíveis com núcleos de liga U-Al com 45% em peso de urânio com baixo enriquecimento. Tal dificuldade se dava à fragilidade e propensão à segregação desta liga [4,5,6].

Uma alternativa encontrada para este problema foi a utilização de núcleos fabricados por metalurgia do pó, os quais utilizavam dispersões de compostos de urânio em alumínio e podiam incorporar quantidades de urânio – com baixo enriquecimento – sensivelmente maiores. Em 1956, iniciou-se a operação do Reator Argonauta (10 MW), desenvolvido pelo Argonne National Laboratory (ANL), utilizando placas combustíveis com núcleos a base da dispersão U3O8-Al, contendo 39% em peso de U3O8 com baixo enriquecimento [7].

Considerando o risco de proliferação nuclear, o desenvolvimento baseou-se inicialmente no aumento da concentração de urânio nos combustíveis correntemente utilizados na época do início do Programa – até o limite prático de 2,3 gU/cm3 no caso do UAlx-Al e 3,2 gU/cm3 no caso do U3O8-Al – e também no desenvolvimento de novos combustíveis capazes de permitir a obtenção de densidades de urânio de 7 a 8 gU/cm3, as quais se encontram bem acima das densidades possíveis de obter-se com os combustíveis UAlx-Al e U3O8-Al.

Com o desenvolvimento destes novos combustíveis seria possível a conversão, para baixo enriquecimento, de praticamente todos os reatores de pesquisas existentes no mundo. Porém, somente podem ser conseguidas elevadas densidades de urânio na dispersão através do uso em dispersão de compostos físseis com alto teor de urânio. O limite tecnológico para utilização de dispersões é de 45% em volume de material físsil disperso, uma vez que deve ser mantida uma matriz contínua de dispersante, no caso alumínio. Os silicetos de urânio e o U6Fe foram inicialmente os compostos considerados promissores.

Em meados de 1988, a partir de resultados obtidos em testes de irradiação [12,13], o combustível nuclear a base da dispersão U3Si2-Al foi qualificado pela Comissão Regulatória Nuclear Americana (U. S. Nuclear Regulatory Commission) e liberado, posteriormente, para comercialização para densidades de urânio de até 4,8 gU/cm3, apresentando um inchamento compatível com o observado no caso das dispersões correntemente utilizadas [14].

106

A produção do combustível nuclear a base de urânio enriquecido, seja para reatores de potência ou de pesquisa, tem início com a reconversão do UF6 a DUA (Diuranato de amônio), TCAU (tricarbonato de amônio e uranilo) ou UF4 (tetrafluoreto de urânio), processos nos quais o IPEN-CNEN/SP possui domínio desde a década de 1980.

Na área de combustível a base de dispersão para aplicação em reatores de pesquisas, a partir de 1980, o IPEN-CNEN/SP intensificou seus esforços no sentido de desenvolver a tecnologia de fabricação desse tipo de combustível, buscando adequar-se tecnologicamente para fabricar combustíveis de nova geração.

O IPEN é a maior unidade de pesquisa da área nuclear do país. Possui dois reatores de pesquisa em operação: o Reator IEA-R1, tipo piscina, multipropósito, com 5MW de potência máxima e o reator IPEN/MB 01, unidade crítica, primeiro reator nuclear de projeto e construção genuinamente nacional. O IPEN participou do desenvolvimento autônomo de tecnologia nuclear junto à marinha do Brasil, desenvolvendo e projetando instalações do ciclo do combustível e o reator de propulsão naval.

O Reator IPEN/MB-01 é um exemplo no que se refere a um empreendimento complexo de projeto e construção de um reator nuclear, executado pelo quadro de técnicos do IPEN nas décadas de 80 e 90.

Por força da necessidade de aumento da potência do Reator IEA-R1, de 2 para 5 MW, e do aumento do seu fluxo de nêutrons, em 1998 foi implantada a tecnologia de fabricação do combustível a base de U3Si2, permitindo a elevação a densidade de urânio no combustível de 2 (no caso do U3O8) para até 4,8 gU.cm-3. A partir de 1998 iniciou-se o desenvolvimento da tecnologia de produção do pó de U3Si2, visando à nacionalização de todo o processo de fabricação, desde o UF6 enriquecido, passando pela reconversão para UF4, pela sua redução magnesiotérmica para urânio metálico, pela fusão da liga U3Si2 e, finalmente, pela fabricação das placas combustíveis, até a montagem e qualificação do elemento combustível. Em 2005, o IPEN-CNEN/SP consolidou a tecnologia de fabricação do combustível de alta densidade à base de siliceto de urânio, tendo fabricado o primeiro elemento combustível com matéria-prima (UF6 enriquecido a 20% em U235) e tecnologia totalmente nacionais. Com essa conquista, o mercado internacional de combustível de alto desempenho para reatores de pesquisas abriu-se ao Brasil, que se tornou competitivo nesse restrito mercado, dispondo de todos os materiais e tecnologias associadas, inclusive urânio enriquecido. Sendo assim o aumento da potência do Reator IEA-R1 de 2 para 5MW na década de 1990, seu licenciamento, a adequação de seu núcleo com combustíveis com dispersão de alta densidade de urânio e enriquecimento inferior a 20%, qualificam também o IPEN na área de projetos de reatores Multiproposito.

O Programa Nuclear Brasileiro (PBN) prevê o aumento da utilização de fonte nuclear para a geração de eletricidade, com o consequente aumento nas atividades do ciclo do combustível nuclear visando o fornecimento dos combustíveis nucleares para as centrais previstas. Assim como prevê também o desenvolvimento continuado da tecnologia do enriquecimento isotópico de urânio e da construção nacional do reator de propulsão naval. O PNB prevê ainda a ampliação da autonomia nacional no desenvolvimento tecnológico, o aumento das aplicações de materiais e técnicas nucleares para o beneficio da sociedade, seja na saúde, na indústria, na proteção do meio ambiente ou na agricultura, bem como na formação de recursos humanos especializados.

O Reator IEA-R1 do IPEN/CNEN-SP é o maior do país porem não tem a capacidade de atender a demanda de radioisótopos do país, como também não possui as características necessárias para dar suporte tecnológico consistente para um programa nuclear como o previsto no PNB.

Os principais reatores de pesquisas produtores de Mo-99 são reatores com mais de 40 anos de uso, estando sujeitos e a cada vez mais frequentes a longas paradas para manutenção, impactando de forma negativa no fornecimento desse radioisótopo.

A estratégia brasileira para superar a crise do Mo-99 para atendimento da classe médica brasileira e aos objetivos estabelecidos no PNB é baseada na implantação do Reator Multiproposito Brasileiro – RMB, com potência de 30MW, empreendimento inédito no país que dará suporte as atividades nucleares, contribuindo fortemente aos objetivos estratégicos nacionais.

107

Para operação continua, o RMB necessita de fornecimento do combustível nuclear e de alvos de urânio para a produção do radioisótopo Mo-99.

O combustível nuclear é um dos elementos mais importantes no funcionamento de um Reator Nuclear. Sua função é fornecer energia, por meio da fissão nuclear, para alimentar o funcionamento do reator.

Buscam-se alternativas para que reatores de pesquisa possam obter melhor desempenho em seu funcionamento. Para tanto, é necessário a utilização de materiais combustíveis LEU de alto desempenho e estáveis sob irradiação, sem colocar em risco a segurança da operação do reator. Para que seja respeitado o limite de enriquecimento do urânio, exigidos pelo Programa RERTR, é necessário aumentar a concentração de urânio no núcleo das placas combustíveis tipo dispersão.

O caminho do desenvolvimento tecnológico se dá no sentido de conseguir materiais capazes de permitir maiores densidades de urânio no núcleo de combustível nuclear [15]. Por conta disso, passou a utilizarem-se placas de elementos combustíveis com núcleos de dispersões, onde as partículas da fase dispersa encontram-se uniformemente distribuídas em uma matriz contínua de um material não físsil – na maioria dos casos este material é o Alumínio.

Uma das principais vantagens dos elementos combustíveis à base de dispersão é que os mesmos possibilitam a fabricação de núcleos com uma grande variedade de concentrações das fases dispersas. Outra vantagem é que tais são mais resistentes a danos causados pela irradiação, em sua operação – esta grande estabilidade se deve ao fato dos produtos de fissão permanecer acumulados dentro, ou nas vizinhanças, de partículas dispersas do combustível, prevenindo danos no núcleo do combustível [16].

Processos de fabricação do Combustível tipo dispersão Os elementos combustíveis tipo placa são formados através da montagem de um conjunto de placas combustíveis que são igualmente espaçadas entre si, permitindo a passagem de um fluxo de água que serve como refrigerante e moderador. As placas combustíveis constituem-se de um núcleo contendo o material físsil, o qual é totalmente revestido com alumínio.

Técnicas de metalurgia do pó são utilizadas na fabricação dos núcleos das placas combustíveis, compostos de cermets, compósitos cerâmico-metálicos, utilizando pó de U3Si2 enriquecido a 20% no isótopo 235U (material combustível nuclear), em conjunto com pó de alumínio (material estrutural da matriz do núcleo).

Os elementos combustíveis utilizados atualmente em reatores de pesquisa, ou de testes de materiais, constituem-se de um conjunto de placas planas dispostas paralelamente umas às outras. Tais placas são mantidas rigidamente e alinhadas por duas placas suportes, dispostas nas laterais. Estas placas possuem estrias paralelas, onde são colocadas as placas combustíveis, sendo estas fixas rigidamente por um processo de cravamento. A Figura 1 apresenta um diagrama de blocos simplificado do processo de produção de elemento combustível tipo MTR.

108

Figura 1 – Diagrama de blocos de produção de elemento combustível tipo MTR.

Determinação de Utotal e Si e impurezas metálicas em U3Si2 por Espectrometria de Fluorescência de raios X A técnica de fluorescência de raios X (WDXRF) consiste em incidir um feixe de raios X em uma amostra e produzir radiações fluorescentes (transições eletrônicas dos elétrons das camadas mais intensas dos átomos), que são características para cada elemento químico. Estas radiações são difratadas por um cristal analisador (de acordo com a Lei de Bragg) e captadas por um detector de cintilação (SC-elementos 22<Z92) ou proporcional de fluxo (FPC-Z<22) [17,18,19]. A técnica é utilizada para análises químicas qualitativas e quantitativas de elementos inorgânicos (B à U) e permite a determinação de maiores e menores constituintes e traços de materiais, incluindo materiais nucleares. As vantagens desta técnica em comparação as técnicas analíticas instrumentais utilizadas para análise químicas de elementos inorgânicos, como a espectrometria de absorção atômica (AAS), espectrometria de massas por fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) e outras é de utilizar metodologia não destrutiva, ou seja, ensaio direto, normalmente sem tratamentos químicos prévios para a preparação de amostras, além disto, de apresentar boa precisão, exatidão e rapidez nas determinações. As ligas de U3Si2 são formadas por meio de soluções sólidas, tendo como principais constituintes os elementos Si, presente entre 7,4 a 7,9% e U como balanço de acordo com a especificação de fabricação. Atualmente, a determinação de U e Si nas amostras de U3Si2, utilizado na fabricação os elementos combustíveis do CCN, é realizada por fluorescência de raios X pela metodologia de pastilha prensada. Para o preparo de cada pastilha, são utilizados 3,6 g de amostra de U3Si2 misturados à 0,4g de cera Wax. Esse material é prensado sobre uma pastilha de ácido bórico (6 g). Neste estudo faremos uso de um porta amostra na forma de pó solto, sem fazer uso de prensagem. Neste caso serão necessários apenas 50mg de U3Si2 para realização da análise e não será necessária a utilização de ácido bórico nem da cera utilizada como diluente na técnica de pastilha prensada, além da reutilização da amostra utilizada no processo produtivo, por se tratar de material enriquecido a 19.75 ± 0,20 % em peso de U-235. Na qualificação da matéria prima de U3Si2 a especificação adotada para a fabricação de elemento combustível está inclusa a presença de impurezas metálicas que atualmente são analisadas pela técnica de espectrometria de emissão óptica p/ plasma acoplado – ICP, onde requer uma preparativa de separação morosa fazendo uso de troca iônica e com geração de efluentes líquidos. Com a técnica de fluorescência de raios x esta análise seria realizada num tempo mais curto e sem geração de efluentes.

UF6

UO2F

2

Pó U3Si

2

Briquetes de U3Si

2-Al

Recuperação Urânio

UF4

Uº

U3Si

2

Montagem Elemento Combustível

Elemento Combustível

Placas combustíveis

109

Objetivo Geral

O objetivo geral do projeto será otimizar a metodologia de qualificação do U3Si2 por Espectrometria de Fluorescência de raios X. Objetivo Específico:

Desenvolver uma metodologia para determinação de Utotal e Si em U3Si2 por Espectrometria de Fluorescência de raios X utilizando porta amostra para pó solto (SPEX - 31 mm Micro X-CELL). Com esse tipo de porta amostra, serão necessários apenas 50mg de U3Si2 para realização da análise e não será necessária a utilização de ácido bórico nem da cera utilizada como diluente na técnica de pastilha prensada. Validar a metodologia rotineiramente, fazendo uso de amostra em pó solto no laboratório de fluorescência de raios X do CCN. Desenvolver metodologia para determinação de impurezas metálicas em amostras de U3Si2. Validar a metodologia. Implantação da metodologia rotineiramente no laboratório de Fluorescência de raios X do CCN do IPEN/CNEN-SP. Insumos

Custeio

Descrever recursos de custeio destinados a diárias e passagens com o objetivo de: a) Apoiar a participação de integrantes da equipe do projeto em estágios, cursos ou visitas no País, para aquisição de conhecimentos específicos e necessários ao desenvolvimento do projeto; b) Possibilitar a participação de consultores ou instrutores especializados, brasileiros ou estrangeiros, como forma de complementação da competência das equipes.



NÃO SE APLICA NÃO SE APLICA NÃO SE APLICA

Bolsas




Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Doutorado Tecnologia

Nuclear 1,2,3 DC 36 1



110

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

- Desenvolver o método de análise química utilizando o método de curva de calibração. Devido à ausência de materiais de referência certificados para obtenção das curvas de calibração serão utilizadas amostras cujo teor de Si e U foram obtidas por análise gravimétrica e volumétrica, respectivamente.

1,2

Relatório

Análise

-Parâmetros instrumentais e ferramentas matemáticas para cálculo de coeficientes para correção de efeitos matriz (nativo do equipamento S8 TIGER 4kW da marca Bruker);

1,2

111

- Validação da

metodologia – utilizar

como material de

referência uma

amostra produzida no

Centro do

Combustível Nuclear

do IPEN/CNEN-SP,

enriquecido a 19,75%

0,20% em peso de

U235. A amostra será

analisada seis vezes,

durante 05 dias

consecutivos,

totalizando um

conjunto de 18

medidas por

elemento. Será

avaliada precisão e

exatidão

2

- Implantação da

metodologia

rotineiramente no

laboratório de

Fluorescência de raios

X do CCN do

IPEN/CNEN-SP

3


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

1. Preparação de amostras

2. Desenvolvimento da curva de

calibração para análise de pó solto em

amostra de U3Si2

112

3. Desenvolvimento da curva de

calibração para análise de impurezas

metálicas de pó solto em amostra de

U3Si2

4. Preparação de material de referencia

(amostra produzidas no CCN

enriquecido a 19,75% 0,20% em peso

de U235. A amostra será analisada seis

vezes, durante 05 dias consecutivos,

totalizando um conjunto de 18 medidas

por elemento)

5. Parâmetros instrumentais e

ferramentas matemáticas para cálculo

de coeficientes para correção de efeitos

matriz

6. Validação da metodologia (precisão e

exatidão)

7. Submissão de artigo em revista

cientifica

8. Implantação da metodologia no

laboratório de FRX do CCN

Produtos



Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Método de

análise

1,2,3

Protocolo de

análise (PO e

IT) do lab. de

FRX do CCN

Publicação

em periódico

internacional

1,2

Artigo

113




Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Quantidade

de amostra

reduzida

(3,6g de U3Si2

para 50mg)

1,2

Relatório

Análise

Reutilização

da amostra

utilizada visto

que não fará

uso de cera

WAX

1,2

Relatório

Análise

Rapidez na

análise

3

Relatório

Análise

Não geração

de efluentes

1,2,3 Relatório

Análise


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ANL/RERTR/TM-11.

13. COPELAND, G.L.; HOBBS, R.W.; HOFMAN, G.L.; SNELGROVE, J.L. Performance of Low-Enriched

U3Si2-Al Dispersion Fuel Elements in the Oak Ridge Research Reactor. Argonne National

Laboratory, Argonne, Illinois, October 1987. ANL/RERTR/TM-10.

14. U.S. REGULATORY COMMISSION. Safety Evaluation Report related to the Evaluation of Low-

Enriched Uranium Silicide-Aluminum Dispersion Fuel for Use in Non-Power Reactors. United

States Nuclear Regulatory Commission, July 1988. NUREG-1313

15. MARTINS, I.C. Estudos microestruturais sobre interações químicas na liga U-Mo com Al. 2010.

Dissertação (Mestrado) – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, São Paulo.

16. BRESSIANI, J.C. Desenvolvimento de combustível tipo placa, com núcleo constituído por

dispersão U-Al, para reatores de ensaios de materiais. 1979. Dissertação (Mestrado) – Instituto

de Pesquisas Energéticas e Nucleares, São Paulo.

17. MÜLLER , D. M. Spectrochemical analysis by X ray fluorescence analysis- Theory and Application.

Wiley , London, 1995.

18. TERTIAN, R.,CLAISSE,F. Principles of quantitative X – ray fluorescence analysis, london

19. SCAPIN M. A. Aplicação da difração e fluorescência de raios x (WDXRF: ensaios em Argilominerais.

115

Dissertação (mestrado – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, São Paulo, 2003.

116


TÍTULO DO PROJETO: Síntese de proteínas recombinantes e avaliação do seu potencial antitumoral em bioensaios in vitro



Resumo

A produção de proteínas recombinantes é uma das principais atividades de pesquisa do Centro de

Biotecnologia. Algumas das proteínas já obtidas em nosso centro tem potencial ação antitumoral, como

exemplos podemos citar os antagonistas de prolactina, o antagonista do hGH, as proteínas de fusão endo-

BAX e endo-BAX-endo e outras em desenvolvimento.

Também estamos desenvolvendo ensaios em cultura de células para avaliar citotoxicidade e

genotoxicidade de potenciais drogas ou fármacos. Nessa direção estão sendo desenvolvidos modelos de

cultivo celular em três dimensões e em suspensão, capazes de fornecer esferóides derivados de células

tumorais. A utilização desses esferóides apresenta expressivas vantagens em relação ao cultivo

tradicional, uma vez que reproduzem melhor o formato e as interações célula-célula existentes em

tumores sólidos in vivo. Esse modelo de cultivo em 3D também pode ser utilizado para avaliar

radiofármacos produzidos no IPEN.

Nesse projeto pretendemos potencializar e direcionar a aplicação desses esferóides na avaliação das

potenciais drogas antitumorais, já desenvolvidas no nosso centro, ou que ainda estão em fase de

desenvolvimento. Pretendemos testar diferentes células tumorais, otimizando modelos de ensaio in vitro

que podem ser utilizados como screening para avaliação de potenciais fármacos para futuros estudos in

vivo. Este projeto está incluído na atividade 810 Hormônios Hipofisários do Programa 8 de

BIOTECNOLOGIA do IPEN – CNEN/SP.

Introdução

O Centro de Biotecnologia do IPEN possui o domínio da tecnologia de expressão de proteínas

recombinantes, tanto em bactérias (com secreção no citoplasma ou no espaço periplásmico) como em

células de mamíferos, como pode ser comprovado nas publicações do grupo em periódicos e patentes. A

escolha do hospedeiro depende basicamente de três fatores: presença de glicosilação, rendimento de

expressão e finalidade. No caso de proteínas humanas, elas podem ser expressas em bactérias, leveduras,

células vegetais e animais desde que transformadas ou transfectadas com vetores contendo o gene da

proteína de interesse.

117

O hormônio do crescimento (hGH), a prolactina (hPRL) e seus antagonistas (G120R-hGH, G129R-hPRL,

S179D-hPRL) já foram expressos, purificados e caracterizados por técnicas físico-químicas e imunológicas,

além de análise da atividade biológica.

A prolactina humana (hPRL) é uma molécula proteica da família das citocinas com massa molecular de 23

kDa e 199 aminoácidos. Apresenta diversas ações como estimular a lactação, agir no controle do sistema

imune, hematopoiese, formação de vasos e trombos e está relacionada também ao crescimento de

tumores, principalmente de próstata e mama. O desenvolvimento de antagonistas de hPRL pode ter

aplicação direta na inibição do crescimento tumoral (Soares, 2006). Entre os antagonistas de prolactina,

os mais promissores são o G129R-hPRL e o delta 1-9 G129R-hPRL, que além da substituição da arginina

(R) na posição 129 pela glicina (G) impedindo a ligação da molécula ao segundo receptor de prolactina,

teve deletado os primeiros 9 aminoácidos, anulando qualquer atividade proliferativa residual, mesmo em

concentrações 10 vezes maiores que a da prolactina circulante. A atividade antiproliferativa dessa

proteína foi verificada em vários tipos celulares como as células de próstata, mama, pele e neuronais de

camundongos, ratos e humanos. Estes tecidos apresentam receptores de prolactina que se ligam à

prolactina circulante e também produzem PRL localmente, o que chamamos de ação autócrina e

parácrina. Em tumores onde há superexpressão de receptores de prolactina, o uso do antagonista de

hPRL impede a ligação da PRL aos receptores promovendo uma ação antiproliferativa local. O hormônio

de crescimento humano (hGH), também se liga a receptores de prolactina e estimula a proliferação do

tumor. Assim, antagonistas do hGH também podem ter ação antitumoral (Menezes, 2017).

Outros exemplos de drogas antitumorais também produzidas em nosso centro são as proteínas de fusão

endo-BAX e endo-BAX-endo. A endostatina é um dos inibidores de angiogênese mais estudados para o

tratamento de câncer. Tem mostrado inibir especificamente a proliferação de células endoteliais e ser

um potente inibidor de angiogênese e crescimento tumoral. Com o intuito de aumentar sua eficiência

terapêutica, fundimos a endostatina a peptídeos indutores de apoptose obtendo proteínas de fusão

compostas de dois domínios funcionais: o primeiro domínio composto pela endostatina, que apresenta

especificidade pelas células endoteliais ativadas, utilizado para dirigir a proteína de fusão e permitir sua

internalização pelas células endoteliais ativadas, e como segundo domínio, um peptídeo indutor de morte

celular programada (BAX ou BAK), possivelmente tóxico somente quando internalizado, por proporcionar

a liberação de citocromo C e desencadear a cadeia de eventos que culminam em apoptose celular. Foram

desenhadas três proteínas de fusão, duas delas cujos domínios pró-apoptótico são peptídeos derivados

das proteínas BAX e BAK fundidos no C-terminal da endostatina (endo-BAX e endo-BAK) (Chura-Chamb,

2014; 2016).

Muitas das moléculas antitumorais promissoras foram estudadas em culturas de células em modelo 2D

in vitro e não tiveram comprovação de sua ação em modelos animais. Em alguns casos, quando a ação

antiproliferativa foi comprovada em culturas em modelo 3D, houve comprovação no modelo animal, pois

118

o microambiente é mais fiel ao modelo in vivo. O cultivo in vitro de células tumorais fornece a

configuração biológica mínima necessária para o estudo da fisiologia dos tumores. A capacidade que

linhagens tumorais possuem de, mediante fornecimento adequado de nutrientes e gases, reproduzir-se

em recipientes é utilizada para obter estes sistemas-teste em quantidades suficientes para estudos pré-

clínicos de diversas moléculas, com o intuito de se observar atividade antitumoral.

A forma mais simples de cultivo de tais agrupamentos é constituída pela deposição das células em

substratos cuja carga elétrica seja não-adesiva ou repelente às células. Tradicionalmente, a cobertura de

placas ou garrafas de cultura com agarose permite a formação de esferóides, que são agregados celulares

com formato caraterístico (Kuwashima, 1993).

Outra alternativa para o cultivo tridimensional, é a levitação de células cultivadas na interface ar-líquido

(Souza, 2010). A suspensão das células se dá pela internalização de micropartículas paramagnéticas

biocompatibilizadas (Jeong, 2016) ou pela adesão de nanopartículas na superfície celular (Souza, 2010;

Haisler, 2010; Sensenig, 2012; Souza, 2006; 2008). O sistema apresenta muitas vantagens em relação ao

apresentado anteriormente. Nele, não se necessita de equipamentos especiais para agitação de culturas,

mais sim, ímãs com fluxo magnético moderado ou forte; além disso possibilita e estimula as células a

produzirem sua própria matriz extracelular (Haisler, 2010).

Sem induzir toxicidade significativa nas células, o cultivo por levitação magnética pode produzir

esferoides de até 1mm de diâmetro e mantidos por até quatro semanas em cultura (Lee, 2015), em escala

de tempo e dimensões físicas impraticáveis em cultivos bidimensionais. Sua estrutura e sua capacidade

de manutenção em cultivo torna os esferoides candidatos a análises prolongadas em relação às usuais 4

ou 24 horas de exposição a compostos-teste. A capacidade de um composto-teste em penetrar várias

camadas celulares também pode ser avaliada (Jaganathan, 2014). A levitação magnética ainda parece ser

capaz de possibilitar a organização espontânea de várias linhagens celulares em culturas organotípicas.

A implantação de tais procedimentos de cultura pelo Centro de Biotecnologia IPEN/CNEN-SP já está em

andamento, com algumas etapas da prova de conceito já concluídas. Esse modelo trará benefícios

também a outros pesquisadores do IPEN que trabalham com modelos tumorais in vitro.

Pretendemos, nesse projeto, avaliar a ação antitumoral de algumas de nossas proteínas, utilizando um

modelo de cultivo em 3D. Serão estudados os antagonistas de hGH (G120R-hGH), o antagonista de

prolactina (G129R h-PRL), as proteínas de fusão endo-BAX e endo-BAX-endo, já produzidas em nosso

laboratório. Pretendemos também sintetizar e incluir no estudo outra proteína, variante do antagonista

G129R-hPRL, que será sintetizada em bactérias E. coli transformadas com o vetor contendo o cDNA da

proteína de interesse delta 1-9 G129R-hPRL no periplasma bacteriano, em escala laboratorial, em

erlenmeyers e em biorreator. A purificação será conduzida em duas etapas cromatográficas seguindo

protocolo da prolactina humana (cromatografia por afinidade a metais – IMAC e exclusão molecular –

Sephacryl S100). As condições como pH e gradiente de eluição poderão sofrer alterações pois a alteração

119

de um aminoácido na proteína pode alterar as características físico-químicas. A caracterização inicial será

feita por meio de SDS-PAGE, Western Blotting, HPLC, espectrometria de massas e ensaio biológico com

células BaF-LLP in vitro.

Objetivo Geral

O objetivo geral do projeto é aplicar um modelo de cultivo em 3D de esferoides derivados de células

tumorais para avaliar a ação antitumoral de candidatos a fármacos.



Produção por levitação magnética em formato unitário (em placas de cultura de 60mm2 de área de

cultivo) e coletivo (em placas de 24 poços) de esferóides de linhagens de tumores humanos de próstata

(LnCAP e PC3), avaliando sua sustentabilidade em cultivo e a produção de proteínas de matriz

extracelular.


Desenvolver novas drogas com potencial ação antitumoral produzidas em células de mamífero e/ou

bactérias, assim como a sua purificação e caracterização. A droga inicial de escolha será o antagonista de

hPRL delta 1-9 G129R-hPRL.


Produzir em escala laboratorial os antagonistas de prolactina G129R-hPRL, delta- G129R-hPRL e o

antagonista do hormônio de crescimento G120R-hGH.


Produzir em escala laboratorial as proteínas de fusão endo-BAX e endo-BAX-endo.


Avaliar o potencial antitumoral de proteínas recombinantes produzidas: antagonista de prolactina

G129R-hPRL e delta- G129R-hPRL; o antagonista G120R-hGH; as proteínas de fusão endo-BAX e endo-

BAX-endo.

Insumos

Custeio


120







Participação em congressos Inscrição/Diárias

/passagens

0

Bolsas

Para o desenvolvimento dessas atividades são necessários dois especialistas para atuar tanto no cultivo

dos esferoides, como na produção e caracterização das proteínas recombinantes. Também serão

necessários para avaliar o potencial desses fármacos como inibidores do crescimento tumoral, utilizando

para isso o nosso modelo de bioensaio em cultivo de células em três dimensões (3D) e a validação e

ajustes necessários para cada proteína estudada. Solicitamos, portanto duas bolsas PCI D-C para a plena

realização do projeto.

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Mestrado Biotecnologia 1, 2, 3 e 5 D-C 36 1


São descritas a seguir as atividades que levarão ao cumprimento dos objetivos específicos do projeto.

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

1. Produção dos

esferoides

1 Obtenção do

cultivo em 3D

x

2. Construção do

plasmídeo

bacteriano para

expressão do

delta-G129R-

hPRL

2 Confirmação da

obtenção

correta da

sequencia de

DNA

x

121

3. Produção do

antagonista

G129R-hPRL

3 Obtenção da

proteína com

mais de 95% de

pureza e

caracterizada

x

4. Produção do

antagonista

delta-G129R-

hPRL

3 Obtenção da

proteína com

mais de 95% de

pureza e

caracterizada

x

5. Produção do

antagonista

G120R-hGH

3 Obtenção da

proteína com

mais de 95% de

pureza e

caracterizada

x

6. Produção

proteínas de

fusão endo-BAX

e

4 Obtenção da

proteína com

mais de 95% de

pureza e

caracterizada

x

7. Produção

proteínas de

fusão endo-BAX-

endo

4 Obtenção da

proteína com

mais de 95% de

pureza e

caracterizada

x

8. Utilização dos

esferóides para

avaliar a

atividade

antitumoral

5 Obtenção da

curva dose

resposta

x


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

1. Produção dos esferóides x x

122

2. Construção do plasmídeo

bacteriano para expressão

do delta-G129R-hPRL

x x

3. Produção do antagonista

G129R-hPRL

x x


delta-G129R-hPRL

x x


G120R-hGH

x x

6. Produção proteínas de

fusão endo-BAX

x x x

7. Produção proteínas de

fusão endo-BAX-endo

x x x

8. Utilização dos esferóides

para avaliar a atividade

antitumoral

x x x x x

Produtos

Os produtos esperados são o modelo de cultivo em 3D (esferoides) utilizando células tumorais cultivadas

em suspensão; a obtenção das proteínas recombinantes com potencial ação antitumoral e a avaliação

gráfica da atividade antitumoral de cada proteína estudada.

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

1.Esferóides 1 Obtenção do

cultivo em 3D

x

2.G129R-hPRL 3 Proteína pura x

3.delta-G129R-

hPRL

3 Proteína pura x

4.G120R-hGH 3 Proteína pura x

5. endo-BAX 4 Proteína pura x

6. Endo-BAX-

Endo

4 Proteína pura x

123

7. Avaliação da

atividade

antitumoral

5 Gráficos com

curva dose-

resposta

x


Os resultados esperados são: a) obter um modelo validado para avaliar a ação antitumoral de fármacos

que por utilizar células tumorais cultivadas em 3D apresenta resultados mais próximos ao real,

considerando que os tumores sólidos também são desenvolvido em 3D. b) obter proteínas

recombinantes com alto grau de pureza e com potencial ação antitumoral. c) avaliar a ação antitumoral

das proteínas produzidas, assim como o seu potencial em seguir com estudos em modelos in vivo.

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Modelo de

avaliação de

atividade

antitumoral

baseado em

esferóides

1 Ensaio

biológico

validado

x

Produção das

proteínas

recombinantes

3 e 4 Proteínas

purificadas e

caracterizadas

x x

Atividade

antitumoral de

cada proteína

5 Gráficos com

curva dose-

resposta

x x


Chura-Chambi RM, Bellini MH, Jacysyn JF, Andrade LN, Medina LP, Prieto-da-Silva, A´ RB, Amarante-

Mendes GP and Morganti L. Improving the therapeutic potential of endostatin by fusing it with the BAX

BH3 death domain. Cell Death and Disease. 2014; 5, e1371;

Chura-Chambi RM, Arcuri HA, Lino F, Versati N, Palma MS,. Favaro DC, Morganti L. Structural studies of

the protein endostatin in fusion with BAX BH3 death domain, a hybrid that presents enhanced

antitumoral activity. Biotechnol and Appl. Biochem. 2016.

Haisler WL, Timm DM, Gage JA, Tseng H, Killian TC, Souza GR. Three-dimensional cell culturing by

magnetic levitation. Nat Protoc [Internet]. 2013;8(10):1940–9.

124

Jaganathan H, Gage J, Leonard F, Srinivasan S, Souza GR, Dave B, et al. Three-Dimensional In Vitro Co-

Culture Model of Breast Tumor using Magnetic Levitation. Sci Rep. 2014;4:6468.

Jeong YG, Lee JS, Shim JK, Hur W. A scaffold-free surface culture of B16F10 murine melanoma cells based

on magnetic levitation. Cytotechnology [Internet]. Springer Netherlands; 2016;

Kuwashima Y, Yamada T, Saio M, Takami T. Formation and growth of multicellular spheroids in media

containing low concentrations of agarose. Cancer Lett [Internet]. 1993 Jul 30;71(1–3):31–3.

Lee JH, Hur W. Scaffold-free formation of a millimeter-scale multicellular spheroid with an internal cavity

from magnetically levitated 3T3 cells that ingested iron oxide-containing microspheres. Biotechnol

Bioeng [Internet]. 2014 May;111(5):1038–47.

Menezes ACSC, Suzuki MF, Oliveira JE, Ribela MTCP, Furigo IC, Donato JJ, Bartolini P, Soares CRJ

Purification and characterization of the authentic form of human growth hormone receptor antagonist

G120R-hGH obtained in Escherichia coli periplasmic space. Protein Expr Purif. 2017;131:91–100.

Sensenig R, Sapir Y, MacDonald C, Cohen S, Polyak B. Magnetic nanoparticle-based approaches to locally

target therapy and enhance tissue regeneration in vivo. Nanomedicine (Lond) [Internet]. 2012;7(9):1425–

42.

Souza GR, Christianson DR, Staquicini FI, Ozawa MG, Snyder EY, Sidman RL, et al. Networks of gold

nanoparticles and bacteriophage as biological sensors and cell-targeting agents. Proc Natl Acad Sci USA

[Internet]. 2006;103(5):1215–20.

Souza GR, Molina JR, Raphael RM, Ozawa MG, Stark DJ, Levin CS, et al. Three-dimensional tissue culture

based on magnetic cell levitation. Nat Nanotechnol [Internet]. Nature Publishing Group; 2010;5(4):291–

6.

Souza GR, Yonel-Gumruk E, Fan D, Easley J, Rangel R, Guzman-Rojas L, et al. Bottom-up assembly of

hydrogels from bacteriophage and Au nanoparticles: The effect of Cis- and trans-acting factors. PLoS One.

2008;3(5).

Soares CRJ, Glezer A, Okazaki K, Ueda EKM, Heller SR, Walker AM, Goffin V, Bartolini, P. Physico-chemical

and biological characterizations of two human prolactin analogs exhibiting controversial bioactivity,

synthesized in Chinese hamster ovary (CHO) cells. Protein. Express. Purif. 2006;48:182-194.

125


TÍTULO DO PROJETO: Sintetização e caracterização por uma técnica nuclear de nanopartículas magnéticas com marcadores radioativos de 111In e 111Ag para aplicações em biomedicina e meio ambiente



Resumo

Nanopartículas magnéticas vem sendo apontadas como sendo promissoras para aplicações de drug

delivery e hipertermia no tratamento de tumores e também como contraste de alta resolução em

diagnostico por imagens, além de poderem ser usadas para a captura de metais pesados contaminantes

do meio ambiente. Pretendemos desenvolver nanopartículas magnéticas que possam carregar

radionuclídeos aliando a funcionalidade magnética que permite o direcionamento das partículas pela

aplicação de campo magnético externo ao corpo com a radioatividade que permite sua localização dentro

do corpo. Este projeto tem como metas a síntese química e a caracterização por uma técnica nuclear da

morfologia, estrutura e magnetismo de nanopartículas bimetálicas de fórmula geral MPt, onde M= Fe,

Co e Ni, recobertas com materiais orgânicos para aplicações biomédicas ou ambientais. Para fins de

aplicações no tratamento de tumor, as nanopartículas serão testadas em experimentos em cooperação

no hospital Albert Einstein de São Paulo.

Introdução

Nanoparticulas magnéticas (NPM) têm cada vez mais assumido um papel importante em aplicações

biomédicas e ambientais. A adição de um isótopo radioativo como marcador pode acrescentar novas

funcionalidades a estas nanopartículas. Este projeto tem como metas a síntese química e a caracterização

por uma técnica nuclear da morfologia, estrutura e magnetismo de nanopartículas bimetálicas de fórmula

geral MPt, onde M= Fe, Co e Ni, recobertas com materiais orgânicos para aplicações biomédicas ou

ambientais. Estes estudos serão realizados variando a sua composição química e o tamanho médio de

partícula (5 - 100 nm). O trabalho se justifica, pois a utilização de nanopartículas magnéticas (NPM) em

biomedicina e biotecnologia aplicada ao meio ambiente vem recebendo elevado destaque nos últimos

anos, graças à versatilidade de aplicações como reparo de tecidos, diagnósticos, ressonância magnética

por imagem, tratamento contra o câncer, separação celular, transporte controlado de drogas e captura

de metais tóxicos. As NPM bimetálicas serão sintetizadas por método químico baseado no procedimento

descrito na literatura. O método de decomposição termal mostra-se viável para aplicação neste trabalho,

pois o método possui um potencial para produção em larga escala e alta qualidade na síntese das NPM

bimetálicas com controle de forma muito bom, que serão funcionalizadas e estabilizadas com

recobrimento a fim de se obter sistemas estáveis em meio biológico além de biocompatibilidade. Para o

desenvolvimento de nanopartículas adequadas para as diversas aplicações, estas precisam ser

caracterizadas por técnicas precisas. O uso de uma técnica nuclear, como a espectroscopia de correlação

angular gama-gama perturbada, devido a sua resolução nanoscópica, pode caracterizar diferentes

regiões da nanopartículas fornecendo informações importantes para a sua sintetização. O diferencial

126

deste trabalho será o procedimento de inserção de sondas radioativas 111In e 111Ag nas nanopartículas e

posterior medida das interações hiperfinas, para o qual toda infra-estrutura de síntese e caracterização

dessas MNP estão disponíveis no Laboratório de Interações Hiperfinas que faz parte do Centro do Reator

de Pesquisa (CRPq) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e conta com o reator nuclear

de pesquisas IEA-R1 onde serão produzidos os radioisótopos 111Ag.

Para o desenvolvimento deste projeto, pretendemos utilizar a infraestrutura do laboratório de interações

hiperfinas do IPEN e a experiência de seus integrantes e também colaboradores de outras instituições

brasileiras, como o Instituto de Química e o Instituto de Física da USP, Universidade Federal do Pará e de

instituições no exterior como o Centro de Física Nuclear da Universidade de Lisboa e o HISKP da

Universidade de Bonn, Alemanha. Numa segunda etapa, teremos a colaboração de Hospital Albert

Einstein para os testes in vivo. O desenvolvimento do projeto também trará resultados em aplicações

ambientais como um vetor para capturar e separar contaminantes de metais pesados como Cd, Hg e Pb,

para o qual as nanopartículas precisam ser revestidas com um material que permita esta funcionalidade,

como a sílica. Esta parte do projeto será desenvolvida em colaboração com grupos de pesquisa do

implantador de isótopos radioativos ISOLDE do CERN, em Genebra na Suíça, colaboração que está sendo

efetivada e será fortalecida com este projeto.

Como este projeto está em fase inicial, testamos até agora o método de sintetização de nanopartículas

pela co-precipitação e decomposição térmica na síntese de nanopartículas de magnetita e ferritas do tipo

MFe2O4 (M = Fe, Co) também com a incorporação de radionuclídeos como 181Hf e 111In. Os artigos com os

resultados foram publicados em revistas internacionais e mostraram que o método da decomposição

térmica é mais adequado uma vez que produz nanopartículas homogêneas em tamanho, o que é

essencial para as propriedades magnéticas. A incorporação dos radionuclideos durante a fase de síntese

foi efetiva nos dois métodos.

Equipe:

Dr. Artur Wilson Carbonari, doutor pesquisador do IPEN, coordenador do projeto;

Dr. Robinson Alves dos Santos, doutor bolsista de pós-doutorado, especialista em medidas

experimentais de espectroscopia gama.

Dr. Fernando Bacci Effenberger, doutor, especialista em sintetização de nanopartículas.

Objetivo Geral

O objetivo geral deste projeto é sintetizar nanopartículas magnéticas bimetálicas com a adição de

radioisótopos. As nanopartículas precisam ser caracterizadas quanto a sua propriedade magnética e

quanto a sua estabilidade química e estrutural. A caracterização destas propriedades será realizada pela

medida de interações hiperfinas por meio da espectroscopia de correlação angular perturbada, técnica

nuclear nanoscópica disponível no IPEN.

127


Objetivo específico 1: sintetizar e caracterizar quanto a estrutura cristalina as nanopartículas magnéticas

bimetálicas FePt, CoPt e NiPt

Objetivo específico 2: adicionar os marcadores radioativos 111In e 111Ag às nanopartículas magnéticas,

estabelecendo uma metodologia.

Objetivo específico 3: estudar as mudanças estruturais e estabilidade química sob um ponto de vista

local pela medida de interações hiperfinas elétricas usando os núcleos radioativos 111In e 111Ag como

sondas,

Objetivo específico 4: estudar a dependência do campo magnético local nas nanopartículas por meio de

medidas de interações hiperfinas usando os núcleos radioativos 111In e 111Ag como sondas;

Objetivo específico 5: verificar se uma possível dopagem com Ag, Cd ou Au pode estabilizar a fase L10

das nanopartículas bimetálicas que são essenciais para aplicações ambientais.

Insumos

Custeio








Visita técnica de especialista estrangeiro passagem 0

Manutenção de especialista estrangeiro diárias 0

Bolsas




Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


128

Mestrado Físico-quimica 1, 2, 3, 4 e

5 D-C 60 1



Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Sintetização de

nanopartículas

bimetálicas

1 nanopartículas

sintetizadas e

caracterizadas

Adição de

marcadores

radioativos às

nanopartículas

bimetálicas

2 Teste de adição

de marcador

realizado

Medida

experimental

de

nanopartículas

de FePt

3 e 4 Espectros PAC

analisados

Medida

experimental

de

nanopartículas

de CoPt

3 e 4 Espectros PAC

analisados

Medida

experimental

de

nanopartículas

de NiPt

3 e 4 Espectros PAC

analisados

Sintetização de

nanopartículas

bimetálicas

dopadas

1 e 5 nanopartículas

sintetizadas e

caracterizadas

129

Adição de

marcadores

radioativos às

nanopartículas

dopadas

2 e 5 Teste de adição

de marcador

realizado

Medida

experimental

de

nanopartículas

dopadas

3, 4 e 5 Espectros PAC

analisados


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Sintetização de

nanopartículas bimetálicas

Adição de marcadores

radioativos às nanopartículas

bimetálicas

Medida experimental de

nanopartículas de FePt


nanopartículas de CoPt


nanopartículas de NiPt

Sintetização de

nanopartículas bimetálicas

dopadas

Adição de marcadores

radioativos às nanopartículas

dopadas


nanopartículas dopadas

130

Produtos



Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Patente de

sintetização de

nanopartículas

bimetálicas

dopadas

5 Nanopartículas

sintetizadas e

caracterizadas

Artigo sobre

medidas

experimentais de

nanopartículas de

FePt

3 e 4 Espectros PAC

analisados

Artigo sobre

medidas

experimentais de

nanopartículas de

CoPt

3 e 4 Espectros PAC

analisados

Artigo sobre

medidas

experimentais de

nanopartículas de

NiPt

3 e 4 Espectros PAC

analisados

Artigo sobre

medidas

experimentais de

nanopartículas

dopadas

3 e 4 Espectros PAC

analisados




Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

131

Consolidação

de linha de

pesquisa em

sintetização e

caracterização

de

nanopartículas

metálicas

radioativas no

IPEN


analisados

Metodologia

de sintetização

e

caracterização

de

nanopartículas

metálicas

radioativas no

IPEN

estabelecida

4 Espectros PAC

analisados

Pesquisador

especialista em

sintetização e

caracterização

de

nanopartículas

metálicas

radioativas

formado


analisados

Custeio:

Recursos de custeio destinados exclusivamente a diárias e passagens com o objetivo de:





Custeio Valor (R$)

Diárias

Passagens

132

Total (R$)

Bolsas:

PCI Categoria/

Nível

Mensalidade


PCI-D

A 5.200,00

B 4.160,00

C 3.380,00 60 1 202.800,00

D 2.860,00

E 1.950,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

Total (R$) 202.800,00


[1] Avaliação de Políticas Públicas: Guia Prático de Análise Ex Ante, volume 1, IPEA, 2018.

133

INSTITUTO DE RADIOPROTEÇÃO E DOSIMETRIA - IRD

TÍTULO DO PROJETO: Desenvolvimento do sistema de medição absoluta pelo método TDCR para a Rastreabilidade Metrológica de Radiofármacos



Resumo

O crescente uso de novas tecnologias de imagem nos procedimentos de diagnóstico e também de terapia

na medicina nuclear vem aumentando o número de novos Radiofármacos utilizados para essas

finalidades. A aplicação segura dessas tecnologias exige que a dose de radiação administrada aos

pacientes seja determinada com a maior exatidão possível, tanto para atender ao princípio fundamental

da otimização de procedimentos de proteção radiológica, bem como para garantir o resultado clínico

desejado.

Para isso são necessários padrões desses radionuclídeos para calibração dos equipamentos dos Centros

Produtores de Radiofármacos (CPRs) e Serviços de Medicina Nuclear(SMNs). Essa responsabilidade recai

sobre o LNMRI/IRD (designado pelo INMETRO), que tem o mandato legal para desenvolver e disseminar

os padrões nacionais de radioatividade em todo o país. É um desafio muito grande para o LNMRI devido

às características desses radionuclídeos com meia-vida curta, exigindo a utilização de sistemas de

medição complexos e pessoal técnico altamente qualificado.

Este projeto faz parte do Programa Nacional de Rastreabilidade aos Centros Produtores e Serviços de

Medicina Nuclear do país, que vem sendo conduzido pelo Laboratório de Radionuclídeos do LNMRI/IRD,

e tem com objetivo o desenvolvimento do método TDCR (Relação entre Coincidências Duplas e Tripla), o

qual é na atualidade um dos métodos de maior adequação para a medição absoluta da grandeza atividade

dos Radiofármacos, ademais aos outros métodos primários existentes no LNMRI: Coincidência e

Anticoincidência 4Pi-BetaGama e CIEMAT/NIST.

O método TDCR já foi implementado, na sua fase básica inicial, no Laboratório de Radionuclídeos do

LNMRI (Cruz, P. A. L), sendo um dos métodos aplicados nas comparações-chave promovidas pelo BIPM

para Tecnécio-99m em 2013 e Germanio/Galio-68 em 2014, com resultados consistentes com os outros

Laboratórios Internacionais de Metrologia de Radionuclídeos e dentro dos limites de incerteza

estabelecidos pelo BIPM para as comparações.

A proposta do projeto contempla o aperfeiçoamento do atual sistema TDCR para nível mais apurado na

exatidão das medições, a partir da automação na aquisição de dados e cálculos realizados pelos códigos

computacionais, sistema de detecção com fotomulplicadoras de maior sensibilidade e eficiência de

respostas, e infraestrutura já disponibilizada.

O atendimento aos objetivos do projeto ampliará a capacitação metrológica do corpo técnico do

LNMRI/IRD, onde serão desenvolvidas as atividades do projeto e trará a consolidação do mesmo sistema

de garantia da qualidade, com o estabelecimento de procedimentos e metodologias de padronização de

Radiofármacos.

134

Introdução

Os radionuclídeos de meia-vida curta, os denominados Radiofármacos, são produzidos pelos institutos

da CNEN como o Instituto de Engenharia Nuclear (IEN), Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

(IPEN), (Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN) e Centro Regional de Ciências

Nucleares-NE (CRCN do Nordeste). Atualmente existem cerca de 10 centros produtores públicos e

privados de Radiofármacos no Brasil.

Com a entrada de novos provedores privados mercado, o debate sobre Radiofármacos foi intensificado,

mediante a relevância e o caráter estratégico, culminando com a publicação da Consulta Pública ANVISA

94 e 95, em 2008, ambas versando especificamente sobre controle, registro e produção de radiofármacos

e definindo-os em seu escopo como medicamentos, tendo como premissa a Lei no. 5991, de 17 de

dezembro de 1973 que, no seu glossário, define medicamento como sendo: “Produto farmacêutico,

tecnicamente obtido ou elaborado, com finalidade profilática, curativa, paliativa ou para fins de

diagnóstico”, portanto estendendo aos Radiofármacos os requisitos das normas das “boas práticas de

fabricação”.

Dentre os aspectos que devem ser controlados pela Garantia da Qualidade de um Centro Produtor (CPR),

destaca-se a garantia da qualidade das medições da grandeza atividade dos Radiofármacos, os quais são

enviados aos Serviços de Medicina Nuclear (SMNs). De acordo com o número de doses solicitadas, os

CPRs têm o compromisso de fornecer valores confiáveis de atividade e com a maior exatidão possível.

Isto beneficia o próprio produtor, os indivíduos ocupacionalmente expostos e o SMN, e principalmente

os pacientes.

Para garantir a confiabilidade e exatidão, deve-se prover rastreabilidade metrológica às medições obtidas

nos ativímetros, também chamado de curiômetro, calibrador de dose ou medidor de atividade, que é o

instrumento de medição utilizado pelos CPRs e SMNs para mensurar as atividades das frações de

radiofármacos administrados aos pacientes.

No âmbito das radiações ionizantes, as medições devem ser rastreadas aos valores de referência

fornecidos pelo Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes (LNMRI) do Instituto de

Radioproteção e Dosimetria (IRD), que é designado pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e

Tecnologia (INMETRO) como Laboratório Nacional no âmbito das radiações ionizantes.

Para que os ativímetros dos CPRs sejam calibrados, devem-se fazer comparações de medições com os

padrões estabelecidos pelas Câmaras de Ionização Padrão Secundário (CIPS) modelos Centronic IG11 e

IG12 do LNMRI que estão previamente calibradas por sistemas de padronização primária do LNMRI/IRD.

Os principais sistemas de padronização primária em operação no LNMRI são: Coincidência e de

Anticoincidência4Pi-Beta-Gama, e CIEMAT/NIST e TDCR que utilizam a técnica de cintilação líquida. Esses

sistemas periodicamente realizam exercícios de rastreabilidade metrológica promovidos pelo BIPM por

meio de participação nas comparações-chave internacionais5. A câmara padrão de trabalho é o

ativímetro Capintec CRC-15R, cujas medições estão rastreadas às CIPS do LNMRI. Ressalte-se que esses

sistemas de medição estão em constante aperfeiçoamento, como o que se propõe nesse projeto para o

sistema absoluto da grandeza atividade TDCR.

Objetivo Geral

135

Promover a rastreabilidade das medições da grandeza atividade de radiofármacos à cadeia metrológica

internacional do BIPM pelo método TDCR de cintilação líquida.



Validar o sistema absoluto de medição da grandeza atividade pelo método TDCR de cintilação líquida por

meio de comparações internas com outros sistemas absolutos do LMNRI.


Obter a rastreabilidade metrológica das medições do sistema TDCR para Radiofármacos por meio dos

fatores de calibração da Câmara de Ionização obtidos das comparações-chave promovidas pelo BIPM.


Prover a rastreabilidade metrológica aos Centros Produtores de Radiofármacos do país por meio de

comparações.

Insumos

Custeio

Para o desenvolvimento do presente projeto se faz necessário o aporte de recursos conforme

descriminado a baixo:



Visita técnica de pessoal envolvido no projeto aos

Centros Produtores de Radiofármacos

Diárias (3 viagens de 2

dias)

0

3 Passagens (ida/volta) 0

Bolsas

Em decorrência da necessidade de manter as pesquisas e a garantia da confiabilidade dos padrões

fornecidos pelo LNMRI, considerando a redução observada no quadro permanente de pesquisadores e

a especificidade técnico-científica do projeto, faz-se necessária a disponibilização de 1(uma) bolsa,

conforme especificado no quadro abaixo, de forma a proporcionar o alcance dos objetivos propostos.

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI

Categoria/Nível Meses Quantidade

Graduação em

Física, Quimica ou

Nas áreas de

Radiações 1,2 e 3 D-C 60 1

136

Engenharia com 5

anos de

experiência ou

Mestrado

Ionizantes,

Nuclear e

correlatas


Segue abaixo o detalhamento das atividades a serem realizados no escopo do projeto.

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

1) Ajustar o sistema

TDCR

1 Sistema ajustado e

pronto para as

medições

X

2) Realizar

comparação com

os demais

sistemas

absolutos do

LNMRI

1 Comparação

realizada com

resultado

consistente

X X X

3) Realizar

medições no

TDCR e Câmara

de Ionização

para obtenção

de

rastreabilidade

ao BIPM

2 Medições

realizadas

X X X

4) Validar a

Rastreabilidade

ao BIPM

2 Rastreabilidade

obtida

Artigo publicado

X X X

5) Realizar

comparação com

um Centro

Produtor de

Radiofármacos

3 Comparação

realizada

X X

137

6) Prover

rastreabilidade

metrológica de

Centro Produtor

de

Radiofármacos

3 Relatório de

Rastreabilidade

emitido; e

Artigo publicado

X X


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 X X



Atividade 4 X X X X

Atividade 5 X X X X

Atividade 6 X X X

Produtos

Segue abaixo tabela contendo os produtos quantificáveis das atividades do projeto, entregues

imediatamente pela realização das atividades.

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Sistema TDCR operacional 1 Sistema

validado

1

Medições do sistema TDCR

metrologicamente rastreadas

ao BIPM

2 Rastreabilidade

obtida

1 1 1

Centro produtor de

radiofármacos rastreado ao

LNMRI / IRD

3 Relatório de

rastreabilidade

emitido pelo

LNMRI/IRD

1 1

138

Artigo publicados 3 Comprovante

de submissão

1 1


A tabela abaixo apresenta os resultados das mudanças esperadas no curto prazo, como resultado da

intervenção realizada.

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Ampliação da

capacidade de

medição do

LNMRI, com

redução de

incertezas

1,2 e 3

Sistema TDCR

implementado

e validado

Número de

radiofármacos

rastreados ao

BIPM

Centros

Produtores

Certificados

Artigos

Publicados

1

1

1

1

1

1

1

1


Segue abaixo a totalidade dos recursos solicitados ao o Subprograma de Capacitação Institucional.

139

Custeio

Custeio Valor (R$)

Diárias 0

Passagens 0

Total (R$) 0

Bolsas

PCI Categoria/

Nível

Mensalidade


PCI-D C 3.380,00 60 1 202.800

Total (R$) 202.800


[1]Paulo Alberto Lima da Cruz. Padronização de Radionuclídeos pelo Método TDCR de Cintilação Liquida:

COPPE/UFRJ, Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, 2013.

[2] Michotte, C.; Da Silva, C. J.; Lima da Cruz, P. A. L. et al. Activity measurements of the radionuclide

99mTc for the CNEA, Argentina and the LNMRI/IRD, Brazil in the ongoing comparison BIPM.RI(II)-K4.Tc-

99m. Metrologia; ISSN 0026-1394; v. 50 (no.1A); p. 1-18. France.

[3] da Silva, C. J.; Lima da Cruz, P. A. L.et al. 68(Ge+Ga) activity standardization by 4πβ(LS)-γ(NaI(Tl))

anticoincidencecounting measurements. Applied Radiation and Isotopes, DOI:

10.1016/j.apradiso.2017.10.009, 2017.

140


TÍTULO DO PROJETO: Caracterização pelo método de Monte Carlo de um monitor individual de nêutrons de albedo para avaliação de dose em aeronautas



Resumo

Tripulantes de aeronaves estão sujeitos a exposições a radiações cósmicas em níveis superiores aos

encontrados na maior parte da superfície terrestre. No Brasil, a Norma CNEN NN/3.01 não deixa claro se

os aeronautas devem ou não ter suas exposições a radiações cósmicas avaliadas. Atualmente está em

curso uma revisão desta questão de proteção radiológica que poderá levar à exigência de se avaliar a

dose deste grupo de trabalhadores. Uma contribuição significativa para estas doses vem da exposição a

nêutrons produzidos na interação de raios cósmicos com os constituintes da atmosfera terrestre. O IRD

opera um serviço de avaliação de doses individuais de nêutrons, utilizando um monitor de nêutrons do

tipo albedo desenvolvido no próprio Instituto. Este projeto visa estudar a possibilidade de utilizar este

monitor na avaliação da componente de nêutrons das doses efetivas de aeronautas.

Introdução

Exposição à radiação de tripulações aéreas Tripulantes de aeronaves estão sujeitos a exposições a radiações cósmicas em níveis superiores aos

encontrados na maior parte da superfície terrestre, o que os caracteriza como indivíduos

ocupacionalmente expostos em vários países. Na Europa, especificamente nos países sujeitos à Diretiva

96/29/EURATOM do Conselho Europeu, as tripulações de aviões são consideradas como pertencentes a

um grupo em que as atividades laborais são suscetíveis de causar preocupações quanto à exposição a

radiações de fontes naturais. Sendo assim, as empresas de aviação devem levar em consideração a

exposição às radiações cósmicas do pessoal de vôo que possa ser sujeito a uma exposição superior a 1

mSv por ano. No Brasil, a Norma CNEN NN/3.01 não deixa claro se os aeronautas devem ou não ter suas

exposições a radiações cósmicas avaliadas. Para esclarecer esta questão, em junho de 2018 foi

constituído, por Portaria publicada no Diário Oficial da União, um grupo de trabalho de Avaliação de

Regulamentação da Proteção Radiológica de Aeronautas, composto por especialistas da CNEN, ANAC,

IEAv entre outros, que deverá definir de forma clara as responsabilidades de empresas aéreas e de

tripulantes de aeronaves com relação à proteção radiológica deste grupo de trabalhadores.

A radiação cósmica (RC) que chega à Terra pode ser classificada em uma componente galáctica (RCG)

originada fora do sistema solar, consistindo principalmente de núcleos atômicos ionizados e uma

componente solar (RCS) que tem origem em processos ocorridos no interior do Sol e que é composta

basicamente por prótons e elétrons. A radiação cósmica ao atingir nossa atmosfera interage com seus

constituintes produzindo um “chuveiro” de outras partículas, entre elas prótons e nêutrons.

A componente RCS é anti-correlacionada com a componente RCG, ou seja, quanto maior a atividade solar,

menor é a componente galáctica dos raios cósmicos. A esta propriedade chamamos potencial de

desaceleração solar ou potencial heliocêntrico, que é medido em mega volts (MV). Ao atingir a Terra, o

campo magnético terrestre, por sua vez interage com as partículas carregadas da RC defletindo-as em

141

direção aos pólos. Esta capacidade de deflexão é denominada rigidez de corte vertical (FEDERICO, 2011)

e é medida em giga volts (GV).

Para fins de radioproteção de aeronautas, a grandeza operacional recomendada é o equivalente de dose

ambiente a 10 mm de profundidade, H*(10) e diversos códigos computacionais (CARI-6, EPCARD, EXPACS,

QARM, etc), disponíveis comercialmente, foram desenvolvidos para avaliar a dose de aeronautas

baseados na rota da aeronave, tempo de vôo e atividade solar (Federico, 2011). Estes códigos possuem

ampla validação para rotas no hemisfério norte. No Brasil, com latitudes compreendidas entre 4o N e

33,5o S, quase todo o território está na chamada Anomalia Magnética do Atlântico Sul onde há carência

de medições de partículas induzidas por raios cósmicos em altitudes de voo. Pazianotto et al.

(PAZIANOTTO et al., 2017) realizaram medições de taxa de equivalente de dose ambiente em altitudes

de vôo para rotas nacionais. Federico realizou medições da componente neutrônica e não neutrônica do

equivalente de dose ambiente em diversas altitudes de vôo (FEDERICO, 2011). Estas medições foram

realizadas utilizando detectores ativos em aeronaves pequenas. Este procedimento apresenta

dificuldades de operacionalização junto a construtores de aeronaves maiores, que podem não permitir o

equipamento a bordo, devido ao risco que a eletrônica apresenta aos sistemas de aviônica.

As componentes da RC foram também calculadas por Pereira et al (PEREIRA et al., 2015) usando os

códigos EXPACS e QARM para diversos valores de altitudes de voo, potencial heliocêntrico e rigidez de

corte vertical. Um resultado típico é apresentado na figura 1. Ambos os códigos situam a componente

neutrônica entre 55% e 60% do total para altitudes típicas de voos na aviação comercial a jato.

Figura 1. Contribuições principais de partículas para o

equivalente de dose ambiente em função da altitude de voo.

142

Com relação ao espectro do campo de nêutrons, Federico et al. (FEDERICO, 2013) o avaliam a 35.000 pés

de altitude, usando o código EXPACS. O espectro é mostrado na figura 2. São observados três picos

principais, localizados na região de nêutrons térmicos ( ~ 0,025 eV), nêutrons de evaporação ( ~ 1 MeV)

e nêutrons de provenientes de processos de espalação nos constituintes atmosféricos ( ~ 100 MeV)

O monitor de nêutrons tipo albedo do IRD O IRD opera um serviço de avaliação de doses individuais de nêutrons, utilizando um monitor de nêutrons

do tipo albedo desenvolvido no próprio Instituto (MARTINS 2008). Este monitor foi calibrado nos campos

de diversas fontes de nêutrons (MARTINS et al., 2010; FREITAS et al., 2015), como 241Am-Be, 252Cf e

nêutrons térmicos, com diferentes elementos moderadores (parafina, silicone, D2O) e caracterizado

segundo a norma ISO 21909 (2001) (MARTINS et al., 2011). A figura 3 mostra um esquema deste monitor,

cujos elementos sensíveis consistem em dois pares de cristais termoluminescentes do tipo TLD 600

(sensível a nêutrons e fótons) e TLD 700 (sensível somente a fótons). Além dos elementos sensíveis, faz

parte do monitor um suporte plástico, um elemento moderador de polietileno e uma blindagem de

nêutrons térmicos incidentes, de carbeto de boro. Em seu princípio de funcionamento, um dos pares de

TLD é irradiado por nêutrons incidentes e outro par somente por nêutrons refletidos no corpo do usuário,

os chamados nêutrons de albedo. O monitor avalia a grandeza Hp(10) a partir da diferença de sinal entre

o TLD 600 e o TLD 700, levando em consideração a razão entre nêutrons incidentes e nêutrons de albedo.

Para todos os campos em que este monitor foi calibrado, a energia máxima dos nêutrons fica em torno

de 10 MeV. A energia mínima em que foi calibrado é a de nêutrons térmicos.

Figura 2. Espectro do campo de nêutrons a uma altitude de

35.000 pés, calculado com o código EXPACS.

143

O monitor também foi implementado em simulações de Monte Carlo com o código MCNPX (FERREIRA,

2018) e a resposta simulada foi comparada com os valores obtidos experimentalmente, mostrando boa

concordância. Outros campos de nêutrons de difícil acesso experimental também foram simulados para

avaliar os fatores de calibração quando o dosímetro estiver exposto a campos semelhantes. Em nenhum

dos casos simulados a energia ultrapassou os 10 MeV, o que torna indeterminada a resposta do monitor

quando exposto a campos de nêutrons presentes em rotas comerciais de altas altitudes.

Objetivos

A avaliação de dose de aeronautas deverá ser feita por meio de software comercial que leve em conta as

rotas das aeronaves. Esta avaliação, no entanto, necessita de algum tipo de validação experimental

periódica para garantir uma confiabilidade mínima das doses reportadas. Idealmente, esta validação

deveria ser feita por meio de equipamento sensível não apenas a nêutrons como a prótons e outras

partículas presentes na radiação cósmica. Este tipo de equipamento, no entanto, necessita de pessoal

treinado na sua operação e, sendo um detector ativo, pode ter objeções das empresas aéreas para ser

embarcado, pelo risco que apresenta aos sistemas de aviônica. Um monitor passivo simples e pequeno

como o de nêutrons de albedo do IRD pode ser usado como uma avaliação grosseira do equivalente de

dose ambiente na aeronave, mas que daria confiabilidade experimental à avaliação por software. Para

isso, no entanto, é necessário conhecer sua resposta aos campos de nêutrons mais energéticos a que

será exposto. Esta resposta poderá ser determinada experimentalmente, embarcando este monitor em

voos comerciais ou através de simulações computacionais baseadas no espectro de nêutrons e de outras

partículas geradas em interações com raios cósmicos.

Objetivo Geral

Avaliar a componente de nêutrons das doses efetivas de aeronautas através do uso de um monitor do

tipo albedo.


Obter a resposta do monitor de albedo do IRD aos campos de nêutrons presentes em grandes altitudes

através de simulações de Monte Carlo.

Figura 3. O monitor individual de nêutrons do tipo albedo do

IRD (Martins, 2008).

144


Comparar experimentalmente a dose avaliada pelo monitor de nêutrons de albedo do IRD com a dose

de nêutrons calculada por um software de avaliação de dose de aeronautas.

Insumos

Custeio



Passagens para o Instituto de Estudos Avançados

(IEAv) de São José dos Campos

Passagens 0

Diárias no IEAv Diárias 0

Bolsas




Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Doutorado

Dosimetria

externa de

nêutrons/

Simulações de

Monte Carlo

com o código

Geant4

1 e 2 D-C 12 1


Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

145

1. Implementar o

modelo do

monitor de

nêutrons de

albedo do IRD na

simulação de

Monte Carlo com

o código Geant4.

1 Resposta

simulada do

monitor

validada

contra

irradiações em

fontes do

Laboratório de

Nêutrons do

IRD.

Simulação

validada

2. Implementar o

espectro de

nêutrons

provenientes de

raios cósmicos na

simulação de MC

com o código

Geant4.

1 Espectro para

diferentes

altitudes com

diferentes

parâmetros de

potencial

heliocêntrico e

de rigidez de

corte.

Espectro

implementado

3. Avaliar as doses

de monitores de

albedo que

tenham sido

embarcados em

aeronaves a

grandes altitudes

2 Número de

configurações

de voo

testadas com

o monitor

– 5

4. Estabelecer um

programa piloto

de

acompanhamento

de doses

avaliadas por

software através

de monitores de

nêutrons de

albedo.

2 Número de

meses com

doses

avaliadas por

software e

com monitor

de albedo.

6


Atividades Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

146

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 X X

Atividade 2 X

Atividade 3 X

Atividade 4 X X

Produtos

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Artigo

científico

1 Publicação em

revista com

Qualis B2 ou

superior

1

Artigo

científico

2 Publicação em

revista com

Qualis B2 ou

superior

1


Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Programa de

comparação

entre doses

de aeronautas

avaliadas por

software e

doses de

nêutrons de

albedo

2 Programa

estabelecido

– – SIM


Apresentar a totalidade de recursos solicitados para o Subprograma de Capacitação Institucional.

Custeio:

147

Custeio Valor (R$)

Diárias 0

Passagens 0

Total (R$) 0

Bolsas:

PCI Categoria/

Nível

Mensalidade


PCI-D

A 5.200,00

B 4.160,00

C 3.380,00 12 1 40.560,00

D 2.860,00

E 1.950,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

Total (R$) 40.560,00


FEDERICO, C. A., Dosimetria da radiação cósmica no interior de aeronaves no espaço aéreo brasileiro.

2011. Tese de Doutorado, IPEN, São Paulo, SP, Brasil;

FEDERICO, C. A., GONÇALEZ, O. L., FONSECA, E. S., PATRÃO, K. C. S., PEREIRA, M. A., CALDAS, L. V. E.

Verification of Response of Neutron Monitor for In-Flight Neutron Dosimetry. 2013. J. Aerosp. Technol.

Manag., São José dos Campos, Vol.5, N o 3, pp.315-322, Jul.-Sep.

FERREIRA, B. M. Simulação Monte Carlo da resposta de um monitor individual de nêutrons tipo albedo.

2018. Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

FREITAS, B. M., M., MARTINS, M. M., PEREIRA, W. W., da SILVA, A. X., MAURICIO, C. L. P. Calibration of

the IRD two-component TLD albedo neutron dosemeter in some moderated neutron fields. 2015. In:

Proceedings of the 2015 International Nuclear Atlantic Conference, São Paulo, Outubro.

148

MARTINS, M. M. Desenvolvimento e caracterização de um sistema de monitoração individual de

nêutrons tipo albedo de duas componentes usando detectores termoluminescentes. 2008. Tese de

Doutorado – Universidade Federal do Rio de Janiero.

MARTINS, M. M., MAURICIO, C. L. P., FONSECA, E. S. AND DA SILVA, A. X.,

Brazilian two-component TLD albedo neutron individual monitoring system. 2010. Radiat. Meas., v. 45,

pp. 1509–1512.

MARTINS, M. M., MAURICIO, C. L. P., PEREIRA, W. W., DA SILVA, A. X.,

Characterization of a two-component thermoluminescent albedo dosemeter according to ISO 21909.

2011. Radiat. Meas., v. 46, pp. 555–560.

PAZIANOTTO, M. T., CORTÉS-GIRALDO, M. A., FEDERICO, C. A., HUBERT, G.,GONÇALEZ, O. L., QUESADA,

J. M., CARLSON, B.V., Extensive air shower Monte Carlo modeling at the ground and aircraft flight

altitude at South Atlantic Magnetic Anomaly and comparison with neutron measurements. 2017.

Astropart. Phys., v. 88, pp. 17-29.

PEREIRA, M. A., PRADO, A. C. M., FEDERICO, C. A., GONÇALEZ, O. L., Avaliação da contribuição dos

diferentes componentes da radiação cósmica atmosférica na dose em tripulações de aeronaves. 2015.

Brazilian Journal of Radiation Sciences, 03-1 A, 01-19;

149


TÍTULO DO PROJETO: Padronização da grandeza corrente elétrica para calibração de Eletrômetros



Resumo

O Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes (LNMRI/ IRD/ CNEN), designado pelo INMETRO, tem a responsabilidade legal e técnica de manter e disseminar os padrões de referência das grandezas nos campos da Radioterapia, Radiodiagnóstico e Radioproteção no país, de forma a garantir a correta administração de doses aos pacientes e a monitoração de indivíduos ocupacionalmente expostos. Como Laboratório Padrão Secundário, o LNMRI envia seus padrões para serem calibrados, a cada cinco anos, em Laboratórios de Padronização Primária Internacionais, de forma que todas as medições realizadas com a Câmara de Ionização Padrão Nacional possuem rastreabilidade metrológica ao Padrão Primário Internacional. O Padrão Nacional é constituído de uma Câmara de Ionização, mas o sistema de medição tem um Eletrômetro associado. Em função das restrições quanto ao transporte de Eletrômetros, somente é enviada a Câmara de Ionização para a calibração. Dentro das boas práticas de laboratório é fundamental acompanhar o desempenho dos Eletrômetros, os quais por sua estrutura iminentemente eletrônica são mais susceptíveis às mudanças em sua resposta, comparado às Câmaras de Ionização. A corrente elétrica de ionização das Câmaras, quando em uso nas diferentes atividades de Radioterapia, Radiodiagnóstico e Radioproteção é da ordem de pico-Ampère (10-12).Por isto é importante que as medições do Eletrômetro também possuam rastreabilidade a um padrão de referência. Atualmente não existe no Brasil nenhum serviço de calibração que atenda a faixa de medição dos Eletrômetros. Além dos Eletrômetros associados aos Padrões Nacionais, o LNMRI/DIMET/IRD também possui Eletrômetros associados a um tipo de Câmara de Ionização chamada de “monitora” ou “transmissão”. Este instrumento é responsável por monitorar o feixe de raios X durante a calibração de instrumentos de medição das radiações ionizantes, de forma a garantir que qualquer flutuação na intensidade do feixe da radiação seja corrigida em relação à resposta do instrumento que está sendo calibrado, assegurando assim, a confiabilidade do certificado emitido após a calibração dos Eletrômetros. O LNMRI calibra os dosímetros clínicos de diversas clínicas e hospitais e os padrões de referência dos laboratórios de calibração que atuam na área das radiações ionizantes. Para minimizar a dificuldade com a calibração dos Eletrômetros, o LNMRI calibra o conjunto dosimétrico (câmara de ionização mais eletrômetro) e emite um fator de calibração para esse conjunto. O escopo do presente projeto visa o aperfeiçoamento do laboratório de medições elétricas, o qual já foi implementado chegando ao estágio dos testes de desempenho. Contudo, por questões de aposentadoria de pesquisadores responsáveis e técnicos, sem a possibilidade de substituição, tornou-se não operacional. A sua reativação e aperfeiçoamento a partir da infraestrutura e equipamentos disponíveis, também será importante para que o LNMRI/IRD avance em seu propósito de evoluir de Laboratório Padrão Secundário para Padrão Primário em suas atividades de Radioterapia, Radiodiagnóstico e Radioproteção. Introdução

O LNMRI tem como meta de médio prazo a evolução de Laboratório de Secundário para Primário, uma

das principais razões para superar a implementação e operacionalidade da calibração dos Eletrômetros,

ademais à necessidade de completar o ciclo atual para atender a demanda de calibração de dosímetros

do país.

O LNMRI já possui os equipamentos necessários à implantação do serviço de calibração de Eletrômetros.

Os padrões elétricos, os quais são de alto custo e foram importado por conta de vários projetos da AIEA,

150

estão acondicionados em local apropriado.A experiência técnica necessária à implantação da

padronização das medições em termos de pequenos valores de corrente, na ordem de picoamperes (10-

12), também já é de domínio do corpo técnico.

A equipe era constituída por três membros, dos quais, dois técnicos de nível superior e um técnico de

nível médio, grupo este que foi desfeito e não foi mais reconstituído por falta de pessoal, o que provocou

uma descontinuidade da atividade em prejuízo às boas práticas de calibração.

O espaço para o laboratório já foi definido e está preparado para receber os instrumentos. Há

necessidade de treinamento de uma pequena equipe e, possivelmente, conhecimento de novas

tecnologias na calibração. Também será necessário que este serviço funcione de acordo com a norma

internacional NBR ISO17025:2017 para que o LNMRI/IRD continue assegurando a rastreabilidade dos

seus padrões de medição.

A inclusão de um bolsista nesta atividade certamente se constituirá como um fator facilitador e de

cumprimento desta meta.

Objetivo Geral

Recuperação da capacidade laboratorial de calibração de eletrômetros, por meio da padronização de

corrente elétrica de referência, capacitação da equipe e definição de procedimentos, visando garantir o

padrão nacional de medições de radiações ionizantes na área médica e de radioproteção.



Padronizar a grandeza corrente elétrica para calibração dos Eletrômetros, por meio de comparações

Interlaboratoriais


Calibrar inicialmente os Eletrômetros do IRD, visando atender o sistema da qualidade e validar a

efetividade do processo de calibração estabelecido.

Insumos

Custeio

Para alcançar os objetivos propostos por este projeto, faz-se necessária a disponibilização de recursos de

diária e passagem, conforme abaixo:



2 Diárias 0

151

Visita ao Laboratório de Correntes Elétricas do IEE/

USP

1 Passagem para SP

(Ida/Volta)

0

Treinamento no Laboratório de Correntes Elétricas

do IEE/ USP

5 Diárias 0

1 Passagem para SP

(Ida/Volta)

0

Comparação de medições de corrente elétrica com

o IEE/USP

5 Diárias 0

1 Passagem para SP

(Ida/Volta)

0

Comparação de Padrões Elétricos com o

PTB/Alemanha

6 Diárias 0

1 Passagem para

Alemanha (Ida/Volta)

0

Bolsas

Em decorrência da necessidade de manutenção das atuais atividades do laboratório de calibração,

considerando a redução do quadro permanente de pesquisadores e técnicos, e a complexidade técnico-

científico da implementação das atividades previstas neste projeto, para o alcance dos objetivos

propostos, faz-se necessária a disponibilização de 1 (uma) bolsa PCI, conforme detalhamento abaixo:

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Graduação em

Física ou

Engenharia com

5 anos de

experiência ou

Mestrado

Radiações

Ionizantes e/ou

Nuclear

1 e 2 D-D 60 1


Segue abaixo o planejamento das atividades a serem realizados dentro do escopo do presente projeto.

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

1 – Validação dos

padrões de

corrente elétrica

1 Sistema validado X X

152

2 – Participar de

comparação

interlaboratorial

com a USP/IEE ou

INMETRO

1 - Comparação

realizada com

resultado

consistente

- Artigos

publicado

X X

3 - Escrever

procedimento de

calibração de

eletrômetros

2 Procedimento de

calibração de

eletrômetros

elaborado

X

4 – Calibrar os

eletrômetros do

IRD

2 Eletrômetros

calibrados

X X

5 – Elaborar

procedimento

para registro a

longo prazo do

histórico de

medições das

fontes de

corrente elétrica

de referência

2 Procedimento de

registro

elaborado

X X

6 – Programar a

comparação

interlaboratorial

com

PTB/Alemanha ou

BIPM, para

obtenção da

rastreabilidade

metrológica

2 Programação

elaborada

X X


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 X X X X

153

Atividade 2 X X X

Atividade 3 X X

Atividade 4 X X X X

Atividade 5 X X X X


Produtos

Segue abaixo tabela contendo os produtos quantificáveis das atividades do projeto, entregues

imediatamente pela realização das atividades.

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Padrões de corrente

elétrica

1 Sistema de

padrões elétricos

implementado

1 1

Comparação

interlaboratorial com a

USP/IEE ou INMETRO

1 Relatório com os

resultados

comparação

1

Artigo publicado 3 Comprovante de

da publicação

1 1

Procedimento de

calibração de

eletrômetros

2 Procedimento

elaborado 1

Eletrômetros calibrados 2 Eletrômetros

calibrados 5 5

Procedimento para

registro a longo prazo

do histórico de

medições das fontes de

corrente de referência

2 Procedimento

elaborado 1

Programa de

intercomparação

laboratorial com

PTB/Alemanha

2 Programa

realizado 1

154


A tabela abaixo apresenta os resultados das mudanças esperadas no curto prazo, como resultado da

intervenção realizada.

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Implantação

do laboratório

de calibração

de

eletrômetros

1 e 2

Padrões de corrente

elétrica

Resultado da

Comparação

interlaboratorial

realizada com o IEE/USP

Número de eletrômetros

calibrados

Resultado da

Intercomparação

internacional realizada

com o Laboratório

Primário PTB/Alemanha

Artigos

publicados/Submetidos

à publicação

1 1

1

1

5

5

1

1


Segue abaixo a totalidade dos recursos solicitados ao o Subprograma de Capacitação Institucional.

155

Custeio Valor (R$)

Diárias 0

Passagens (3 viagens nacionais e 1 internacional

ao PTB/Alemanha)

0

Total (R$) 0

Bolsas:

PCI Categoria/

Nível

Mensalidade


PCI-D D 3.380,00 60 1 171.600,00

Total (R$) 171.600,00

156


TÍTULO DO PROJETO: Aplicação web para dosimetria interna individualizada de pacientes em medicina nuclear


Coordenador do projeto: Daniel Alexandre Baptista Bonifácio

Resumo

Em todo procedimento médico envolvendo radionuclídeos, especialmente, em terapias onde a atividade administrada é elevada, a dose de radiação em órgãos alvos e em órgãos sadios deve ser avaliada para não comprometer a eficácia do tratamento. O que se espera é que o tratamento atinja uma dose capaz de provocar a morte celular de todo ou grande parte do tecido tumoral, sendo que a dose depositada nos órgãos sadios seja a menor possível, assegurando que as doses nos órgãos sadios e de risco sejam mantidas abaixo do limite em que efeitos colaterais sejam minimizados. Portanto, é necessária a quantificação da dose para que seja possível balancear os riscos e benefícios do procedimento. Uma alternativa promissora para estimativas realistas de dose é o uso de métodos de Monte Carlo (MMC) em conjunto com imagens de pré-tratamento, incluindo simuladores computacionais antropomórficos voxelizados, baseados em imagens de tomografia computadorizada (CT), que oferecerem informações realísticas e detalhadas a respeito do corpo humano. Dentre os vários códigos de transporte de radiação que usam o MMC, o GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) é o primeiro a ser capaz de realizar, na mesma plataforma, simulações de terapias e aquisição de imagens. A dosimetria individualizada baseada em imagens ainda está longe de atingir a rotina de um serviço de medicina nuclear (SMN). O código GATE já foi citado como método de estimativa de dose interna, porém, ainda distante de uma aplicação direta e rotineira na medicina nuclear devido à sua complexidade. Assim, o presente projeto propõe o desenvolvimento de uma plataforma web que implemente o MMC com interface mais amigável e intuitiva para o usuário e sem a necessidade do domínio de linguagem de programação. O desenvolvimento de uma plataforma web para esses fins proporcionará uma significativa economia de recursos e tempo, além de uma disseminação do conhecimento adquirido no trabalho em larga escala. E, por se tratar de um projeto em desenvolvimento tecnológico, há também a possibilidade de registro de software. Introdução

A medicina nuclear (MN) é uma especialidade médica que utiliza a administração de radiofármacos para tratamento e diagnóstico de patologias. Em procedimentos de diagnóstico, o isótopo deverá ser um emissor majoritariamente γ ou β+ para que a detecção das emissões de radioisótopos seja considerável e possibilite a visualização da fisiologia humana. Quando o objetivo é a terapia, elementos com significativa emissão de partículas α, β ou elétrons Auger são os apropriados, pois a entrega da dose de radiação ficará restrita ao volume que capta o radiofármaco. Este método descreve o tratamento de tumores por irradiação próxima, do qual consiste o princípio da Radioterapia Molecular (RTM).

Embora seja crescente o consenso de que a informação precisa da dose absorvida em órgãos críticos poderia permitir o uso mais eficaz da RTM, a maioria dos tratamentos que utiliza 177Lu-DOTATATE, por exemplo, ainda segue a prática histórica de administrar uma atividade fixa de radiofármaco. Neste caso, a atividade fixa de 7,4 GBq de radiofármaco por ciclo é administrada para qualquer paciente, sem levar em conta peso, sexo ou idade. No caso do tratamento de cânceres metastáticos de tireoide, o problema é ainda mais grave. A dose de radiação entregue utilizando-se atividades padrão de iodo-131 (131I) pode variar entre 1,2 e 540 Gy (SGOUROS et al., 2004). Uma variação desta magnitude representa uma total ineficácia do tratamento por um lado e uma superdosagem do outro. A dosimetria em RTM apresenta

157

dificuldades adicionais, quando comparada à realizada em tratamentos com feixes externos, onde a dose é uniforme e localizada. Em tratamentos com radiofármacos, a dose entregue a algum tecido depende do nível de expressão do receptor ao fármaco e da biocinética do mesmo. Isto quer dizer que outros tecidos que também expressam o receptor captam o radiofármaco, o que influencia na dose entregue no tecido tumoral e, logicamente, na dose entregue a tecidos sadios.

Além disso, sabe-se que por conta da grande variação da biocinética entre pacientes, a captação, retenção e entrega de dose (inclusive em tecidos sadios) podem variar em uma ordem de magnitude (BODEI et al., 2004). Uma vez que a atividade administrada é baseada em uma atividade que é segura para toda uma população, uma parte significativa de pacientes são “subdosados”, o que significa um tratamento menos eficaz. No mais, ainda fere os princípios da radioproteção da justificação e otimização.

Esta situação só continua a ser tolerada porque medidas de dose absorvida não são rotineiramente realizadas e, portanto, a frequência desses casos é simplesmente desconhecida (STRIGARI et al., 2014). A imprevisibilidade da dose absorvida em um órgão de risco sugere uma imprevisibilidade correspondente no desfecho do tratamento para o paciente.

Isto corrobora com estudos recentes que sugerem que um planejamento individual do tratamento baseado na dosimetria é uma vantagem na otimização da RTM (SVENSSON et al., 2015; SVENSSON et al., 2016; SANDSTROM et al., 2012). A dosimetria personalizada é um objetivo a ser alcançado na otimização da RTM para que o sucesso do tratamento - otimizar a atividade administrada, enquanto ainda se evita a toxicidade excessiva - se torne possível (LONSDALE et al., 2013; STABIN; SPARKS; CROWE, 2005).

Uma alternativa promissora para estimativas realistas de dose é o uso de métodos de Monte Carlo (MMC) em conjunto com imagens de pré-tratamento, incluindo simuladores computacionais antropomórficos voxelizados, baseados em imagens de tomografia computadorizada (CT), que oferecerem informações realísticas e detalhadas a respeito do corpo humano (SCHLATTL et al., 2010). Em 2007, a International Commission on Radiological Protection (ICRP), no intuito de aprimorar a dosimetria, adotou tais simuladores como referência (SCHLATTL et al., 2010) e, portanto, a associação de tais simuladores e do método de Monte Carlo já pode ser considerado o método mais apropriado para a dosimetria paciente específico (SGOUROS et al., 2010). Dentre os vários códigos de transporte de radiação que usam o MMC, o GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) é o primeiro a ser capaz de realizar, na mesma plataforma, simulações de terapias e aquisição de imagens.

A dosimetria individualizada baseada em imagens ainda está longe de atingir a rotina de um serviço de medicina nuclear (SMN) (DANIELS et al., 2013) e, em alguns casos clínicos, o benefício desta pode ser mínimo quando comparado à complexidade do procedimento terápico. O código GATE já foi citado (SARRUT et al., 2014) como método de estimativa de dose interna, porém ainda distante de uma aplicação direta e rotineira na medicina nuclear devido à sua complexidade, necessidade de um físico qualificado com conhecimento de programação e, ainda, instalação computacional apropriada. Por outro lado, é possível o desenvolvimento de um sistema que implemente o MMC com interface mais amigável e intuitiva para o usuário e sem a necessidade do domínio de linguagem de programação. Para tanto, tal programa, se disponibilizado para uso via web, terá a oportunidade de alcançar um número maior de usuários da técnica.

A disponibilidade de uma aplicação web para essa tarefa melhora significativamente a qualidade no serviço e na pesquisa em medicina nuclear. Além disso, permite o seu uso sem a necessidade de conhecimento prévio de linguagem de programação e códigos de transporte de radiação. Este serviço poderá ser implementado e fornecido por meio de um servidor próprio, tornando-se mais uma utilidade pública disponível para os usuários. Todo o processamento deverá ser feito através deste servidor. Como tal serviço ainda não existe, a originalidade do projeto agrega a sua importância na área. O desenvolvimento de uma aplicação web proporciona também tem seu cunho educacional, como, por exemplo, na popularização da ciência. Por fim, por se tratar de um código de uso global, o estudo e a

158

utilização dos códigos GATE/Geant4 possibilitam oportunidades de contribuição ao desenvolvimento de seu código e o fortalecimento da colaboração internacional.

Nosso grupo de pesquisa está concluindo a primeira versão da aplicação web de dosimetria, tendo como caso de uso o tratamento com lutécio-177. Agora, pretende-se aprimorar a aplicação com a extrapolação do uso para outros radionuclídeos.

Objetivo Geral

O objetivo deste trabalho é aprimorar um sistema de avaliação de dose em MN, acessado via web, ampliando e validando seu uso para outros radiofármacos, como iodo-131 e samário-153. O código de Monte Carlo GATE/Geant4 será usado para simular e validar os procedimentos em MN. Os dados simulados serão usados para calcular a dose absorvida no tumor e em órgãos críticos. O desenvolvimento de uma plataforma web para esses fins proporcionará uma significativa economia de recursos e tempo, além de uma disseminação do conhecimento adquirido no trabalho em larga escala. E, por se tratar de um projeto em desenvolvimento tecnológico, há também a possibilidade de registro de software. Objetivos Específicos

Objetivo Específico 1: Desenvolver a metodologia de cálculo de dose de tratamentos com iodo-131 e samário-153, por meio da modelagem de uma aquisição em SPECT, avaliando parâmetros como estimativa de eventos espalhados e sensibilidade do sistema de aquisição. Objetivo Específico 2: Implementar a funcionalidade da aplicação web para cálculos dosimétrico com o iodo-131 e samário-153. Objetivo Específico 3: Validar a metodologia de cálculo de dose de tratamentos com iodo-131 e samário-153 Objetivo Específico 4: Disponibilizar a aplicação web de dosimetria, incluindo a geração de mapas de dose obtidos com dados do paciente. Insumos

Custeio

As habilidades e competências exigidas para a realização deste projeto dependem especialmente do domínio das ferramentas a serem utilizadas e, portanto o custeio se limita ao especialista encarregado na seção 1.4.2.

b) Possibilitar a participação de consultores ou instrutores especializados, brasileiros ou estrangeiros, como forma de complementação da competência das equipes.



---- ---- 0,00

Bolsas

159

A execução deste projeto contará com um mestre/doutor em Física Médica ou áreas correlatas que será responsável pelo andamento do trabalho.

Formação Acadêmica / Titulação

Área de Experiência

Objetivo Específico

PCI categoria/nível

Meses quantidade

Mestrado/Doutorado Física Médica 1,2 e 3 DC 36 1


Atividade 1: Desenvolvimento de metodologia de cálculo de dose de tratamentos com iodo-131 Atividade 2: Desenvolvimento de metodologia de cálculo de dose de tratamentos com samário-153 Atividade 3: Implementação da funcionalidade da aplicação web para cálculos dosimétrico com o iodo-131. Atividade 4: Implementação da funcionalidade da aplicação web para cálculos dosimétrico com o samário-153. Atividade 5: Validação de metodologia de cálculo de dose de tratamentos com iodo-131 Atividade 6: Validação de metodologia de cálculo de dose de tratamentos com samário-153 Atividade 7: Disponibilização da aplicação web de dosimetria, incluindo a geração de mapas de dose obtidos com dados do paciente. Indicador 1: Metodologia e aplicação web de cálculo de dose para iodo-131 desenvolvida. Indicador 2: Metodologia e aplicação web de cálculo de dose para iodo-131 validada. Indicador 3: Metodologia e aplicação web de cálculo de dose para samário-153 desenvolvida. Indicador 4: Metodologia e aplicação web de cálculo de dose para samário-153 validada. Indicador 5: Aplicação web disponibilizada.

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Atividade 1 1 indicador 1 x






Atividade 7 4 Indicador 5 x


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 x x

Atividade 2 x x

Atividade 3 x x x

Atividade 4 x x x

Atividade 5 x x x

Atividade 6 x

Produtos

Produto 1: Aplicação web para dosimetria com iodo-131. Produto 2: Aplicação web para dosimetria com samário-153. Indicador 1: Aplicação web para dosimetria com iodo-131 desenvolvida, validada e disponibilizada. Indicador 2: Aplicação web para dosimetria com samário-153 desenvolvida e validada e disponibilizada.

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Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Produto 1 1, 2, 3 e 4 Indicador 1 x

Produto 2 1, 2, 3 e 4 Indicador 2 x


Resultado 1: Realização da dosimetria em tratamentos com iodo-131 via aplicação web. Resultado 2: Realização da dosimetria em tratamentos com samário-153 via aplicação web. Indicador 1: Dosimetria com iodo-131 realizada. Indicador 2: Dosimetria com samário-153 realizada.

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Resultado 1 1, 2, 3 e 4 Indicador 1 x

Resultado 2 1, 2, 3 e 4 Indicador 2 x


Apresentar a totalidade de recursos solicitados para o Subprograma de Capacitação Institucional. Custeio: Recursos de custeio destinados exclusivamente a diárias e passagens com o objetivo de:

a) Apoiar a participação de integrantes da equipe do projeto em estágios, cursos ou visitas no País, para aquisição de conhecimentos específicos e necessários ao desenvolvimento do projeto;


Custeio Valor (R$)

Diárias 0,00

Passagens 0,00

Total (R$) 0,00

Bolsas:

PCI Categoria/

Nível Mensalidade


PCI-D C 3.380,00 36 1 121.680,00

Total (R$) 121.680,00


BODEI, L. et al. Receptor radionuclide therapy with 90y-[dota] 0-tyr3-octreotide (90y-dotatoc) in neuroendocrine tumours. European journal of nuclear medicine and molecular imaging, v. 31, p. 1038–46, 08 2004. 32

Daniels S. Lewis G. Edwards P. Fanti S. Marcatili S., Pettinato C. and E. Spezi. Development and validation of raydose: a geant4-based application for molecular radiotherapy. Physics in Medicine and Biology, 58, 2013.

LONSDALE, M. N. et al. Efomp and eanm: joint recommendations for a curriculum for the education and training of physicists in nuclear medicine. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, n. 20, p. 645 – 648, 2013. 32

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SANDSTROM, M. et al. Individualized dosimetry of kidney and bone marrow in patients undergoing lu-177-dota-octreotate treatment. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine, v. 54, 12 2012. 32, 75

Sarrut D, Bardiès M, Boussion N, Freud N, Jan S, Létang JM, Loudos G, Maigne L, Marcatili S, Mauxion T, Papadimitroulas P, Perrot Y, Pietrzyk U, Robert C, Schaart D, Visvikis D, Buvat I. A review of the use and potential of the GATE Monte Carlo code for radiation therapy and dosimetry applications. Med. Phys. 41(6) : 064301, 2014

Schlattl H. Franck D. Blanchadorn E. Zankl M. Hadid L., Desbrée A. Application of the ICRP/ICRU reference computational phantoms to internal dosimetry: calculation of specific absorbed fractions of energy for photons and alectrons. Physics in Medicine and Biology, 55:3631-3641, 2010.

SGOUROS, G. et al. Patient-specific dosimetry for 131i thyroid cancer therapy using 124i pet and 3-dimensional-internal dosimetry (3d-id) software. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine, v. 45, p. 1366–72, 09 2004. 32

Sgouros G Brill A. B. Roberson P Zanzonico P. B. Ljungberg M. Dewaraja Y. K., Frey E. C. Mird pamphlet no. 23: Quantitative spect for patient-specific 3-dimensional dosimetry in internal radionuclide therapy. Journal Nuclear Medicine, 55:3631-3641, 2010.

STABIN, M. G.; SPARKS, R. B.; CROWE, E. OLINDA/EXM: The second-generation personal computer software for internal dose assessment in nuclear medicine. Journal of Nuclear Medicine, v. 46, n. 6, p. 1023–1027, 2005. 32, 50, 51

STRIGARI, L. et al. The evidence base for the use of internal dosimetry in the clinical practice of molecular radiotherapy. European journal of nuclear medicine and molecular imaging, v. 41, 06 2014. 32

SVENSSON, J. et al. Renal function affects absorbed dose to the kidneys and haematological toxicity during 177lu-dotatate treatment. European journal of nuclear medicine and molecular imaging, v. 42, 02 2015. 31, 32, 75

SVENSSON, J. et al. Radiation exposure of the spleen during 177lu-dotatate treatment and its correlation with haematological toxicity and spleen volume. EJNMMI Physics, v. 3, 12 2016. 31, 32, 75

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LABORATÓRIO DE POÇOS DE CALDAS – LAPOC

TÍTULO DO PROJETO: Estratégias de Avaliação de Efluentes Radioativos da Unidade de Tratamento de Minério das Indústrias Nucleares do Brasil e de Bacias de Drenagem sob sua influência, com ênfase em bioensaios de especiação de urânio e toxicidade, bem como caracterização físico-química: aplicações de recomendações internacionais em proteção radiológica ambiental



Introdução

As atividades de mineração têm contribuído significativamente para o crescimento e desenvolvimento de vários países incluindo o Brasil, uma vez que a importância deste setor para economia brasileira é significante, com destaque para a produção de minério de ferro, nióbio, manganês, alumínio (bauxita) entre outros (IBRAM, 2008). Ainda que no Brasil a produção de minério de urânio não seja significativa em termos de volume é importante salientar que, a mesma é parte integrante do ciclo do combustível nuclear sendo, portanto, considerada estratégica para o país. Cabe destacar, que o Brasil pertence ao grupo restrito de países que dominam a tecnologia nuclear referente ao ciclo do combustível, desde a extração do minério até a produção núcleo elétrica.

Entretanto, o processo de expansão e continuação das atividades de mineração de urânio no Brasil e no mundo, depende do incentivo e do compromisso das grandes empresas mineradoras, o que diz respeito à preservação e recuperação do ambiente explorado, em atendimento as exigências legais de órgãos de controle, tais como: o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA), a Agência Nacional das Águas (ANA) e órgãos estaduais e municipais pertinentes, bem como a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) responsável por controlar e gerenciar as instalações nucleares.

Nesse contexto, na região do Planalto de Poços de Caldas (Minas Gerais) está localizada a primeira mina de extração e produção de concentrado de urânio a ter sua jazida explorada no Brasil, ou seja, a Unidade de Tratamento de Minérios/Indútrias Nucleares do Brasil (UTM/INB), a qual teve suas atividades de exploração mineral iniciadas em 1982, com produção total de 1.030t U até 1995 (CIPRIANI, 2002).

Na UTM/INB, rejeitos de minério de baixo teor de urânio nas pilhas de rejeitos de mineração (“bota foras”) associados ao sulfeto de ferro pirita (FeS2) em presença de água e oxigênio propiciam condições adequadas para a ocorrência da DAM, levando a formação de efluentes ácidos radioativos. Em áreas de mineração de urânio a ocorrência da DAM é muito comum, uma vez que a maior parte do U está associada à pirita, que em condições ambientais favoráveis (principalmente exposição à água e ar), formam H2SO4 e FeSO4 e então Fe(OH)3, este último, sendo um dos responsáveis pela coloração avermelhada ou laranja, que indicam que DAM está ocorrendo (MKANDAWIRE, 2013).

Os efluentes radioativos produzidos continuamente na UTM/INB apresentam concentrações relevantes das seguintes espécies químicas: fluoreto, sulfato, manganês, zinco, urânio, alumínio e outros contaminantes (NASCIMENTO; FUKUMA; HORTELLANI, 1998), constituindo uma mistura complexa de metais estáveis e radioativos. O processo de tratamento químico dos efluentes in natura da UTM/INB são realizados com hidróxido de cálcio, óxido de cálcio e cloreto de bário para elevação do pH, propiciando condições para precipitação dos metais estáveis e radioativos (NÓBREGA; LIMA; LEITE, 2008). Após o tratamento químico os metais estáveis e radioativos são precipitados em bacias de decantação, para posterior lançamento do sobrenadante em um corpo aquático da região, a exemplo da represa das Antas.

Atualmente, a UTM/INB encontra-se em fase de fechamento e o Brasil ainda não dispõe de tecnologia nem experiência sistematizada na remediação e descomissionamento de minas e usinas de urânio. No

163

entanto, seus órgãos reguladores, nuclear e ambiental, têm a responsabilidade legal de realizar a análise de segurança, a fim de determinar as consequências para o ser humano e meio ambiente, a curto e longo prazo.

Atividade de mineração de urânio tem potencial de liberar radionuclídeos, além de outros metais estáveis em corpos aquáticos situados próximos a essas áreas, ocasionando modificações nas características químicas e biológicas do ambiente (ANTUNES et al., 2007b). De acordo com Elbaz-Poulichet et al. (1999) atividades de mineração de urânio, bem como os processos associados a essas atividades podem levar ao enriquecimento de metais e urânio em águas e rios a jusante desses sites, devido principalmente à disposição inapropriadas (exemplo, descargas de efluentes radioativos em corpos aquáticos). Em minas de urânio a DAM frequentemente ocorre, devido a presença de sulfeto metálicos, geralmente a pirita (FeS2), associados a matriz rochosa, que em condições ambientais favoráveis promovem a ocorrência da AMD, a qual está relacionada com a produção de elevada quantidade de efluentes radioativos. Vale destacar, que os radionuclídeos podem entrar na biota presente nos sistemas de água doce e salgada através da absorção da água, do sedimento e do alimento. Os radionuclídeos tendem a se acumular no fundo dos sedimentos, mas podem adentrar nos detritos orgânicos dos reservatórios, após a morte de plantas e animais, os quais podem sequestrar os radionuclídeos em seus tecidos, quando ainda vivos. Assim, a ressuspensão ou solubilização nos detritos permite que os radionuclídeos sejam remobilizados para outras áreas dentro do sistema, ou ainda entrem nas cadeias alimentares (COONEY, 1995). No que diz respeito à toxicidade de metais, incluindo o metal radioativo urânio, cabe ressaltar que a mesma pode variar de acordo com a espécie aquática utilizada, devido às características intrínsecas de cada e/ou aos genótipos diferentes da mesma espécie (BAIRD et al., 1991), bem como com as condições ambientais relacionadas à qualidade da água (exemplo: dureza, pH, alcalinidade, matéria orgânica dissolvida), que tendem a afetar grandemente a especiação química e assim, a biodisponibilidade dos metais no ambiente em questão.

Diferentes organizações internacionais têm reconhecido a necessidade de garantir que o homem, assim como o ambiente em diferentes níveis de organização estejam adequadamente protegidos dos efeitos das substâncias radioativas em ambientes sob influência e lançamentos controlados e/ou previstos de efluentes radioativos em instalações nucleares (ICRP-91, 2003; IAEA, 2006; ICRP-108, 2008; OECD-NEA, 2007). A “International Commission on Radiological Protection (ICRP)”, publicou em 2003, documento abordando a importância do meio ambiente, frente aos impactos da radiação ionizante. Assim, com o objetivo de atender aos interesses da proteção radiológica de espécies não humanas, estudos visando determinar às taxas de doses e/ou concentrações de radionuclídeos seguras para a manutenção da biota são necessários (ICRP-108, 2008). Recentemente, documento publicado pela AIEA, o BSS GSR Part 3 (2014), aborda que a proteção do ambiente contra as radiações ionizantes deve incluir espécies não humanas, bens e serviços ambientais. Dentro desse enfoque, essa atual abordagem voltada para a proteção dos efeitos nocivos das radiações ionizantes no meio ambiente, encontra respaldo na aplicação da Ecotoxicologia, ciência que estuda efeitos dos diferentes agentes tóxicos, sobre os organismos presente nos ecossistemas.

Nesse contexto, estudos em sistemas aquáticos situados em regiões de mineração de urânio na Austrália (RIPON; RILEY, 1996), em Portugal (ANTUNES; PEREIRA; GONÇALVES, 2007a), no Canadá (PYLE; SWANSON; LEHMKUHL, 2001; 2002; ROBERTSON; LIBER, 2007) e na República Tcheca (HUDCOVÁ; BADUROVA; ROZKOSNY, 2013) evidenciam que os resultados das análises ecotoxicológicas complementam os dados físicos, químicos e radiológicos, contribuindo para uma melhor avaliação e previsão dos riscos causados pelo lançamento de rejeitos de mineração de urânio no ambiente. De acordo com Sheppard et al. (2005), a avaliação do risco do impacto causado pela maioria dos radionuclídeos é baseada na taxa de dose total recebida pelo organismo de interesse. Ainda, de acordo com esses autores, para urânio o risco proveniente da toxicidade química é mais relevante, quando comparado ao risco decorrente da toxicidade radiológica. Assim, o metal radioativo urânio é considerado como sendo uma das maiores preocupações em corpos aquáticos sob influência de minas de urânio, uma vez que é considerado potencialmente tóxico para biota de água doce (ANTUNES et al., 2007). De acordo com a

164

literatura, estudos têm relacionado os efeitos tóxicos e agudos desse metal para invertebrados de água doce como: o cnidário Hydra viridissima (RIETHMULLER et al., 2001), a alga Chorella vulgaris (FRANKLIN et al., 2000; CHARLES et al., 2002), a macrófita Ceratophyllum demersum (MARKICH, 2013), o verme Tubifex tubifex (LAGAUZÉRE; TERRAIL; BONZOM, 2009), o mosquito Chironomus tetans (MUSCATELLO; LIBER, 2009) e o cladócero Daphnia magna (POSTON; HANF; SIMMONS, 1984; ZEMAN et al., 2008; MASSARIN et al., 2010).

No Brasil, estudos desenvolvidos na represa das Antas (localizada na Sub-Bacia Hidrográfica do Ribeirão das Antas), sob influência da mina de urânio (UTM/INB), Ronqui et al. (2010) relacionaram a baixa densidade de organismos planctônicos nessa represa ao lançamento de efluentes tratados provenientes da UTM/INB (RONQUI et al., 2010), demonstrando o efeito do efluente radioativo sob a biota.

Ainda, estudos realizados também na represa das Antas e sua bacia de drenagem pelo grupo liderado pelo Setor de Radioecologia do LAPOC: Azevedo et al. (2010), Ferrari et al. (2010) e Rodgher et al. (2013) detectaram concentrações de espécies químicas (urânio, manganês, fluoreto, zinco e alumínio) acima dos limites estabelecidos pelas legislação vigente. Cabe ressaltar, que os valores de U determinados em amostras de água provenientes da Sub-Bacia Hidrográfica do Ribeirão das Antas nos estudos acima citados, estiveram acima do limite considerado seguro (concentração sem efeito tóxico igual a 0,005 mg L-1 U) para invertebrados de água doce, proposto em uma revisão por Sheppard et al. (2005).

Recentemente, artigo publicado na “Nature/Scientific Reports” (Ferrari et al, 2017) pelo mesmo grupo do LAPOC, registrou pela primeira vez na literatura que espécie bioindicadora nativa do Brasil apresentou sensibilidade cerca de 10 vezes maior aos efeitos tóxicos de efluentes radioativos da UTM/INB, quando comparado aos resultados obtidos com espécie exótica. Resultados deste mesmo estudo também mostraram que elevados valores de dureza da água na bacia de drenagem que recebe efluentes radioativos tratados da UTM/INB puderam propiciar proteção a espécies bioindicadoras. Assim, estudos complementares para ampliar informações dosimétricas associadas e tais espécies são necessários, bem como estudo dos efeitos da especiação do urânio na toxicidade de efluentes radioativos em regiões tropicais.

Atividades regulatórias e de inspeção da DRS/LAPOC têm apontado na área da bacia de drenagem de pilhas de rejeitos de mineração, pontos críticos de controle na UTM/INB a serem monitorados, com ênfase em aspectos de remediação das áreas degradas e proteção radiológica ambiental. Tais pontos críticos incluem questões relacionadas ao controle do lançamento de efluentes radioativos tratados carreando mistura de metais estáveis e radioativos em suspensão, a extensão de seus efeitos, principalmente em pontos de interface da UTM/INB com o meio ambiente.

Objetivo Geral

O projeto propõe o desenvolvimento de metodologias e estratégias de monitoramento com ênfase em bioensaios de especiação de urânio e toxicidade, bem como caracterização físico-química aplicadas a efluentes radioativos da UTM/INB: serão aplicadas recomendações internacionais em proteção radiológica ambiental.

As informações contribuirão para compor banco de dados no âmbito nacional em estudos direcionados a avaliação do impacto radiológico e ambiental em instalações nucleares. A partir desse trabalho, espera-se adquirir conhecimento importante que poderá fornecer suporte futuro a ações regulatórias da Diretoria de Radioproteção e Segurança Nuclear da Comissão Nacional de Energia Nuclear.


165

Objetivo Específico 1

Radiobioensaios sobre a especiação e toxicidade do urânio e outros metais de interesse em efluentes radioativos da UTM/INB


Monitoramento da qualidade biológica e química de água e efluentes do LAPOC para atender ao Plano

de Monitoração Ambiental do LAPOC, de acordo com processo de licenciamento ambiental do LAPOC

apresentado ao IBAMA.


Monitoramento do Sistema de tratamento de efluente de mineração de urânio (UTM/INB) a partir de caracterização química e bioensaios de toxicidade com biota nativa e exótica


Monitoramento da contribuição potencial de sólidos suspensos totais aplicando-se radiobioensaios de

toxicidade e caracterização física e química de efluentes radioativos de mineração de urânio, procedentes

da Unidade de Tratamento de Minérios – Poços de Caldas-MG.

Insumos

Custeio


a) Apoiar a participação de integrantes da equipe do projeto em estágios, cursos ou visitas nacionais e

internacionais, para aquisição de conhecimentos específicos e necessários ao desenvolvimento do

projeto;





Viagem internacional de pesquisador visitante 2 passagens

0

Treinamento de pesquisador da instituição 15 diárias e 1 passagem 0

Bolsas

166




Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Profissional com,

no mínimo,

diploma de nível

superior e com

experiência em

projetos

científicos,

tecnológicos ou

de inovação.

Engenharias,

química,

ciências

biológicas, área

nuclear e

correlatas

1, 2, 3 e 4 D-D 60 1



Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Compilação e

avaliação de trabalhos

publicados.

1, 2, 3 e 4 Quantidade de

trabalhos/publicações

avaliados.

x

x

Desenvolvimento de

protocolos científicos

apropriados à

monitoração

ambiental.


protocolos avaliados

de outros países como

subsídio ao protocolo

Nacional

x

x

167

Desenvolvimento de


apropriados à

bioensaios de

especiação de urânio,

caracterização físico -

química,

radioebioensaios de

toxicidade, controle de

qualidade biológica da

água e efluentes do

LAPOC


protocolos

desenvolvidos

descritos em

formulário

padronizado no

ambiente do sistema

de qualidade do

LAPOC

x

x

x

Monitoração

ambiental nas áreas de

interesse da UTM/INB

e do LAPOC

1, 2, 3 e 4 Número de

amostragens

ambientais realizadas

no período

x x

x

Elaboração de

Relatórios finais

consubstanciados,

publicação de artigos e

outros documentos

científicos

1, 2, 3 e 4 Número de relatórios,

número de artigos e

outros documentos

científicos gerados

x

x

x


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Compilação e avaliação de

trabalhos publicados.

X X X X

168

Desenvolvimento de


apropriados à bioensaios de

especiação de urânio,

caracterização físico -química,

radioebioensaios de

toxicidade, controle de

qualidade biológica da água e

efluentes do LAPOC

X X X X

Monitoração ambiental nas

áreas de interesse da

UTM/INB e do LAPOC

X X X X X X X

Elaboração de Relatórios

finais consubstanciados,

publicação de artigos e

outros documentos

científicos

X X X X X X

Produtos



Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Revisão

bibliográfica do

estado da arte

1, 2, 3 e 4 Relatório

x

x

Protocolos

científicos

desenvolvidos

descritos em

formulário

padronizado no

ambiente do

sistema de

qualidade do

LAPOC

1, 2, 3 e 4 Procedimento

Normativo em que

constem

abordagens de

amostragem,

instrumentação,

bioensaios e

métodos de

avaliação de

dados

x

x

169

Plano de

amostragem para

monitoração

ambiental na

UTM/INB e LAPOC

1, 2, 3 e 4 Documento de

plano de

amostragem

x

Banco de dados

implementado

1, 2, 3 e 4 Banco de dados

(planilha Excel ou

outro software)

com os resultados

dos

radiobioensaios e

analíticos gerados

x x

Relatórios finais

consubstanciados,

publicação de

artigos e outros

documentos

científicos

1, 2, 3 e 4 Relatórios, artigos

científicos, laudos

de análises e

outros

documentos

gerados




Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

170

Acrescentar

informações

científicas

acerca da

proteção

radiológica

ambiental

incluindo

espécies não

humanas,

recomendações:

ICRP 91(2003),

ICRP 103 (2007),

ICRP 108 (2008)

e do documento

IAEA BSS GSR

Part 3 (2014)

1, 3 e 4 Relatório

compilando as

informações

relevantes

obtidas.

Publicações e

documentos

científicos

gerados.

Treinamento

de pessoal

técnico e

gerenciamento

do

conhecimento.

x x x

Atendimento

aos requisitos

de monitoração

biológica e

química de água

e efluente do

LAPOC, de

acordo com

plano de

monitoração

ambiental

apresentado ao

IBAMA

2 Relatório

compilando as

informações

relevantes

obtidas,

emissão de

relatórios de

análise em

ambiente do

sistema de

qualidade do

LAPOC.

x x x x


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174


TÍTULO DO PROJETO: Fusão Nuclear com Confinamento Eletrostático Inercial Assistido por Campo Magnético



1.2 – Introdução:

Fusão nuclear com Confinamento Eletrostático Inercial, ou em inglês, Inertial Electrostatic Confinement Fusion (IECF), consiste de uma forma tecnologicamente simples e econômica de gerar fusão nuclear em pequenos equipamentos. Sistemas IECF confinam um plasma em um fosso potencial gerado por campos elétricos. O campo elétrico é gerado por eletrodos, que podem ser na forma de grades ou virtuais, tipicamente em geometria esférica ou cilíndrica. Vários esquemas foram implementados (Farnsworth, 1966; Hirsh e Meeks, 1970; Bussard, 1991; Krall, 1992; Barnes et al., 1993; Nebel e Barnes, 1998; Shrestha et al., 2005; McGuire e Sedwick, 2005; Klein, 2011; Knapp, 2015), sendo que o tipo mais comum utiliza eletrodos concêntricos na forma de grades esféricas, como mostrado na Figura 1. Nesse dispositivo, o campo elétrico acelera íons em direção ao centro, onde ocorrem as reações de fusão.

Figura 1. Diagrama esquemático de um dispositivo IECF de grades com geometria esférica, onde o

eletrodo interno é o catodo.

A simplicidade tecnológica dos sistemas IECF consistiu na base de seu sucesso inicial. Na década de 1960,

sistemas IECF foram capazes de gerar em regime permanente cerca de 2x109 nêutrons/s (Elmore et al.,

1959; Farnsworth, 1966; e Hirsh, 1967).

Uma das grandes vantagens dos dispositivos IECF é que não é necessária uma instalação industrial

sofisticada para construir um desses dispositivos. Atualmente esses dispositivos são utilizados como fonte

Potencial elétrico

negativo câmera de vácuo

esférica

grade esférica do

catodo

íons carcaça externa -

anodo aterrado

175

de nêutrons (Sved, 1997); Ohnishi et al., 2001; Takamatsu et al., 2005). Contudo, existem diversas

aplicações comercias que poderiam ser desenvolvidas em curto prazo para um dispositivo IECF, tais

como, produção de radioisótopos, radioterapia, análise por ativação de nêutrons etc (Kulcinski et al.,

2003).

Em um dispositivo IECF, os íons são acelerados pelos eletrodos em vários keV de forma que o

aquecimento do plasma não é necessário. As reações de fusão ocorrem entre íons e átomos neutros do

gás que preenche o dispositivo, e entre íons e íons. Enquanto 45 mega-kelvin é uma temperatura muito

elevada, a tensão elétrica correspondente é somente 4 kV.

Existem diversas reações de fusão que liberam energia e podem ser utilizadas para gerar energia. Nos

reatores de fusão que usam confinamento do plasma por campo magnético somente a reação deutério-

trítio é considerada em razão da limitação existente na intensidade dos campos magnéticos. Nos

dispositivos IECF diversas reações de fusão são possíveis de ocorrer, pois se pode operar praticamente

com qualquer temperatura de plasma, bastando para isso ajustar a tensão nos eletrodos. Essa é outra

grande vantagem dos dispositivos IECF em relação aos reatores que usam confinamento magnético. As

reações de fusão nuclear que são utilizadas atualmente nos dispositivos IECF são: deutério-deutério,

deutério-trítio e deutério-3He (Subamanian, 2004).

As principais limitações dos dispositivos IECF são: (1) perda de íons; (2) perda de elétrons; e (3) acúmulo

de carga positiva no campo elétrico com a conseqüente perda do fosso de potencial elétrico. Diversos

dispositivos IECF, conforme descrito na Seção 1.3, foram propostos na tentativa de eliminar essas

176

limitações, porém, nenhuma dessas propostas teve sucesso em resolver todas essas limitações

simultaneamente.

O objetivo deste projeto é iniciar um estudo cuja meta final é desenvolver um dispositivo de

confinamento eletrostático capaz de manter reações de fusão nuclear de forma controlada e sustentável.

1.3 Objetivo Geral

O objetivo geral do projeto é desenvolver e construir um dispositivo para fusão nuclear que combina

confinamento eletrostático com confinamento magnético, objetivo esse que se enquadra nos objetivos

gerais da Instituição de Desenvolvimento da Energia Nuclear.

Objetivo Específico 1: Desenvolver um modelo de simulação do processo de fusão assistida pela

combinação de campo eletrostático e magnético.

Objetivo Específico 2: Desenvolver e instalar um protótipo do dispositivo de fusão nuclear.

Objetivo Específico 3: Desenvolver a capacitação técnica na pesquisa da fusão nuclear.

1.4 – Insumos

1.4.1 – Custeio

Não estão previstas despesas com diárias e passagens.

1.4.2 – Bolsas

Necessário um bolsista com doutorado para cálculo da blindagem por MCNP do dispositivo

experimental.

Formação

Acadêmica /

Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Doutorado Engenharia

Nuclear 1/2 D-C 24 1

1.5 - Atividades de Execução

177

Descrever as atividades que levarão ao cumprimento dos objetivos específicos do projeto.

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Modelo Simulação 1 Software X

Desenvolvimento

Protótipo

2

Protótipo X X

Capacitação

Técnica

3 Relatório

Técnico

X X

1.6 – Cronograma de Atividades

Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Modelo Simulação X X

Desenvolvimento Protótipo X X X X

Capacitação X X X X

1.7 Produtos

178



Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Software 1 Indicador 1 X

Protótipo

experimental

2 Indicador 2 X

Artigos

Científicos

1/2 Indicador 3 X X X

Relatórios 3 Indicador 3 X X

1.8 – Resultados Esperados

Os resultados são mudanças observadas no curto prazo sobre indivíduos, grupos ou instituições, como resultado da intervenção realizada [1].

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Capacitação técnica na área de fusão nuclear

3 Indicador 1 X X

Comprovação científica do novo dispositivo

1/2 Indicador 2 X X

... Referências Bibliográficas

[1] Avaliação de Políticas Públicas: Guia Prático de Análise Ex Ante, volume 1, IPEA, 2018.

179

DIRETORIA DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO - DPD

TÍTULO DO PROJETO: Ampliação das aplicações da energia nuclear na indústria, agricultura, meio ambiente e saúde: Estudo do portfólio da CNEN para desenvolvimento de mecanismos de tecnologia ao setor produtivo nacional.



1.2 – Introdução

Ciência, Tecnologia e Inovação (C,T&I) são temas prioritários para o desenvolvimento socioeconômico

de um país, sendo de grande mérito e relevância na geração de benefícios para a sociedade no longo

prazo. A experiência histórica de diversos países, em especial os desenvolvidos, demonstra claramente

que a geração de riqueza, emprego, renda e oportunidades, a diversificação produtiva e o aumento do

valor agregado de bens e serviços produzidos, dependem diretamente do fortalecimento das suas

capacidades de P&D e inovação.

Apesar de o Brasil possuir boas competências tecnológicas em alguns setores, o País ainda não alcançou

os níveis desejados de desenvolvimento. De um lado, as Instituições Científicas e Tecnológicas (ICT), que

concentram a capacidade instalada nacional de pesquisa científica e tecnológica, são pouco efetivas em

direcionar resultados de C&T para prover bens, serviços e know-how ao setor produtivo e,

consequentemente, à sociedade. Mais particularmente, as ICT públicas, inclusive as que atuam na área

nuclear, são fortemente financiadas com recursos públicos e, portanto, movimentam-se muito pouco à

frente das necessidades do mercado – familiarizam-se com as novas oportunidades tecnológicas por

meio de projetos de pesquisa, porém assumem o risco constante da mudança tecnológica não

acompanhar a realidade do mercado. Por outro lado, a participação das empresas brasileiras em

atividades de P&D e no processo de inovação ainda é muito modesta. A falta de estratégias e de

esforços inovativos traduz-se em baixa intensidade tecnológica de seus bens e serviços e na dificuldade

de o País converter C&T em inovação.

A nova legislação sobre C,T&I, reconhecendo esse cenário, buscou estruturar as bases para uma melhor

concepção do Sistema Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação (SNCTI), ainda bastante incipiente,

propondo reduzir obstáculos legais e burocráticos e conferir maior flexibilidade às Instituições

Científicas e Tecnológicas (ICT) e outros entes atuantes no SNCTI, promovendo e incentivando o

desenvolvimento científico, a pesquisa, a capacitação científica e tecnológica e a inovação e

estimulando a articulação entre entes, tanto públicos quanto privados, nas diversas esferas de governo.

No âmbito de suas competências, a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), autarquia federal

vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTI), se constitui como

uma ICT pública à luz da Lei de Inovação. A atuação da CNEN em C,T&I está em conformidade com a sua

atribuição de promover e incentivar a pesquisa científica e tecnológica no campo da energia nuclear

(tecnologia nuclear e aplicações das radiações ionizantes) e ofertar bens e serviços obtidos a partir de

suas atividades de P&D nas áreas de reatores, ciclo do combustível, fissão termonuclear, aplicações da

180

energia nuclear na indústria, saúde, agricultura e meio ambiente, rejeitos, radioproteção, dosimetria e

metrologia. Entende-se, por conseguinte, que o atual momento se apresenta oportuno para realizar o

presente projeto de pesquisa em inovação.

1.2.1 – Inovação no âmbito das ciências nucleares no Brasil: modelos de colaboração e novos

paradigmas

O Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações destaca que a ciência, a tecnologia e a

inovação (C,T&I) são importantes motores da transformação econômica e social do país e ressalta a

área nuclear como estratégica para o desenvolvimento sustentável. Nesse sentido, foi proposto

elaborar o “Plano de Ação de Ciência, Tecnologia e Inovação para o setor Nuclear” com o objetivo de

promover o desenvolvimento da ciência e tecnologia nucleares e suas aplicações para atender às

diversas demandas da geração energética, industrial, da agricultura e da medicina nuclear.

Nesse contexto, em meio às crescentes mudanças, avanços tecnológicos e científicos, a atuação em

colaboração, por meio de parcerias, redes, ecossistemas (hubs), etc. tem adquirido papel de extrema

importância. A participação das ICT em modelos colaborativos permite combinar diferentes tipos de

conhecimentos e competências para resolver problemas complexos, impulsionando não somente a

criação do conhecimento, mas também o processo de inovação. Entende-se que para as ICT públicas

que atuam na área nuclear, devido às características intrínsecas dessa área e o forte papel do Estado, o

mapeamento dos modelos de colaboração em rede, dentre outros, e a consequente organização e

disponibilização de informações estratégicas são de extrema importância na construção de um futuro

alinhado a demandas sociais.

Frente ao atual cenário no âmbito de tecnologias nucleares e suas aplicações, é imperativo que todo o

arcabouço de atuação em colaboração envolva a definição de estratégias de nicho de oportunidade.

Isso significa assumir compromissos de Estado que contemplem, ao mesmo tempo, políticas de

incentivo aos novos negócios que envolvam aplicações das tecnologias nucleares, bem como de

práticas operacionais em cada ramo do setor nuclear, preservando as especialidades de seus usos

finais.

1.2.2 – Atividades de P&D e portfólio de tecnologias da CNEN: oportunidades tecnológicas

A infraestrutura de C&T das unidades técnico-científicas da CNEN tem foco no desenvolvimento de

atividades de P&D em ciência e tecnologia nucleares e em aplicações das radiações ionizantes,

contemplando 37 linhas de pesquisa:

181

Combustíveis nucleares;

Segurança, prospecção e termofluidodinâmica de centrais nucleares;

Corrosão e eletroquímica aplicada;

Desenvolvimento de novos radiofármacos;

Técnicas hidrometalúrgicas para avaliação e mitigação de impacto ambiental;

Hidrologia;

Empreendimento Reator Multipropósito Brasileiro (RMB);

Engenharia de reatores e sistemas energéticos;

Combustíveis para reatores nucleares de pesquisa;

Qualificação química de material nuclear;

Células a combustível e hidrogênio;

Operação e utilização de reatores de pesquisa;

Biofármacos, hormônio hipofisário e biotério;

Desenvolvimento de lasers, aplicações de lasers e lasers de altíssima intensidade;

Radiações ionizantes em alimentos e produtos agrícolas;

Aplicação das radiações ionizantes, radioisótopos e técnicas nucleares na indústria e no meio ambiente;

Instalações e equipamentos para aplicações de técnicas nucleares;

Análise por ativação com nêutrons;

Física nuclear experimental e da matéria condensada;

Química ambiental e tecnologias limpas;

Materiais cerâmicos, metálicos, compósitos, nanomateriais e poliméricos e sua caracterização química,

física e isotópica;

Radioquímica e química nuclear;

Desenvolvimento e caracterização de materiais estruturais e funcionais para o setor nuclear;

Visualização científica e realidade virtual aplicada a instalações nucleares;

Desenvolvimento de instrumentação nuclear – equipamentos para radioproteção e para medicina

nuclear e sistemas para reatores nucleares;

Desenvolvimento de tecnologia para sistemas complexos – engenharia de resiliência; projeto de salas

de controle avançadas e interfaces humano-sistema; gestão de emergências em sistemas complexos;

análise da confiabilidade humana; inteligência artificial em sistemas complexos;

182

Segurança e tecnologia de reatores, incluindo reatores nucleares inovadores;

Desenvolvimento de modelos computacionais de exposição utilizando fantomas de voxels de corpos

humanos para cálculos dosimétricos ocupacionais, ambientais, médicos e acidentais;

Desenvolvimento de novos materiais dosimétricos;

Metrologia das radiações;

Desenvolvimento de sistema de referência e metodologia de calibração de calibradores de

radionuclídeos comerciais para radiofármacos baseados em 18F;

Sistemas de instrumentação nuclear para feixes de radiação ionizante utilizados em radioterapia e

radiodiagnóstico;

Ra-226, Ra-228 e K-40 em incrustações formadas em caldeiras industriais de grande porte;

Física Médica;

Exalação de Rn-222 e Rn-220 em solos: parâmetros para modelagem e métodos para determinação;

Fitorremediação de contaminação radioativa por manguezais;

Sustentabilidade e minimização de impactos ambientais decorrentes do uso de elementos terras raras.

Como resultado das linhas de pesquisa elencadas, a produção científica da CNEN totalizou, em 2017,

390 artigos publicados em periódicos nacionais e internacionais, quase todos indexados, 485 trabalhos

apresentados em congressos nacionais e internacionais, além de 189 defesas de dissertações de

mestrado e teses de doutorado em diferentes especialidades da área de tecnologia nuclear.

As atividades da P&D realizadas pelas unidades técnico-científicas da CNEN resultam também em novas

tecnologias. Por exemplo, em termos de produção tecnológica, em 2017 foram desenvolvidas 123

tecnologias com foco em reatores nucleares e ciclo do combustível para geração de energia e em

aplicações das radiações ionizantes na saúde, na indústria, na agricultura e no meio ambiente. Nos

últimos cinco anos, de 2013 a 2017, o total acumulado foi de 709 tecnologias desenvolvidas pela CNEN.

Desse total, o portfólio tecnológico protegido por patente (até 2017) é composto por 172 pedidos de

patente, 44 pedidos de registro de marcas (relacionados aos radiofármacos produzidos pelas unidades

técnico-científicas da CNEN) e 31 registros de programa de computador. Do total de pedidos de

patente, a CNEN possui 39 patentes concedidas. Tais tecnologias possuem diversas aplicações que

podem ser repassadas ao setor produtivo brasileiro de diversas formas. O desenvolvimento dos

mecanismos adequados de transferência de tecnologia depende de cada tecnologia e, na literatura e na

prática, são identificados alguns dos principais: prestação de serviços tecnológicos, compartilhamento

de infraestrutura, laboratórios, instalações e capital humano, parceria para P&D e inovação, geração de

spin-offs, licenciamento de tecnologia, transferência de know-how, produtos e processos, hubs

tecnológicos, tecnologias capacitadoras chave, investimento em empresas, dentre outras possibilidades

a serem estudadas.

183

As atividades de P&D são, portanto, parte fundamental do processo de inovação tecnológica.

Entretanto, a inovação acontece, de fato, quando as oportunidades tecnológicas se conectam às

necessidades do mercado e dos usuários finais. Inovação também não é um processo linear; envolve

muito mais do que simples mudanças na tecnologia; envolve conexões, interações e influências de

variados graus; relações entre universidades, instituições de pesquisa, empresas e governo.

Em que pese a relevante produção científica e tecnológica da CNEN, assim como o portfólio de

tecnologias protegidas, a CNEN possui poucas tecnologias licenciadas e ainda uma modesta relação com

empresas, o que dificulta a promoção da inovação tecnológica e a geração de benefícios

socioeconômicos para o País. Particularmente, a CNEN ainda não desenvolveu um estudo estratégico

do seu portfólio tecnológico voltado à geração da inovação.

O presente Projeto "Ampliação das aplicações da energia nuclear na indústria, agricultura, meio

ambiente e saúde: estudo do portfólio tecnológico da CNEN para desenvolvimento de mecanismos de

transferência de tecnologia ao setor produtivo nacional” vem contribuir no sentido de estimular a

colaboração em P&D e inovação e a relação com as empresas que atuam nesses setores. Representa

um projeto de pesquisa em tecnologia e inovação que auxiliará a CNEN a alinhar suas tecnologias

desenvolvidas às prioridades de políticas públicas, de desenvolvimento e de mercado que se

apresentem e, desse modo, ampliar as oportunidades das aplicações da energia nuclear ao setor

produtivo brasileiro. Para tal, objetiva-se implementar duas bolsas do Programa de Capacitação

Institucional (PCI) na CNEN para a sua realização.

1.2.3 – Metodologia de pesquisa

A metodologia de pesquisa a ser seguida para o presente projeto baseia-se nas seguintes etapas:

Caracterização e avaliação do portfólio das tecnologias da CNEN protegidas por patente, depositadas no

Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), a partir da Classificação Internacional de Patentes

(CIP) e da classificação tecnológica adotada pelo ISI-OST-INPI1;

Análise do portfólio tecnológico da CNEN em termos de alinhamento às prioridades da política nacional

de C&T&I e da política tecnológica e industrial e aos objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS);

1 Fraunhofen Institute for Systems and Innovation Research (ISI) e Observatoire des Sciences e des Technologies

(OST), em cooperação com o Institut National de la Propriété Industrielle (INPI) da França.

184

Identificação e seleção das tecnologias com foco nas aplicações da energia nuclear na indústria,

agricultura, meio ambiente e saúde;

Estudos sobre tecnologia e mercado para caracterização das tecnologias, identificação das tecnologias-

chave e suas aplicações a setores produtivos específicos;

Elaboração dos projetos tecnológicos, em colaboração com os pesquisadores das unidades da CNEN,

destacando o produto, processo e/ou serviço final identificado a partir das tecnologias-chave;

Desenvolvimento de estudos sobre a geração da inovação por meio da identificação dos mecanismos de

transferência de tecnologia para as tecnologias-chave;

Divulgação dos projetos e das informações sobre as tecnologias e os mecanismos de transferência de

tecnologia, para cada tecnologia-chave, como forma de ampliar a visibilidade das oportunidades

tecnológicas aos setores produtivos específicos selecionados.

1.3 - Objetivo Geral

O presente projeto tem por objetivo geral desenvolver um estudo do portfólio de tecnologias

protegidas por patente das unidades técnico-científicas da CNEN, com foco nas aplicações da energia

nuclear na indústria, agricultura, meio ambiente e saúde, priorizando: a identificação de tecnologias-

chave e suas possíveis aplicações a setores produtivos específicos, selecionando aqueles setores em

que as empresas tenham interesse na transferência de tecnologia; o desenvolvimento de mecanismos

de transferência de tecnologia para disponibilizar os projetos tecnológicos (tecnologias-chave) − em

colaboração com os pesquisadores −, às empresas interessadas dos setores produtivos específicos

selecionados; e a inserção do produto, processo ou serviço final dos projetos tecnológicos no contexto

da sociedade, por meio de divulgação como ferramenta de prospecção em C&T&I.


Caracterizar o portfólio tecnológico da CNEN (pedidos de patente depositados no INPI), utilizando a

Classificação Internacional de Patentes (CIP) e a classificação tecnológica adotada pelo ISI-OST-INPI,

para quantificar e qualificar as áreas de conhecimento e classes tecnológicas e selecionar as tecnologias

com foco nas aplicações da energia nuclear na indústria, agricultura, meio ambiente e saúde.


185

Alinhar os pedidos de patente às prioridades da política de C,T&I e da política industrial e tecnológica e

aos objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS).


Desenvolver estudos sobre tecnologia e mercado para caracterizar as tecnologias-chave selecionadas e

identificar suas aplicações.


Identificar e selecionar setores produtivos específicos e empresas que tenham interesse em colaborar

com a CNEN.


Desenvolver estudos sobre a geração da inovação por meio da identificação dos mecanismos de

transferência de tecnologia para as tecnologias-chave selecionadas;


Elaborar projetos tecnológicos junto com os pesquisadores da CNEN para avaliação do potencial de

geração de valor econômico às empresas e divulgar as tecnologias-chave selecionadas.


Submeter artigos em periódicos científicos e/ou em eventos nacionais e internacionais da área de

gestão do conhecimento nuclear, propriedade intelectual, transferência de tecnologia e inovação.

1.4 - Insumos

1.4.1 – Custeio

Nada a declarar.

1.4.2 – Bolsas

186

Com o intuito de atingir os objetivos propostos desse projeto, julga-se necessário a implementação de,

no mínimo, duas bolsas do tipo PCI para especialistas nas áreas de engenharias ou ciências exatas, com

foco em tecnologia e inovação, para facilitar o entendimento sobre as tecnologias-chave e a avaliação

de suas características técnicas, estágio de desenvolvimento, aplicações e mercado.

Formação Acadêmica

/ Titulação

Área de

Experiência

Objetivo

Específico

PCI


Doutorado

Engenharias

ou ciências

exatas

1, 2, 3, 4, 5,

6 e 7 PCI-DB 60 1

Doutorado/mestrado

Engenharias

ou ciências

exatas

3, 4, 5, 6 e

7 PCI-DC 60 1


Entre as atividades (estudos) previstas neste projeto, estão:

Atividade 1:

Sistematizar os pedidos de patente do portfólio tecnológico da CNEN a partir do agrupamento por CIP e

classificação ISI-OST-INPI.

Atividade 2:

Identificar e classificar os pedidos de patente da CNEN com foco nas aplicações da energia nuclear na

indústria, agricultura, meio ambiente e saúde e relacionar com prioridades e objetivos institucionais.

Atividade 3:

Elaborar matriz de avaliação, baseada em indicadores de sustentabilidade e ranking de pontuação, para

o alinhamento dos pedidos de patente às prioridades de políticas e objetivos de desenvolvimento

sustentável.

Atividade 4:

Sistematizar o portfólio de tecnologias da CNEN resultantes das Atividades 2 e 3.

187

Atividade 5:

Identificar, selecionar e avaliar fatores tecnológicos da patente, características técnico- científicas,

estágios de desenvolvimento tecnológico e potenciais aplicações (como produto, processo e/ou serviço

tecnológico), ativos complementares (infraestrutura, testes, protótipo, escalonamento, dentre outros).

Atividade 6:

Identificar, selecionar e avaliar fatores econômicos e de mercado da patente.

Atividade 7:

Sistematizar o portfólio de tecnologias da CNEN da Atividade 4, com base nos fatores tecnológicos e de

mercado resultantes das Atividades 5 e 6 (tecnologias-chave).

Atividade 8:

Construir indicadores baseados no padrão de desenvolvimento tecnológico e nas potenciais aplicações

da tecnologia para a produção de informações estratégicas em C,T&I das tecnologias-chave.

Atividade 9:

Desenvolver estudos das tecnologias-chave selecionadas do portfólio da CNEN para a identificação das

potencialidades e aplicações e dos mecanismos de transferência de tecnologia aos setores produtivos

específicos.

Atividade 10:

Elaborar mapeamento estratégico (riscos e benefícios combinados) a partir dos estudos das

tecnologias-chave selecionadas.

Atividade 11:

Elaborar os projetos tecnológicos junto com os pesquisadores da CNEN interessados em colaborar com

o setor produtivo nacional.

Atividade 12:

188

Identificar e selecionar empresas dos setores produtivos específicos que tenham interesse em colaborar

com a CNEN e divulgar as tecnologias.

Atividade 13:

Elaborar artigos para submissão a revistas científicas e/ou eventos nacionais ou internacionais na área

de gestão do conhecimento nuclear, propriedade intelectual, transferência de tecnologia e inovação.

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

1. Sistematizar os

pedidos de

patente do

portfólio

tecnológico da

CNEN

1

Quantitativo de pedidos

de patente por unidade

técnico-científica,

categoria/natureza,

inventor, área e escopo

do conhecimento

tecnológico

X

2. Identificar e

classificar os

pedidos de

patente com foco

nas aplicações da

energia nuclear e

relacionar com

prioridades e

objetivos

institucionais

1 Quantitativo de pedidos

de patente selecionados X

3. Elaborar matriz

de avaliação para

alinhamento dos

pedidos de

patente

2

Relação de indicadores

de sustentabilidade

Matriz de avaliação da

sustentabilidade

tecnológica

X

189

4. Sistematizar os

pedidos de

patente com base

na matriz de

avaliação

1 e 2

Portfólio de tecnologias

selecionadas X

5. Identificar,

selecionar e

avaliar fatores

tecnológicos

3

Fatores tecnológicos da

patente

X

6. Identificar,

selecionar e

avaliar fatores

econômicos

3

Fatores econômicos da

patente

X

7. Sistematizar o

portfólio de

tecnologias com

base nos fatores

tecnológicos e de

mercado

3

Portfólio de tecnologias-

chave selecionadas

X

8. Construir

indicadores para

as tecnologias-

chave

3

Indicadores tecnológicos

e de mercado

X

9. Desenvolver

estudos das

tecnologias-chave

3 e 5

Estudo completo das

tecnologias-chave

selecionadas

X X

10. Elaborar

mapeamento

estratégico (riscos

e benefícios

combinados) das

tecnologias-chave

selecionadas para

identificação das

potencialidades

3 e 5

Mapa estratégico

tecnológico das

potencialidades

X X

190

11. Elaborar

projetos

tecnológicos

junto com os

pesquisadores da

CNEN

interessados

6

Projetos tecnológicos

elaborados

X X

12. Identificar e

selecionar

empresas dos

setores

produtivos

específicos

interessados

4

Empresas selecionadas

X X

13. Elaborar

artigos para

submissão a

revistas científicas

e/ou eventos

nacionais ou

internacionais na

área de gestão do

conhecimento

nuclear,

propriedade

intelectual,

transferência de

tecnologia e

inovação

7

Trabalhos (artigos,

apresentações, etc.)

aceitos para revistas ou

congressos da área

X X X X X


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 X X

Atividade 2 X X

191

Atividade 3 X X

Atividade 4 X X

Atividade 5 X X

Atividade 6 X X

Atividade 7 X X

Atividade 8 X X

Atividade 9 X X X X

Atividade 10 X X X X

Atividade 11 X X X

Atividade 12 X X X


1.7 – Produtos

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Planilha de

dados brutos

sistematizados

sobre o portfólio

tecnológico da

CNEN

1

Quantitativo de

pedidos de patente

por unidade técnico-

científica,

categoria/natureza,

inventor, área e

escopo do

conhecimento

tecnológico

X

Mapa de

priorização dos

pedidos de

patente

1

Pedidos de patente

classificados

X

192

Indicadores de

sustentabilidade 2

Relação de

indicadores de

sustentabilidade

X

Matriz de

avaliação da

sustentabilidade

3

Avaliação da

sustentabilidade

tecnológica dos

pedidos de patente

X

Amostra e

ranking de

tecnologias

4

Tecnologias-chave

selecionadas para

estudo

X

Metodologia de

avaliação de

tecnologia e

prospecção de

mercado

5

Relação de

indicadores de

avaliação de

tecnologia e

prospecção de

mercado

X

Estudo

tecnológico e de

mercado

5 e 6

- Fatores tecnológicos

e econômicos da

patente

- Estudo completo das

tecnologias-chave

selecionadas

- Mapa estratégico

tecnológico das

potencialidades

X X X

Projetos

tecnológicos

6

- Perfis técnicos e das

aplicações elaborados

para cada tecnologia-

chave

- Prospecção dos

potenciais mercados

- Identificação dos

mecanismos de

transferência de

tecnologia adequados

para cada tecnologia-

chave

X X

193

Trabalhos

publicados

(artigos,

apresentações

em congressos,

etc)

7

Artigos,

apresentações,

resumos aceitos por

revistas ou congressos

da área

X X X X X


Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Ter um

conjunto de

dados

sistematizados

sobre os

pedidos de

patente da

CNEN

1

Quantitativo de

pedidos de patente

por unidade técnico-

científica,

categoria/natureza,

inventor, área e

escopo do

conhecimento

tecnológico

X

Melhorar a

visão

estratégica

(institucional,

nacional e

internacional)

dos pedidos de

patente da

CNEN

1 e 2 Pedidos de patente

classificados X

Elaborar

indicadores

para medição

de

desempenho e

impacto da

tecnologia

2

Relação de

indicadores de

sustentabilidade

X

194

Obter

informações

qualitativas e

estratégicas do

portfólio

tecnológico da

CNEN

3

Avaliação da

sustentabilidade

tecnológica dos

pedidos de patente

X

Identificar as

tecnologias-

chave para

avaliação e

mercado

3 e 4

Tecnologias-chave

selecionadas para

estudo

X

Identificar

condicionantes

do potencial de

exploração

comercial da

tecnologia

5

Fatores tecnológicos

e econômicos da

patente

X

Entender a

dinâmica das

tecnologias e

dos mercados 5

- Estudo completo

das tecnologias-

chave selecionadas

- Mapa estratégico

das potencialidades

X X

Apresentar um

conjunto de

tecnologias-

chave

preparadas e

seus

mecanismos de

transferência

de tecnologia

para as

empresas

6 Projetos tecnológicos

elaborados X X

Parceria,

colaboração e

integração com

pesquisadores

7

Trabalhos publicados

e participações em

eventos

X X X X X

195

Os resultados também podem incrementar os seguintes impactos nos próximos cinco anos, de modo

que a CNEN possa contribuir mais efetivamente para a geração de inovação no País:

Impacto científico e tecnológico – incremento da produção científica e tecnológica da CNEN, em termos

qualitativos; aperfeiçoamento das informações estratégicas de C&T&I da CNEN a partir da avaliação de

tecnologia e mercado;

Impacto econômico – visando ao aumento do licenciamento e transferência de tecnologia,

potencializando a geração de novas empresas, novos empregos, renda e impostos, assim como a

geração da inovação e o aumento da competividade das empresas;

Impacto ambiental – na medida em que tecnologias verdes, ambientalmente amigáveis, do portfólio de

patentes da CNEN sejam avaliadas e demonstrarem potencial de mercado, elas podem gerar impacto

ambiental positivo tanto para as empresas que as licenciarem, quanto para o meio ambiente e

sociedade como um todo;

Impacto social – benefícios trazidos por novas tecnologias no mercado ampliam a geração de emprego,

renda e novos impostos, impactando positivamente a sociedade como um todo, além de ainda

possibilitar o desenvolvimento local no entorno da empresa, atendendo a políticas públicas.

1.10 Referências Bibliográficas

1. AUTM – Association of Universities Technology Management. Technology Transfer Practice (TTP) Manual, 2nd edition, 2002.

2. CNEN – Comissão Nacional de Energia Nuclear. Relatório de Gestão do Exercício de 2017. Rio de Janeiro, 2018.

3. _____. Instrução Normativa DPD 001/2007 sobre o sistema de gestão da inovação. Rio de Janeiro, 2007, revisão 2009.

4. CÉSAR, J. Avaliação do potencial de mercado de tecnologias nascentes: a experiência do Programa de Investigação Tecnológica na Unicamp, p. 217-254. In: ____. Transferência de tecnologia: estratégias para a estruturação e gestão de Núcleos de Inovação Tecnológica. Editora Komedi: Campinas, 2009.

5. Decreto nº 9.283, de 7 de fevereiro de 2018. Regulamenta a Lei nº 10.973/2004.

6. ERNST, H. Patent information for strategic tech. management. World Patent Info., v. 25, n. 3, 2003.

7. GAMBARDELLA, A.; HARHOFF, D.; VERSPAGEN, B. The economic value of patent portfolios. CEPR Discussion Paper 9264, 2012.

8. HSIEH, C.-H. Patent value assessment and commercialization strategy. Technological Forecasting and Social Change, v. 80, p. 307-319, 2013.

9. HSU, D. H.; WAKEMAN, S. Technology commercialization strategy in a dynamic context: developing specialized complementary assets in entrepreneurial firms. ESMT Working Paper, Berlin, 44 p., Dec. 2013.

10. JUNG, T.; WALSH, J. P. Organizational paths of commercializing patented inventions: The effects of transaction costs, firms capabilities and collaborative ties. Centre for Innovation, Research and

196

Competence in the Learning Economy (CIRCLE), Lund University, Paper n. 2011/03, 56 p., Apr. 2001.

11. Lei nº 10.973, de 02 de dezembro de 2004 – Lei de Inovação. Dispõe sobre os incentivos à inovação e à pesquisa científica e tecnológica no ambiente produtivo, e dá outras providências.

12. Lei nº 13.243, de 11 de janeiro de 2016 (novo marco legal de Ciência, Tecnologia e Inovação)

13. MCTI. Estratégia Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação 2016-2019. Temas Estratégicos, 2016.

14. OCDE – Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico. Manual de Oslo: Proposta de diretrizes para coleta e interpretação de dados sobre inovação. Departamento Estatístico da Comunidade Europeia, 1997. Rio de Janeiro: FINEP, 3ª edição, 2005.

15. SCHMOCH, U. Concept of a Technology Classification for Country Comparisons. Final Report, World Intellectual Property Organisation (WIPO), 15 p., jun. 2008.

16. SDG COMPASS: The guide for business action on the SDGs. United Nations Global Compact, 2015.

17. SOMAYA, D. Patent Strategy and Management: An integrative review and research agenda. Journal of Management, vol. 38, n. 4, p. 1084-1114, Jul. 2012.

18. THURSBY, J. G.; JENSEN, R. A.; THURSBY, M. Objectives, Characteristics and Outcomes of University Licensing: A Survey of Major U.S. Universities. The Journal of Technology Transfer, vol. 26(1-2), p. 59-72, 02/2001.

19. TOLEDO, P. T. M. A gestão estratégica de Núcleos de Inovação Tecnológica: cenários, desafios e perspectivas, p. 109-166. In: M. E. R. Santos, P. T. M. Toledo, R. A, Lotufo (orgs.). Transferência de tecnologia: estratégias para a estruturação e gestão de Núcleos de Inovação Tecnológica. Editora Komedi, Campinas, SP, 2009.

20. TORKOMIAN, A. L. V. Panorama dos Núcleos de Inovação Tecnológica no Brasil, p. 21-37. In: ____. Transferência de tecnologia: estratégias para a estruturação e gestão de Núcleos de Inovação Tecnológica. Editora Komedi, Campinas, SP, 2009.

21. UNITED NATIONS. Indicators of sustainable development: Framework and methodologies. Division for Sustainable Development, Department of Social Affairs, United Nations, 2001.

197

Laboratório Associado de Plasma-LAP,

Fusão Nuclear - Tokamak ETE

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais-INPE

TÍTULO DO PROJETO: Pesquisa e Desenvolvimento em Fusão Nuclear por Confinamento Magnético com vistas à Implantação do Laboratório de Fusão Nuclear.




A fusão termonuclear controlada demanda grandes avanços tecnológicos para se tornar uma fonte de

geração de energia economicamente aceitável, mas oferece uma ótima perspectiva como fonte

duradoura de energia ao mesmo tempo em que simplifica questões como segurança, disponibilidade de

energia e eliminação de resíduos. Aqui no Brasil, as atividades de fusão em âmbito federal se

desenvolvem atualmente no grupo de fusão do Laboratório Associado de Plasma do Instituto Nacional

de Pesquisas Espaciais (LAP/INPE), em torno do Experimento Tokamak Esférico (ETE), que posteriormente

será transferido para as instalações do futuro Laboratório de Fusão Nuclear (LFN). Este laboratório será

implantado na mesma área em que ficará o Reator Multipropósito Brasileiro - RMB, em Iperó-SP, sob

responsabilidade da Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento da Comissão Nacional de Energia Nuclear

(DPD/CNEN).

Dentro deste contexto, as atividades do projeto aqui proposto se desenvolverão em torno do esforço

para implantação do LFN e para a adequação do ETE a fim de que se torne a primeira máquina a ser

operada no laboratório em questão. Posteriormente, prevê-se que esta máquina seja substituída por

outra de maior porte, mais compatível com um laboratório de âmbito nacional dedicado à pesquisa em

Fusão Nuclear, caráter que se pretende atribuir a este novo centro de pesquisa. A implementação do LFN

conta com recursos oriundos de um convênio FINEP que possibilitou, no último ano, o desenvolvimento

do projeto de engenharia das edificações e instalações do referido laboratório. Além disso, conta com

recursos previstos no PPA 2016-2019 alocados na Ação 20UX, denominada “Desenvolvimento da Ciência

e da Tecnologia Nucleares” e na Ação 13CN, denominada “Implantação do Laboratório de Fusão Nuclear”,

dedicada especificamente ao estabelecimento de um laboratório de fusão nuclear no âmbito da CNEN,

como deixa claro sua denominação.

O ETE, por sua vez, consiste num dispositivo de confinamento magnético que tem por objetivo explorar

a física dos plasmas de baixa razão de aspecto, desenvolver diagnósticos de plasmas quentes, investigar

as condições da borda do plasma, estudar métodos de aquecimento e geração de corrente por

radiofrequência em tokamaks, e acompanhar os avanços internacionais na área. O presente projeto faz

parte do esforço para incrementar os parâmetros operacionais desta máquina e melhorar o conjunto de

diagnósticos nela instalados, visando prepará-la para sua transferência ao LFN. Além disso, pretende-se

desenvolver estudos teóricos de plasmas de tokamaks visando à prospecção do novo experimento a ser

198

instalado no LFN em substituição ao ETE.

1.2 – Objetivo Geral

O objetivo geral desse projeto é contribuir para as ações básicas necessárias para implantação do

Laboratório de Fusão Nuclear - LFN, da Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento da CNEN, no campus do

Reator Multipropósito Brasileiro, em Iperó-SP.

A implantação do LFN, entre outros importantes empreendimentos da CNEN, possibilitará ao País obter uma infraestrutura essencial às ambições tecnológicas que a sociedade almeja na área nuclear. A implantação do LFN, em particular, há muitos anos perseguida e prestes a ser viabilizada, trará contribuição inestimável para o desenvolvimento de tecnologias importantes na área de fusão nuclear a serem aproveitadas no futuro para a geração de energia limpa e segura ou, alternativamente, em outros setores tecnológicos como no desenvolvimento de reatores híbridos fissão-fusão. O projeto aqui apresentado contribuirá para a continuidade da operação do Experimento Tokamak Esférico (ETE), primeira máquina a ser operada no LFN e, em consequência, auxiliará também no processo de formação de pessoal na área. Além disso, contribuirá decisivamente para a prospecção do novo experimento a ser instalado no LFN em substituição ao ETE.

Especificamente, as ações a serem subsidiadas neste projeto são as seguintes.

Contribuir para atualização e adequação de um dispositivo experimental de fusão nuclear,

atualmente instalado no INPE, denominado Experimento Tokamak Esférico - ETE, com vistas à

sua futura transferência para o Laboratório de Fusão Nuclear. Esta adequação prevê a atualização

de diversos subsistemas do ETE, bem como a melhora em diversos sistemas de diagnósticos

instalados na máquina.

Prospecção de um dispositivo adequado para ser instalado no LFN após a fase inicial de operação

do ETE.

A operação do tokamak ETE demanda uma enorme quantidade de serviços de eletrônica, cujo

desenvolvimento requer a participação de profissionais de nível técnico com área de atuação voltada

para medidas elétricas, magnéticas e eletrônicas; instrumentação; circuitos elétricos, magnéticos e

eletrônicos. As atividades previstas requerem conhecimento para a fabricação de circuitos elétricos e

eletrônicos a serem utilizados, inclusive, em sistemas de alta tensão. Entre estas atividades, destaca-se a

utilização dos circuitos pulsadores, um tipo frequente de circuito que encontra ampla aplicação em um

tokamak, em diversas situações que envolvem a necessidade de pulsos rápidos de tensão com valores

que extrapolam os regimes mais habituais de tensão e corrente. Seja no acionamento de chaves

eletrônicas de potência para utilização no controle da descarga dos bancos de capacitores, ou em diversas

outras aplicações específicas, no âmbito dos diversos sistemas de diagnóstico, o domínio de técnicas

corretas para o desenvolvimento e uso deste tipo de circuito constitui-se em know-how precioso,

indispensável para o obtenção de bons resultados.

Além disso, a atividade prevê o desenvolvimento de uma série de circuitos que poderão tornar-se

potencialmente necessários na retomada da operação deste tokamak. Dentre estes circuitos destacam-

se, por exemplo, os componentes transmissores e receptores de um sistema de distribuição de sinais de

gatilho a ser utilizado para o acionamento de novos nós do sistema de aquisição de dados, já adquiridos,

199

cujos canais serão utilizados por novos diagnósticos em processo de implementação. Outro tipo de

circuito cujo desenvolvimento poderá ser requerido dependendo das decisões que forem tomadas no

que se refere ao desenvolvimento do diagnóstico por feixe de lítio, consistirá na eletrônica necessária

para a automatização da operação do diagnóstico e no desenvolvimento de moduladores de tensão que,

apropriadamente aplicados aos eletrodos do canhão onde o feixe é gerado, permitirão que o mesmo seja

operado em regime pulsado ao invés de contínuo. Além disso, haverá demanda também por circuitos

como estágios de amplificação de sinal, com ou sem isolação óptica, fontes de tensão de diversos níveis

de saída, amplificadores de potência para aplicação de sinais de varredura ou chaveamento em sondas

eletrostáticas, etc.

As melhorias na máquina para a sua transferência ao LFN deverá se iniciar com aprimoramentos no banco

de capacitores que gera o campo magnético toroidal. Neste contexto, a atividade aqui prevista prevê, por

exemplo, da montagem de chaves eletromagnéticas seccionadoras, assim como, de sistemas de

sustentação e compressão de semicondutores para alta potência. Todas essas atividades fazem parte da

primeira ação a ser subsidiada no presente projeto conforme listada anteriormente.

Já no tópico de prospecção do novo experimento do LFN que substituirá o ETE, prevê-se a realização de

diversos estudos de modelagem em diferentes configurações de plasmas de tokamak, cálculos de

equilíbrio e controle do plasma, dimensionamento e projetos de bobinas e desviadores em tokamaks, e

estudos para a análise de desempenho de reatores à fusão. Esta atividade requer profissional experiente

e de alto nível, com experiência em modelagem teórica e simulação numérica de plasmas, além de

conhecimento de aspectos tecnológicos do experimento. A atividade prevê a formulação e o

desenvolvimento de modelos de equilíbrio e controle do plasma de tokamaks, incluindo configurações

de baixa razão de aspecto, além de análises termomecânicas nesses dispositivos. É desejável, ainda, que

o candidato tenha experiência em acompanhamento de projetos e esteja apto a participar na prospecção

do novo dispositivo que deverá tornar-se o principal foco de atuação do Laboratório de Fusão Nuclear

(LFN) da CNEN. Há também interesse em que o candidato participe na formação de pessoal para o LFN.

Quanto à divulgação de resultados espera-se que se dê na forma de apresentação de relatórios técnicos com a descrição dos diversos circuitos e dispositivos a serem desenvolvidos para otimização da operação do experimento e de diagnósticos do ETE, no caso do trabalho destinado a profissional de nível técnico, e na forma de relatórios técnico-científicos, publicações de artigos e notas de aula, no caso da bolsa de mais alto nível. Espera-se que seja criado um sistema de publicações técnicas do Laboratório de Fusão Nuclear (LFN) que permita o armazenamento digital destes relatórios para consultas futuras.


Estudos teóricos e modelagem de plasmas em tokamaks, em diferentes configurações, e análises

termomecânicas nesses dispositivos com vistas à prospecção de novo experimento para o LFN.

O foco das atividades neste objetivo estará voltado ao desenvolvimento de modelos com vistas ao

controle do equilíbrio do plasma de tokamaks, com possível inclusão de ponto X; análise do desempenho

de reatores à fusão; cálculo da refrigeração de desviadores em máquinas do tipo tokamak; e cálculo das

tensões em bobinas magnéticas nesses dispositivos. Estes estudos auxiliarão decisivamente na

prospecção da nova máquina a ser instalada no LFN.

200

Objetivo Específico 2: Montagem de circuitos eletroeletrônicos de interesse para a operação e

adequação do tokamak ETE e seus diagnósticos.

O foco das atividades com tal objetivo estará concentrado na disponibilização de diversos módulos

eletrônicos de interesse tanto para os sistemas de diagnóstico do ETE como para os sistemas de potência

pulsada e de controle empregados na operação deste tokamak; no desenvolvimento de circuitos

auxiliares para uso dos mesmos sistemas; e na disponibilização de circuitos de gatilho e de interfaces de

conexão para implantação de novos canais do sistema de aquisição de dados do ETE.

1.4 – Insumos

1.4.1 – Custeio Recursos de custeio destinados a diárias e passagens com o objetivo de:





Participações em cursos Diárias e passagem 5.000,00/ano

Visitas Técnicas de interesse do Projeto Diárias e passagem 10.000,00/ano

Trazer especialista ou consultor Diárias e passagem 10.000,00/ano

1.4.2 – Bolsas Para o desenvolvimento do Projeto aqui proposto será necessária a alocação de bolsas PCI para agregação

de pesquisadores e técnicos segundo os perfis descritos abaixo:

Objetivo Específico 1: Deseja-se profissional com Doutorado de pelo menos 10 anos na área de Física de Plasmas com

experiência em modelagem teórica e simulação numérica de plasmas. Espera-se que o candidato trabalhe

na formulação e no desenvolvimento de modelos de equilíbrio e controle do plasma de tokamaks,

incluindo configurações de baixa razão de aspecto, e desenvolva análises termomecânicas nesses

dispositivos. Além disso, é desejável que o candidato tenha experiência em acompanhamento de projetos

e esteja apto a participar na prospecção do novo dispositivo que deverá tornar-se o principal foco de

atuação do Laboratório de Fusão Nuclear (LFN) da CNEN. Há também interesse que o candidato participe

na formação de pessoal para o LFN.

201

Objetivo Específico 2: Deseja-se profissional com formação técnica em eletrônica há pelo menos 02 anos, com área de atuação

voltada para medidas elétricas, magnéticas e eletrônicas; instrumentação; circuitos elétricos, magnéticos

e eletrônicos. O candidato deve ter conhecimento para a fabricação de circuitos elétricos e eletrônicos a

serem utilizados, inclusive, em sistemas de alta tensão.

Formação Acadêmica/

Titulação Área de Experiência



Meses quantidade

Engenharia/Física Titulação: Doutorado

Física dos Plasmas 1 D-A 60 01

Técnico em Eletrônica

Medidas elétricas, magnéticas e eletrônicas;

instrumentação; circuitos elétricos,

magnéticos e eletrônicos

2 D-E 60 01

1.5 – Atividades de Execução

As atividades que levarão ao cumprimento dos objetivos específicos do projeto estão listadas na tabela a seguir:

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Atividade 1: Desenvolvimento de

modelos para o equilíbrio do plasma de tokamaks

1 % de

execução 100

Atividade 2: Introdução de perturbação do equilíbrio em tokamaks

1 % de

execução 100

Atividade 3 Desenvolvimento de

modelo para controle do plasma em tokamak

1 % de

execução 100

Atividade 4: Modelo de refrigeração da

coluna central de um tokamak compacto

1 % de

execução 100

Atividade 5: Modelo termomecânico e

de circuito da bobina toroidal

1 % de

execução 100

202

Atividade 6: Modelo para a refrigeração

de desviadores em tokamaks

1 % de

execução 100

Atividade 7: Análise do desempenho de

reatores à fusão 1

% de execução

100

Atividade 8 Formulação da Física de

Plasmas: teoria de partículas e fluidos

1 % de

execução 100

Atividade 9: Circuitos para aplicação de

pulsos rápidos de alta tensão/alta corrente:

Testes de Funcionamento em bancada

2 % de

execução 100

Atividade 10:

Circuitos para aplicação de pulsos rápidos de alta tensão/alta corrente:

Testes de Utilização no ETE

2 % de

execução 100

Atividade 11: Manutenção e aprimoramento de

sistemas de diagnóstico de plasma: desenvolvimento

exploratório para identificação de

diagnósticos a serem aprimorados por

intermédio de circuitos eletrônicos.

2 % de

execução 100

Atividade 12: Manutenção e aprimoramento de

sistemas de diagnóstico de plasma: desenvolvimento e implementação de circuitos

para aprimoramento do primeiro diagnóstico

selecionado

2 % de

execução 100

Atividade 13: Manutenção e

aprimoramento de sistemas de diagnóstico de plasma: desenvolvimento

de circuitos para aprimoramento do

segundo diagnóstico.

2 % de

execução 100

203

Atividade 14:

Manutenção e aprimoramento de

sistemas de diagnóstico de plasma: implementação e

testes de circuitos para aprimoramento do

segundo diagnóstico.

2 % de

execução 100

Atividade 15:


sistemas de diagnóstico de plasma: desenvolvimento

de circuitos para aprimoramento do terceiro

diagnóstico.

% de

execução 100

Atividade 16:


sistemas de diagnóstico de plasma: implementação e

testes de circuitos para aprimoramento do terceiro

diagnóstico.

2 % de

execução 100

Atividade 17: Circuitos auxiliares para expansão do sistema de

aquisição de dados do ETE: desenvolvimento e

montagem de circuitos para adição de 32 novos

canais.

2 % de

execução 100


aquisição de dados do ETE: testes, retrabalho (se

necessário) e implementação final de

circuitos para adição de 32 novos canais ao sistema.

2 % de

execução 100


aquisição de dados do ETE: desenvolvimento e

montagem de circuitos para acrescentar novo conjunto com mais 32

canais.

2 % de

execução 100

204


aquisição de dados do ETE: testes, retrabalho (se

necessário) e implementação final de

circuitos para acrescentar ao sistema um novo

conjunto com 32 canais.

2 % de

execução 100


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 X X

Atividade 2 X X

Atividade 3 X X

Atividade 4 X X

Atividade 5 X X

Atividade 6 X X

Atividade 7 X X

Atividade 8 X X

Atividade 9

X X

Atividade 10 X X

Atividade 11 X

Atividade 12 X

Atividade 13 X X

Atividade 14 X X

Atividade 15 X X

Atividade 16 X X

Atividade 17 X X

Atividade 18 X X

Atividade 19 X X

Atividade 20 X X

1.7 – Produtos

Os frutos diretos e quantificáveis das atividades deste projeto, a serem entregues no decorrer do de seu desenvolvimento, deverão ser os seguintes:

205

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Modelo de Equilíbrio de Plasma realizado

1

Relatórios técnico-científicos

2

Submissão de artigo científico

1

Modelo de Controle do Plasma realizado

1

Relatórios técnico-científicos

1 1

Submissão de artigo científico

1

Modelo termomecânico e de circuito da bobina toroidal realizado

1 Relatórios técnico-

científicos 1 1

Modelo para refrigeração de desviadores em tokamaks realizado


científicos 1

Projeto Conceitual de Reator à Fusão finalizado


científicos 1

Formulação em Física de Plasmas apresentada

1 Notas de aula 1 1 1

Sistemas de diagnósticos do

ETE aprimorados 2

No. de diagnósticos aprimorados

1 1 1

Sistema de aquisição de

dados ampliado 2

No. de canais adicionados ao sistema

32 32

Relatórios técnico-

científicos 2 No. de relatórios 1 1 1

1.8 – Resultados Esperados As mudanças diretamente decorrentes da intervenção realizada por este projeto, compatíveis com seus objetivos gerais, deverão ser observadas sobretudo no âmbito da própria instituição e de sua equipe, como indicado na tabela a seguir:

Resultados Objetivo

Específico Indicadores*

Metas

2019 2020 2021 2022 2023

206

Capacitação institucional para modelagem de máquinas tipo tokamak

1

Melhora na Modelagem de

tokamaks após a última aferição

segundo documentação

científica apresentada (SIM/NÃO)

SIM SIM

Contribuição para o aprimoramento dos parâmetros operacionais, dos diagnósticos e do sistema de aquisição de dados do ETE para sua transferência ao LFN

2

Aprimoramento do ETE após a última aferição segundo documentação

científica apresentada (SIM/NÃO)

SIM SIM


Custeio: Recursos de custeio destinados exclusivamente a diárias e passagens com o objetivo de:





Participações em cursos Diárias e passagem 5.000,00/ano

Visitas Técnicas de interesse do Projeto Diárias e passagem 10.000,00/ano

Trazer especialista ou consultor Diárias e passagem 10.000,00/ano

Bolsas:

PCI Categoria/

Nível Mensalidade


PCI-D

A 5.200,00 60 01 312.000,00

B 4.160,00

C 3.380,00

D 2.860,00

E 1.950,00 60 01 117.000,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

Total (R$) 429.000,00

207


TÍTULO DO PROJETO: :Lasers de Alta Intensidade como aceleradores compactos de partículas: possíveis usos em medicina



Desde sua descoberta em 1960, lasers têm se tornado um instrumento versátil, presente em um grande número de avanços científicos e tecnológicos e vêm revolucionando tecnologicamente o mundo em que vivemos. Atualmente o laser está incorporado na vida rotineira das pessoas, sendo o exemplo mais flagrante o seu uso em comunicações ópticas e como instrumento cirúrgico. O laser tem evoluído em suas propriedades como potência, regime de funcionamento, largura de banda, etc. Com esta evolução, lasers foram diretamente responsáveis pelos prêmios Nobel dos anos 1964, 1971, 1981, 1989, 1997, 2001, 2005, 2009 e 2018[1]. Esta evolução se deu em termos de cobertura espectral, cobrindo desde o infravermelho distante até a região de raios X. Em termos de energia do pulso e sua duração temporal sua evolução é mostrada na Fig.1. O aumento da potência se iniciou com a operação pulsada de lasers, inicialmente no modo livre, passando ao regime de chaveamento-Q e posteriormente ao regime de travamento de modos, que adicionalmente permitiu a geração de pulsos de poucos femtossegundos de duração. Em decorrência desta duração temporal diminuta, estes pulsos apresentam uma grande largura de banda, podendo até ultrapassar uma oitava dentro de sua banda de emissão, o que comporta pulsos de poucos as de duração (1as =10-18 s).

Figura 1. Evolução da potência pico e os eventos físicos mais marcantes. A partir de intensidades de 1014W/cm2, os elétrons já estão livres. A partir de 1018W/cm2 a energia cinética miida dos elétrons atinge à sua massa de repouso. A partir de 1021W/cm2 a energia cinética média dos prótons chega a sua energia de repouso. Os símbolos em azul exemplificam as energias típicas dos processos que podem ser desencadeadas por intensidades luminosas.

208

Estes pulsos, espectralmente largos, puderam ser amplificados por uma técnica denominada CPA - “Chirped Pulse amplification”[2], que consiste em controlar as fases (ou atrasos no domínio temporal) entre as várias componentes espectrais contidas na largura de banda do pulso, aumentando sua duração temporal de forma a diminuir a potência pico em várias ordens de magnitude. Esta técnica de manipulação da luz propiciou o Prêmio Nobel de Física de 2018 a Gerard Mourou e Donna Strickland[1] . Os processos de foto-destruição de materiais dependem da intensidade de luz[3], assim o aumento da largura temporal dos pulsos produz uma diminuição direta da potência pico e, portanto, da intensidade, permitindo a sua incidência e propagação em meios refletivos como espelhos e grades de difração, e transmissivos, como meios amplificadores, dispersores e controladores de fase. Esta técnica também compreende a compressão temporal dos pulsos, permitindo a redução da sua largura temporal ao final do processo de amplificação, de forma a que se obtenha os lasers mais intensos jamais construídos[4] atingindo potência de 1022 W/cm2. Um átomo neutro sujeito a uma intensidade I pode sofrer os seguintes tipos de ionização (teoria de Keldysh[5]): por efeito multifotônico ou por tunelamento da barreira coulombiana, podendo até ser diretamente ionizado quando o campo compensa a barreira eletrostática. Para baixas intensidade há a predominância dos efeitos de potencial elétrico, que são escritos a seguir. Quando um sistema atômico está sujeito a ação de um campo oscilante externo, como no caso do laser, o elétron está sujeito a um potencial do tipo:

U(x) = −Ze2

x - eEext ∙ x (1.1)

Esta situação pode ser exemplificada na figura 2.

Figura 2. Potencial do elétron ligado a um átomo na presença de um campo oscilante eterno, num instante t. O campo atômico (tracejado preto) é distorcido pelo potencial do campo do laser (tracejado azul) tornando-se uma barreira de potencial (linha vermelha). Neste modelo o elétron pode sofrer efeito Tunnel (linha vermelha) pela a barreira quando a barreira de potencial está acima de sua energia de ligação. Quando o potencial U(x) se iguala à energia de ligação do elétron, ele se ioniza totalmente.

209

Nesse caso,elétrico se iguala ao campo atômic. No modelo de Bohr, este campo elétrico máximo ou crítico, ocorre na posição máxima

xmax=√Ze

Eex

2 (1.2)

E o campo elétrico crítico Ec é dado por:

Ec= E2

ion

4Ze3 (1.3)

Onde Z é a carga do átomo e Eion é o potencial de ionização. O elétron livre fica sujeito a força do campo elétrico do laser. Este campo senoidal induz o elétron a se movimentar com uma energia cinética média Up (no período do pulso) denominada energia ponderomotiva, que vale:

Up = E2e 2

4 ω2me (1.4)

E o campo elétrico se relaciona com a intensidade do laser pela expressão:

I =cε0

2 E2 (1.5)

Ou ainda:

E(V

cm)= 2,5 √I. λ22

(Wcm2) (1.6)

Combinando as expressões 1.4 e 1.5, a energia ponderomotiva é dada por Up = 9,33 x 10-14 (I. λ2) (eV) (1.7)

Define-se a intensidade relativística do elétron aquela na qual a energia ponderomotiva é a massa de repouso do elétron, ou seja Up = 0,511 MeV. Para o comprimento de onda de 800 nm, a intensidade relativística é: I1 = 2,1 1018 W/cm2. A intensidade crítica para o modelo de Bohr é:

Ic = 4 ∙ 109 ∙ [Eion

eV]

4 W/cm2 (1.8)

Considerando o modelo de Bohr, cuja energia de ligação é de 13,6 eV, pode-se então calcular a intensidade crítica para o qual os átomos de Hidrogênio (Z=1) ficam ionizados vale: Ic = 1,4 x 1014 W/cm2 (1.9) Na interação a altíssimas intensidades, os elétrons estão sujeitos à força de Lorentz: dp

dt = me ∙

dv

dt= e ∙ (E + v X B) (1.10)

210

Onde p é o momento linear do elétron, m e é a massa do elétron, e é sua carga, vé sua velocidade, E é o campo elétrico e B é o campo magnético. É útil definir a relação:

a0 =e E0

me c ω= √

I0

I1 (1.10)

Onde a0 é a amplitude relativa ou normalizada do laser; E0 é o campo elétrico, I1 é a “intensidade relativística” do laser, me é a massa do elétron, ω é a frequência da luz, c é a velocidade da luz e I0 é a intensidade incidente. Assim, uma intensidade de 1,4 x 1014 W/cm2 corresponde a um campo elétrico da mesma amplitude que o elétron sofre quando está no estado fundamental no átomo de Bohr (2 x13,6 V em 0,05 nm ou 5,4 GV/cm). Nessas intensidades, o campo elétrico do laser ioniza os átomos, tanto por efeito Tunnel como por ionização direta[5]. Estes elétrons podem ser acelerados pelo campo do laser podendo atingir enormes energias[6]. Em intensidades de 1018 W/cm2 o elétron adquire uma energia cinética média (energia ponderomotiva) da mesma ordem que a sua energia de repouso mec2, e entra no regime relativístico[7]. Neste regime, a componente magnética da força de Lorentz exp. 1.10) é, F = q(v × B) (1.11) Se torna importante e o elétron ganha uma componente de velocidade na direção longitudinal, formando um feixe cuja colimação se acentua conforme é maior a intensidade do campo do laser. A figura 3 mostra a previsão teórica[8] de como a trajetória do elétron se torna mais colimada formando uma bainha de cargas negativas, tanto mais colimada quanto maior for a razão da intensidade do campo pela intensidade relativística, 1018 W/cm2 definida pelo parâmetro a0, na figura 3.

211

Figura 3. Trajetórias de um elétron no vácuo em um dado campo gerado por um pulso laser ultracurto linearmente polarizado, de amplitude relativa a0 e duração τ0 = 24/ω (10 fs para λ = 800 nm); o laser é incidente a partir da esquerda; o máximo deslocamento do elétron perpendicular a propagação do pulso é a0c/ω, enquanto o deslocamento para a frente é proporcional a a02 τ0 c. (a) As amplitudes são a0 = 0,05 e 0,5; (b) a0 = 0,5 e 1,5; em cada diagrama, as escalas horizontal e vertical são iguais; para a0 = 0,05 a intensidade é muito menor que a intensidade relativística e o deslocamento transversal é muito maior que o para a frente em cada período; para a0 = 1,5 a intensidade é relativística (~3∙1018 W/cm2 para comprimentos de onda de aproximadamente 1 µm e 2,1 1018 W/cm2 para 800 nm) e o deslocamento longitudinal excede o transversal.

Um excelente trabalho de revisão do processo de aceleração de elétrons pelo campo doa esteira do Laser (wakefield) pode ser encontrado na revisão de Faure et al[9] . Os cátions remanescentes, por outro lado, sofrem a repulsão colombiana e também são atraídos pela nuvem eletrônica que está se movendo com uma velocidade próxima da velocidade da luz, formando uma nova bainha de cargas positivas, que segue, em menor velocidade, a bainha carregada negativamente, sendo também acelerada[10]. Esta aceleração se dá no campo formado entre as duas nuvens de cargas em movimento no rastro do pulso e é denomina-se wakefield. Além deste modelo de entendimento, existem outros que são apropriados para diferentes intensidades e natureza dos alvos[10], como a espessura, e o estado da matéria, etc.) e o modelo mais aceito atualmente, denominado Target Normal Sheath Acceleration (TNSA)[11]. Existem outros modelos mais complexos para diferentes condições como intensidade, polarização do feixe, espessura do alvo, etc. que são o regime SCSF[11, 12], o regime de explosão coulombiana[13], e o regime de aceleração por pressão de radiação[14, 15].

Figura 4. Esquema do plasma formado por um pulso de laser de alta intensidade produzindo feixes de elétrons relativísticos e feixe de íons, incluindo os prótons[8].

Cargas positivas de menor massa, como os prótons, são acelerados mais fortemente e atingem energias cinéticas elevadas. Nestas condições, elétrons já foram acelerados até GeV[16-18] e prótons acelerados a quase uma centena de MeV, com o esquema mostrado na figura 4 . . A figura 5 mostra uma composição de resultados das energias já atingidas por prótons no processo de aceleração por laser. Estas energias já estão próximas de 100 MeV.

212

Figura 5. Energia cinética dos prótons em função da intensidade I vezes o comprimento de onda ao quadrado[19-21].

O desenvolvimento de aceleradores de partículas carregadas (elétrons e prótons) para uso em medicina permitirá o acesso mais viável (menor espaço e menor custo) para tratamentos e diagnósticos de primeira qualidade, particularmente no combate ao câncer, com enorme benefício para os pacientes menos afortunados. Prótons acelerados pelos mecanismos descritos acima foram capazes de produzir reações nucleares numa demonstração clara de suas potencialidades[22]. A consolidação da tecnologia de aceleração de partículas a laser viabilizará seu uso em medicina para países como o Brasil. O IPEN/CNEN-SP possui o laser mais intenso do hemisfério sul. Este laser teve sua conclusão em 2006 e pode ser modernizado para atingir intensidades (1018 W/cm2) relativísticas e até, com algumas modificações, atingir altas intensidades, ou seja, intensidades da ordem de 1019 W/cm2 , se utilizarmos óptica adaptativa. Este tipo de óptica corrige dinamicamente possíveis aberrações do sistema de focalização. Nestas intensidades, é possível, com os alvos corretos, se acelerar prótons a energias cinéticas de 10 MeV, mesmo aténs de se contar com sistemas laser de PW que atingiram energias de 100 de MeV. Este nível de energia já é suficiente para produzir radioisótopos de meia vida curta em topo de mesa, com pode ser visto na figura 6, onde a secção de choque de reação de pick-up de prótons é mostrada em função da energia cinética dos mesmos. Entre as possíveis reações nucleares[23] estão as que produzem os radioisótopos 18F, 11C, 13N, 15O, 124I e 64Cu, usados em técnicas de PET-CT.

213

Figura 6. Secção de choque de vários elementos em função da energia cinética do próton Por uma iniciativa da FAPESP fui o representante Brasileiro num workshop sobre Lasers de Alta intensidade, em janeiro de 2001, num processo que vinha sendo discutido pela OECD (The Organisation for Economic Co-operation and Development) no seu Fórum Global de Ciência[24]. Neste workshop decidiu-se pela criação de um comitê internacional neste tema, o ICUIL - International Committee on Ultra-High Intensity Lasers[25], que faz parte da IPAP (International Union of Pure and Applied Physics[26], do qual faço parte desde a fundação. Em particular, o desenvolvimento de aceleradores a laser deu origem a um esforço conjunto entre a comunidade de lasers de alta intensidade e a comunidade de acelerador (ICFA-International Committee for Future Accelerators)[27] e dentro destes desenvolvimentos foi criado um Relatório[28] do departamento de Energia Norte-americano (2016) que aponta na direção de utilizar lasers para acelerar partículas em altas energias em sistemas compactos[28], pois há uma redução significativa em dimensões e custos e manutenção destes aceleradores a lasers. Um excelente artigo de revisão foi recentemente divulgado[29]. Um relatório consensual envolvendo a Academia de Ciências, a Academia de Medicina e a Academai de Engenharia vieram corroborar e instituir uma política de desenvolvimento destes lasers recentemente (outubro de 2018). A terapia denominada Protonterapia foi proposta em 1946 para tratamento de tumores profundos, tipicamente encontrados na estrutura cerebral[30, 31] Este uso decorre das características da interação dos prótons com o tecido biológico. A figura 7 exemplifica esta interação, mostrando que o feixe deposita sua energia de destruição do tecido no fim de sua trajetória, preservando mais o tecido que se encontra em sua trajetória. Desta forma, o conceito de usar aceleradores a laser para uso em medicina encontrou terreno fértil. Assim, vários artigos científicos de revisão e livros já descrevem a utilização de lasers para aceleração de partículas[8, 29]. Por outro lado, a detecção e o tratamento, do câncer são inicialmente assistidos por instalações de raios-X e aceleradores de partículas convencionais de custo elevado. Tais instalações permanecem inacessíveis a países em desenvolvimento[32].Aceleradores baseados em laser oferecem alternativas mais barata e compactas quando comparadas a aceleradores convencionais.

214

Figura 7. Perda de energia de feixe de prótons e de raios X em tecido biológico. Energia cinética de 200 MeV. O pico de Bragg ocorre em aproximadamente 25 cm dentro do tecido (curva em vermelho) quando o próton tem 200 MeV. Em preto a perda de energia de feixe de raios X, cujo máximo ocorre perto do início do tecido.

Este projeto de P&D pretende desenvolver aceleradores compactos, da próxima geração, para desenvolver aplicações na área médica. Este projeto compreenderá esforços de várias áreas, tratando-se de um projeto multidisciplinar. Muitas destas áreas já existem no IPEN, como a de lasers de alta potência, que produziu o laser mais potente do hemisfério sul. Há também competência nos outros institutos da CNEN. Na figura 6 é mostrado o segundo módulo de amplificação, totalmente desenvolvido no IPEN[33], com potência de 0,5 TW.

Figura 8. Cavidade amplificadora hibrida do sistema de ½ TW brasileiro.

Este projeto apresenta uma sinergia com o laboratório do LNLS, que tem interesse no desenvolvimento de novos aceleradores de partículas, a exemplo do LNLS e do projeto Sirius, que são aceleradores tipo Sincrotron, de elétrons. Além disso, esta área abrange a área de física nuclear, que tem especialistas tanto no IPEN como em outros institutos da CNEN ou da Universidade, a área de proteção radiológica, a área de tecnologia da radiações, a área de engenharia nuclear, tanto para concepção de rotinas de irradiação como de proteção radiológica, a área de materiais que envolverá nanotecnologia e dispositivos fotônicos, disponível tanto nos institutos da CNEN, como o IPEN, como no CNPEM, no Laboratório de Nanotecnologia, além de estar situado em um ambiente próprio para o manuseio de radiação como é o IPEN. Esta é uma técnica que pode também ser complementar e associada a de espalação para mitigar a longa vida dos radioisótopos frutos da fissão nuclear em reatores. Estes desenvolvimentos serão feitos principalmente em colaboração coma Diretoria de Radiofarmácia do IPEN, pois o Brasil tem uma medicina

215

nuclear desenvolvida (5% do consumo mundial) baseada numa Radiofarmácia que foi pioneira e responde pela quase totalidade de produção de radiofármacos do Brasil (situada no IPEN-CNEN/SP) e já contando com participação privadas na produção e uso clínico destes radioisótopos. A classe médica tem uma parceria longa e duradoura na medicina nuclear e tem no IPEN e na CNEN um grande parceiro. Além disso, procurar-se-á desenvolver uma parceria com as Universidades para internalizar este conhecimento no arcabouço de ensinamentos de física, além das unidades de pós-graduação da CNEN. Uma das mais importantes aplicações de aceleradores a laser é na medicina e já existem várias iniciativas[23, 34] para implementá-la. Apesar de todos os avanços, ainda existem muitos desafios científicos e tecnológicos para serem superados[31]. Existem centenas de laboratórios no mundo que apresentam estas intensidades (veja o mapa[35]), porém nenhum no hemisfério sul. Existem várias iniciativas de infraestrutura de pesquisa que compreendem lasers de grande porte, com potências na ordem de PW, como o ELI Consortium[36], além de iniciativas locais como na França, Alemanha[37],Estados Unidos (várias), Suécia, Coreia, várias no Reino Unido (e.g. o Central Laser Facility, do RCUK – Conselho de Pesquisa do Reino Unido)[38, 39]. Existem muitas iniciativas para a instalação de sistemas protótipos de aceleradores a laser para uso em medicina, dentre eles são conhecidos[40] :

Laboratoire d’Optique Appliquée - LOA, Palaiseau, France

Ion Acceleration Program at BNL ATF and UCLA

OncoRay - National Center for Radiation Research in Oncology, Dresden

Laser-Acceleration Studies at JAEA in Japan

The Munich Centre for Advanced Photonics (MAP)

ELIMED Prague

Selcuk/Strathclyde Consortium Konya, Turkey

Fox Chase Cancer Center, USA

Tabela 1. Laboratórios e clinicas que estão desenvolvendo aceleradores a laser para terapias oncológicas.

Dada a gravidade de alguns tumores, houve recentemente uma discussão no âmbito do Governo do Estado de São Paulo sobre a possibilidade de se instalar no complexo do Hospital das Clínicas um acelerador convencional para protonterapia, porém esta estrutura tem um custo de no mínimo[32] US$ 200.000.000, além de ocupar um espaço enorme. Este valor do empreendimento é impeditivo para sua viabilidade em países em desenvolvimento. Atualmente existem 39 instalações convencionais desta natureza no mundo, somente nos países desenvolvidos. O custo estimado de uma nova tecnologia a Laser a ser desenvolvida é esperado de ser uma ordem de magnitude menor que a tecnologia convencional existente. Apesar de estar no seu nascimento, esta nova tecnologia de aceleração já teve seus primeiros princípios demonstrados; entretanto ainda não se transformou em uma tecnologia corrente, necessitando ainda de muitos avanços, permitindo geração de conhecimento e inovações. Como apresentado na Fig. 5, quando as partículas estão no processo final de perda de energia e, portanto, em sua parada, é que há a maior perda de energia para o material (pico de Bragg). Assim, apesar de haver destruição de tecido na suja trajetória até o alvo, a maior destruição ocorrerá na região do tumor, que pode ser calculada a priori. Tipicamente prótons de 200 MeV penetram 25 cm no tecido biológico, permitindo atingir praticamente todas as áreas possíveis do corpo humano. Atualmente prótons são acelerados por aceleradores convencionais (cíclotrons). Este tratamento requer uma largura de banda estreita da energia dos prótons (tipicamente 1%) o que é difícil de se conseguir até o momento com aceleradores a laser, apesar dos inúmeros avanços já obtidos[41-43]. O uso de laser como aceleradores para protonterapia precisa de mais avanços, e resultados recentes com o uso de alvos líquidos de grande densidade mostraram resultados de aceleração de prótons a 2 MeV com lasers de poucos mJ de energia de pulso a altas taxas de repetição[44]. Este resultado inédito cria perspectivas de aceleração nos valores precisos para reações nucleares e em taxas de repetição bastante adequadas. Para caminhar nesta direção é preciso avançar no conhecimento fundamental destes novos processos.

216

Apesar de laser de grande potência já poderem acelerar prótons à quase uma centena de MeV, é necessário, para fins práticos, que sua energia atinja 200 MeV com largura de banda estreita e direcionalidade. Recentemente, o acoplamento de lasers de alta intensidade foi muito melhorado com o uso de alvos sólidos nano-estruturados (nanofios), criando uma nova perspectiva que devemos explorar[45]. Um artigo de revisão sobre as perspectivas de lasers de alta intensidade pode se encontra na revisão de Philip Bucksbaum[46]. 1.3 - Objetivo Geral

Uso de lasers como de aceleradores compactos de partículas: possíveis usos em medicina

1.4 - Insumos

1.4.1 – Custeio Descrever recursos de custeio destinados a diárias e passagens com o objetivo de:


Viagens do grupo brasileiro ao exterior

Local Período Objetivo (membros do grupo) Recursos de passagens e diárias

USA 7 dias Participação em seminários e visita a laboratórios

Europa 7 dias Participação em seminários e visita a laboratórios. Participar do Encontro do ICUIL

Asia 9 dias Participação em seminários e visita a laboratórios

USA 7 dias Participação em seminários e visita a laboratórios. Participar do Encontro do ICUIL

Europa 7 dias Participação em seminários e visita a laboratórios

Asia 7 dias Participação em seminários e visita a laboratórios. Participar do Encontro do ICUIL

USA 7 dias Participação em seminários e visita a laboratórios

217

Europa 7 dias Participação em seminários e visita a laboratórios. Participar do Encontro do ICUIL

Asia 7 dias Participação em seminários e visita a laboratórios. Participar do Encontro do ICUIL


local período objetivo custo

IPEN 10 dias Pesquisador para realizar experiência conjunta. Ministrar seminários e minicursos

IPEN 15 dias Técnico para instalar o novo laser



IPEN 15 dias Técnico para instalar novo laser ou novo sistema

As atividades típicas desta ação dependem de especialista externos com titulação de doutor e acima, não cobertas com as modalidades de bolsa PCI brasileiras. O bolsista fará parte de um grupo de pesquisadores cuja equipe consiste de: Dr. Nilson Dias Vieira Junior (coordenador) Dr: Ricardo Elgul Samad (pesquisador) Dr. Wagner de Rossi (pesquisador do IPEN, chefe do CLA) Dr. Edison Puig Maldonado (docente do ITA) MsC. Armando Zuffi (doutorando USP/IPEN) Dr. Sudeep Baneerji (Univ. Nebraska-Lincoln) e equipe Pós-doc FAPESP (a contratar) Dr. Roger Chammas – oncologista da USP. MsC. Fabio Bittenciurt Dutra Tabacow (bolsista PCI) 1.4.2 – Bolsas Descrever a necessidade de agregação de especialistas, pesquisadores e técnicos, com vistas à execução dos objetivos específicos do projeto 1, bem como, o quantitativo de bolsas PCI por nível necessárias à inclusão destes recursos humanos.

Formação Acadêmica / Titulação




Meses quantidade

Engenharia/Mestrado Meca-optoeletrônica

Mecânica 1, 2 e 3 D-C 36 2


Descrever as atividades que levarão ao cumprimento dos objetivos específicos do projeto Objetivo Específico 1:

218

Acelerar elétrons a energias relativísticas em alvos gasosos e gerar radiação X com fontes pontuais. A primeira fase consiste em acelerar elétrons a energias da ordem de MeV com esta nova tecnologia e viabilizar suas aplicações mais imediatas, tais como geração de raios X por fontes de pequenas dimensões e feixes de elétrons com energias relativísticas. Esta fase será realizada em nossos laboratórios que possuem uma infraestrutura única no país, com pequenos aprimoramentos. Para que este objetivo seja alcançado, devem-se atingir as metas a seguir:

1.1. Projeto e fabricação de bico injetor de gás (alvo móvel). 1.2. Caracterização de jatos de gás (interferômetro e imagem Schlieren). 1.3. Projeto e fabricação de câmara de vácuo para instalação de bico de gás, do sistema de focalização do feixe e de diagnóstico.

1.4. Simulações computacionais por elementos finitos (ANSYS 19.0) para dimensionar novos bicos injetores de gás visando homogeneidade de perfis gasosos e diferentes concentrações.

1.5. Desenho de experimento visando a injeção de elétrons com nosso laser. 1.6. Configuração do novo amplificador para aprimoramento do sistema laser de TW.

1.7. Configuração de sistema óptico para nova câmara de vácuo. 1.8. Geração de plasmas utilizando o novo sistema (bico + câmara de vácuo+ laser). 1.9. Projeto de interferômetro resolvido no tempo para caracterização da dinâmica do plasma. 1.10. Caracterização do plasma gerado (densidade de elétrons, grau de ionização, homogeneidade). 1.11. Geração e Detecção espectroscópica de wakefield a partir de plasma. 1.12. Montagem de um detector de elétrons (cintilador plástico). 1.13. Montagem de um espectrômetro de energia cinética dos elétrons (espectrômetro Thompson).

1.14. Introdução de óptica adaptativa. 1.15. Estudo sistemático e otimização do processo de aceleração em função de:

- Duração do pulso do laser, - Energia do pulso do laser, - Densidade do gás, - Focalização.

1.16. Produção de raios X. Caracterização espectral e geométrica dos feixes de raios X. Quantificação dos feixes. 1.17. Identificação dos usos dos rios x gerados na medicina por médicos, biólogos e usuários de radiações convencionais. Como resultados esperados desta etapa, espera-se que a câmara de vácuo e o bico de gás

estabeleçam as condições necessárias apara a obtenção do regime LPWA – aceleração no plasma por campo da esteira (wakefield) do laser de forma a podermos detectar elétrons acelerados pelo laser e caracterizá-los quanto à sua direcionalidade e a sua dispersão em energia, comparando-os com modelos computacionais já estabelecidos e que estão em implantação por nosso grupo (colega do ITA). Desta forma espera-se caracterizar o feixe de elétrons em sua dependência com os parâmetros do laser e do experimento, alternado o tipo de gás (atômico, biatômico) e suas possíveis ionizações, que determinarão a densidade de plasma produzida apelo laser e compará-la coma densidade crítica que é de 1,7 1021 elétrons/cm3. O parâmetro de injeção eletrônica depende desta densidade. No regime de aceleração possibilitado com o presente laser (que apresenta uma potência inferior a TW), espera elétrons com energia relativística ou sub-relativística, o que é suficiente para produzir raios X de MeV de energia por bremsstrahlung. Assim com a conclusão do objetivo 1, espera-se ter uma fonte de elétrons acelerados por laser e sua caracterização.

Em todas as etapas deste desenvolvimento haverá cooperação internacional e seus resultados intermediários e final deverão resultar em trabalhos publicados em periódicos de ampla circulação, além de apresentações em congressos nacionais e internacionais. Será estabelecido o conhecimento necessário para a definição de um laser mais potente para a próxima etapa.

219

Objetivo Específico 2: Nesta segunda fase, em função dos resultados obtidos no Objetivo Específico1, definir-se-á um laser com maior potência pico que o laser atual para acelerar elétrons para energias de centenas de MeV, além de prótons e íons a energias de dezenas de MeV, com estas energias poder-se-á estudar reações nucleares de topo de mesa induzidas por feixe de prótons. Será estudada a viabilidade de produção de radioisótopos por reações nucleares induzidas por laser para atender a demanda da classe médica brasileira. Esta etapa exigirá mais recursos, mais pessoal de formação multidisciplinares a definição de um o sítio para sua instalação, que será função da disponibilidade das instalações, seu investimento e manutenção. Para que este objetivo seja alcançado, devem-se atingir as metas a seguir:

2.1. Definição de um laser de maior potência pico. 2.2. Aprimoramento dos modelos de simulações computacionais por elementos finitos (ANSYS 19.0) para desenhar novos bicos injetores de gás e também de líquidos, visando a homogeneidade de perfis e diferentes concentrações. 2.3. Projeto de bico de injeção de líquido com escoamento supersônico. 2.4. Fabricação de bico de injeção de líquido para escoamento supersônico. 2.5. Caracterização do jato de líquido quanto a sua densidade, homogeneidade e composição (interferômetro e imagem Schlieren). 2.6. Aprimoramento e adaptação da câmara de para aceleração de prótons. 2.7. Focalização com o auxílio de óptica adaptativa do laser de maior potência pico visando o estabelecimento de plasma com as condições desenhadas no experimento. 2.8 Instalação da geometria do alvo e seu posicionamento para a aceleração de prótons.

2.9. Desenvolvimento de um detector de prótons. 2.10. Estudo das condições de geração de plasma e sua caracterização dinâmica. 2.11. Montagem de um espectrômetro de energia cinética dos prótons (espectrômetro Thompson). 2.12. Estudo sistemático do processo de aceleração em função de:

- Duração do pulso do laser, - Energia do pulso do laser, - Densidade do gás/líquido, - Focalização.

2.13. Estudo de alvos com nano estruturas de baixa concentração sólida com as condições experimentais já estabelecidas anteriormente. 2.14. Adequação das novas condições de alvo gasoso (novo regime de escoamento) para condições próximas a ressonância do LPWA para aceleração de elétrons. 2.15. Adequação do experimento para a aceleração e detecção de elétrons a energias da ordem de GeV. 2.16. Otimização do processo de aceleração e detecção de prótons para a sua máxima energias, definição do melhor alvo (líquido ou sólido). 2.17. Definição das reações nucleares de topo de mesa que podem ser induzidas por feixes de prótons). Otimização em conjunto com os parceiros medicina nuclear. 2.18. Projeto de sistemas de irradiação a laser para produção de radiofármacos. 2.19 Caracterização e adequação do feixe de prótons para injeção em estruturas aceleradoras convencionais. 2.20. Geração de raios X por freamento de prótons. 2.21. Caracterização dos feixes de raios X gerados; 2.22. Identificação dos possíveis usos destes raios X em medicina nuclear.

220

2.23. Identificação dos pontos de gargalo de aceleração de prótons para energias de centenas de MeV. 2.24. Definição de um novo laser e um novo desenho de alvo.

Ao fim deste objetivo, espera-se ter acelerado elétrons a centena de MeV, gerado radiação X de seu freamento e já iniciado seu uso em medicina nuclear e outras aplicações como imagens de alta definição de raios x. Espera-se também a obtenção de prótons acelerados à energia de dezena de MeV capazes de realizar reações nucleares de topo de mesa com produção de radioisótopos, em particular de meia vida curta de interesse em medicina nuclear. Será verificada a viabilidade de projetar um sistema compacto e de custo acessível para a produção de radioisótopos de meia vida curta com aceleradores a laser. Todas estas fases devem ser objeto de publicações e divulgação em congressos nacionais e internacionais, com exceção da última fase, que se for demonstrada viável, será objeto de patenteamento no total ou em partes. Objetivo Específico 3: Espera-se que neste momento possamos, em conjunto com a comunidade científica internacional e nacional, estabelecer um sistema laser potente o suficiente para permitir seu uso nas aplicações já mencionadas e ir além, com seu uso em formação de plasmas de altíssima temperatura e condições extremas de pressão, campos elétrico, magnético nuclear, proporcionando um primeiro sistema tipo FACILITY para uso de lasers de alta intensidade, permitindo acompanhar e inovar nesta área de pujança mundial. Nesta terceira fase, pretende-se definir um laser de classe mundial para acelerar prótons à máxima energia possível visando aplicações em protonterapia, que é um desafio global. Esta fase terá custos de centena de milhões de reais, além de uma estrutura própria, a exemplo de outros sítios científicos no mundo e no país.

Para que este objetivo seja alcançado, devem-se atingir as metas a seguir:

3.1. Aprimoramento do sistema desenvolvido com o objetivo de aumentar a energia de prótons. 3.2. Detecção do feixe de prótons a energias e caracterização de sua energia. 3.3. Definição de laser adequado a aceleração de prótons a altas energias. 3.4. Definição de um sitio para a instalação do novo laser e sistema de blindagem associada. 3.5. Estudo de prótons acelerados por laser em phantons. 3.6. Definição das estratégias médicas de uso dos prótons acelerados por laser em protonterapia. 3.7. Investigação prospectiva de novos desenvolvimentos com esta categoria de sistema laser No término deste Objeto específico 3, pretende-se ter uma inserção internacional desta ciência,

semelhante a países com desenvolvimento comparável ao Brasil. E produção acadêmica comparável a eles. Atualmente a contribuição científica dos países abaixo do equador nesta área é nula, incluindo o Brasil.


Ano de 2019

Atividade Jan. Fev. Mar Abril Mai Jun. Jul. Ago. Set Out Nov. Dez

1.1 x x x x x x x

1.2 x x x x x x x

1.3 x x x

221

1.4 x x x x x x x x x x x x

1.5 x x x

1.6 x x x

1.7 x x x x x x x x x

1.8 x x x x x x x x x x

1.9 x x x x x



1.12 x x x x x x

1.13 x x x x



1.16 x x x

1.17 x x x

2.1 x x x x

. Ano de 2020

Atividade Jan. Fev. Mar Abril Mai Jun. Jul. Ago. Set Out Nov. Dez






2.1



2.4 x x x x x x

2.5 x x x

2.6 x x x

2.7 x x

2.8 x x

2.9 x x x

2.10 x x

2.11 x x

2.12 x

2.13 x x

2.14 x x

2.15 x x x x

2.16 x x x x

2.17 x x x

2.18 x x x

2.19 x x

2.20 x x

2.21 x x

2.22 x x x

3.1 x x

Ano de 2021

Atividade Jan. Fev. Mar Abril Mai Jun. Jul. Ago. Set Out Nov. De

222


2.6 x x x


2.8

2.9 x x x x


2.11 x x x x x x


2.13 x x x x x x


2.15 x x x x x x x



2.18






2.24

3.1 x x x x x

3.2 x x x

3.3 x x x x

3.4

3.5

3.6

3.7

Ano de 2022

Atividade Jan. Fev. Mar Abril Mai Jun. Jul. Ago. Set Out Nov. De


2.6



2.11



2.14 x x x

2.15 x x x x x x



2.18 x x x x x x

2.19 x x x x



2.22 x x x x x x

2.23 x x x x

2.24 x x x

223

3.1 x x x x x x x x

3.2 x x x x x x x x

3.3 x x x x

3.4 x x x x

3.5 x x x x x

3.6 x x x

3.7 x x x

Sumário

Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022

1 2 1 2 1 2 1 2

Objetivo Específico 1 x x x x

Atividade Específico 2 x x x x x x x

Atividade Específica 3 x x

1.7 – Produtos

Denominam-se produtos, os frutos diretos e quantificáveis das atividades do projeto, entregues imediatamente pela realização de suas atividades [1]. Os produtos são classificados em: Artigo: artigos científicos a serem publicados em revistas indexadas revisadas pelos pares; Hardware: incorporação de sistemas, técnicas, simulações, dispositivos nos arranjos experimentais; Concepção: definição de novos rumos, novas experimentos ou possíveis usos. Ano de 2018

Atividade Produto

1.1 hardware

1.2 Trabalho em conferência

1.3 hardware


1.5 Projeto de concepção

1.6 hardware

Ano de 2019

Atividade Produto

1.7 hardware

1.8 hardware


1.10 Trabalho em conferência, artigo

1.11 artigo

1.12 hardware

1.13 hardware


1.15 artigo

1.16 Artigo


224

Ano de 2020

Atividade Produto

1.8 hardware


1.15 Trabalho em conferência, artigo

1.16 artigo

1.17 hardware

2.1 Projeto de concepção


2.3 hardware

2.4 hardware

2.5 hardware , Trabalho em

conferência

2.6 hardware



2.9 hardware

2.10 artigo

2.11 hardware

2.12 artigo

2.13 artigo


2.15 Hardware, Patente


2.17 Concepção

2.18 Concepção, patente

2.19 Concepção

2.20 hardware



2.23 Concepção

2.24 Concepção


Ano de 2021

Atividade Produto


2.6 hardware

2.7 hardware

2.8 hardware

2.9 hardware

2.10 artigo

2.11 hardware

2.12 artigo

2.13 artigo

2.14 Trabalho de conferência

2.15 artigo


225

2.17 Concepção

2.18 Concepção


2.20 hardware


2.22 Concepção

2.23 Concepção

2.24 Concepção

3.1 Concepção

3.2 Artigo, patente

3.3 Concepção

3.4 Concepção

3.5 Artigo

3.6 Concepção

3.7 Concepção

Ano de 2022

Atividade Produto

2.5 hardware

2.6 hardware

2.7 hardware

2.10 Artigo

2.11 hardware

2.12 Artigo

2.13 Artigo

2.14 Artigo

2.15 hardware

2.16 Artigo

2.17 Concepção

2.18 Concepção

2.19 Concepção

2.20 hardware

2.21 Artigo

2.22 Concepção

2.23 Concepção

2.24 Concepção

3.1 Concepção

3.2 Artigo

3.3 Concepção

3.4 Concepção

3.5 Artigo

3.6 Concepção

3.7 Concepção


226


Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Estabelecimento de técnica inédita de aceleração de elétrons no país

1 Feixe de elétrons com energias relativísticas

x x

Geração de raios X por fontes pontuais

1 Indicador 1 X X X x

Estabelecimento de técnica inédita de aceleração de prótons no país

2 Feixes de prótons e sua quantificação

x x x x

Testes de reações nucleares por aceleração com lasers

2 Produção de radioisótopos e sua quantificação

Xx X X

Aumento da energia dos prótons acelerados por laser

3 Feixe de prótons e sua quantificação

X x

1.9 Recursos Solicitados

Apresentar a totalidade de recursos solicitados para o Subprograma de Capacitação Institucional. Custeio: Recursos de custeio destinados exclusivamente a diárias e passagens com o objetivo de:


b) Possibilitar a participação de consultores ou instrutores especializados, brasileiros ou estrangeiros, como forma de complementação da competência das equipes, por ano. Bolsas:

PCI Categoria/

Nível Mensalidade


PCI-D A 5.200,00

B 4.160,00

227

C 3.380,00 36 1 121.680,00

D 2.860,00

E 1.950,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

Total (R$) 121.680,00


1. "Nobelprize.Org" (2017), retrieved 2017, http://www.nobelprize.org/. 2. D. Strickland and G. Mourou, "Compression of amplified chirped optical pulses," Opt. Commun.

56, 219-221 (1985). 3. B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, and M. D. Perry, "Nanosecond-

to-femtosecond laser-induced breakdown in dielectrics," Physical Review B 53, 1749-1761 (1996).

4. S. W. Bahk, P. Rousseau, T. A. Planchon, V. Chvykov, G. Kalintchenko, A. Maksimchuk, G. A. Mourou, and V. Yanovsky, "Generation and characterization of the highest laser intensities (1022 w/cm2)," Opt. Lett. 29, 2837-2839 (2004).

5. A. S. Kornev and B. A. Zon, "Keldysh theory of tunnel ionization of an atom in a few-cycle laser pulse field," Physical Review A 85, (2012).

6. T. Tajima and J. M. Dawson, "Laser electron-accelerator," Phys. Rev. Lett. 43, 267-270 (1979). 7. S. V. Bulanov, I. N. Inovenkov, V. I. Kirsanov, N. M. Naumova, and A. S. Sakharov, "Nonlinear

depletion of ultrashort and relativistically strong laser-pulses in an underdense plasma," Phys. Fluids B-Plasma 4, 1935-1942 (1992).

8. H. Daido, M. Nishiuchi, and A. S. Pirozhkov, "Review of laser-driven ion sources and their applications," Reports on Progress in Physics 75, (2012).

9. J. Faure, D. Gustas, D. Guénot, A. Vernier, F. Böhle, M. Ouillé, S. Haessler, R. Lopez-Martens, and A. Lifschitz, "A review of recent progress on laser-plasma acceleration at khz repetition rate," Plasma Physics and Controlled Fusion 61, 014012 (2019).

10. S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, and R. A. Snavely, "Energetic proton generation in ultra-intense laser-solid interactions," Phys. Plasmas 8, 542-549 (2001).

11. M. Nishiuchi, A. Fukumi, H. Daido, Z. Li, A. Sagisaka, K. Ogura, S. Orimo, M. Kado, Y. Hayashi, M. Mori, S. V. Bulanov, T. Esirkepov, K. Nemoto, Y. Oishi, T. Nayuki, T. Fujii, A. Noda, Y. Iwashita, T. Shirai, and S. Nakamura, "The laser proton acceleration in the strong charge separation regime," Phys. Lett. A 357, 339-344 (2006).

12. M. Passoni and M. Lontano, "Theory of light-ion acceleration driven by a strong charge separation," Phys. Rev. Lett. 101, (2008).

13. T. Esirkepov, M. Yamagiwa, and T. Tajima, "Laser ion-acceleration scaling laws seen in multiparametric particle-in-cell simulations," Phys. Rev. Lett. 96, (2006).

14. T. Esirkepov, M. Borghesi, S. V. Bulanov, G. Mourou, and T. Tajima, "Highly efficient relativistic-ion generation in the laser-piston regime," Phys. Rev. Lett. 92, (2004).

15. V. I. Veksler, "Coherent principle of acceleration of charged particles," in Symposium du CERN sur les Accélérateurs de Haute Energie et la Physique des Mesons π, (CERN, 1956), 80-83.

16. C. G. R. Geddes, C. Toth, J. van Tilborg, E. Esarey, C. B. Schroeder, D. Bruhwiler, C. Nieter, J. Cary, and W. P. Leemans, "High-quality electron beams from a laser wakefield accelerator using plasma-channel guiding," Nature 431, 538-541 (2004).

17. S. P. D. Mangles, C. D. Murphy, Z. Najmudin, A. G. R. Thomas, J. L. Collier, A. E. Dangor, E. J. Divall, P. S. Foster, J. G. Gallacher, C. J. Hooker, D. A. Jaroszynski, A. J. Langley, W. B. Mori, P. A. Norreys,

http://www.nobelprize.org/

228

F. S. Tsung, R. Viskup, B. R. Walton, and K. Krushelnick, "Monoenergetic beams of relativistic electrons from intense laser-plasma interactions," Nature 431, 535-538 (2004).

18. J. Faure, Y. Glinec, A. Pukhov, S. Kiselev, S. Gordienko, E. Lefebvre, J. P. Rousseau, F. Burgy, and V. Malka, "A laser-plasma accelerator producing monoenergetic electron beams," Nature 431, 541-544 (2004).

19. F. N. Beg, A. R. Bell, A. E. Dangor, C. N. Danson, A. P. Fews, M. E. Glinsky, B. A. Hammel, P. Lee, P. A. Norreys, and M. Tatarakis, "A study of picosecond laser-solid interactions up to 1019 w cm-2," Phys. Plasmas 4, 447-457 (1997).

20. K. Krushelnick, E. L. Clark, M. Zepf, J. R. Davies, F. N. Beg, A. Machacek, M. I. K. Santala, M. Tatarakis, I. Watts, P. A. Norreys, and A. E. Dangor, "Energetic proton production from relativistic laser interaction with high density plasmas," Phys. Plasmas 7, 2055-2061 (2000).

21. E. L. Clark, K. Krushelnick, M. Zepf, F. N. Beg, M. Tatarakis, A. Machacek, M. I. K. Santala, I. Watts, P. A. Norreys, and A. E. Dangor, "Energetic heavy-ion and proton generation from ultraintense laser-plasma interactions with solids," Phys. Rev. Lett. 85, 1654-1657 (2000).

22. K. Nemoto, A. Maksimchuk, S. Banerjee, K. Flippo, G. Mourou, D. Umstadter, and V. Y. Bychenkov, "Laser-triggered ion acceleration and table top isotope production," Appl. Phys. Lett. 78, 595-597 (2001).

23. K. W. D. Ledingham, P. R. Bolton, N. Shikazono, and C. M. C. Ma, "Towards laser driven hadron cancer radiotherapy: A review of progress," Applied Sciences-Basel 4, 402-443 (2014).

24. ICUIL, "High intensity laser, photon research, short pulse laser" (2017), retrieved http://www.icuil.org/about-icuil/history.html#detail;.

25. ICUIL, "International committee on ultrahigh intensity lasers germany" (2017), retrieved 2017, http://www.icuil.org/.

26. IUPAP, "Iupap: The international union of pure and applied physics" (2017), retrieved 2017, http://iupap.org/.

27. ICFA, "International committee for future accelerators" (2017), retrieved 2017, http://icfa.fnal.gov/.

28. U.S. Department of Energy - Office of Science, "Advanced accelerator development strategy report," (2016) (https://science.energy.gov/~/media/hep/pdf/accelerator-rd-stewardship/Advanced_Accelerator_Development_Strategy_Report.pdf).

29. T. Tajima, K. Nakajima, and G. Mourou, "Laser acceleration," Rivista Del Nuovo Cimento 40, 33-U102 (2017).

30. R. R. Wilson, "Radiological use of fast protons," Radiology 47, 487-491 (1946). 31. U. Linz and J. Alonso, "What will it take for laser driven proton accelerators to be applied to tumor

therapy?," Phys. Rev. Spec. Top.-Ac. 10, (2007). 32. A. Peeters, J. P. C. Grutters, M. Pijls-Johannesma, S. Reimoser, D. De Ruysscher, J. L. Severens, M.

A. Joore, and P. Lambin, "How costly is particle therapy? Cost analysis of external beam radiotherapy with carbon-ions, protons and photons," Radiother. Oncol. 95, 45-53 (2010).

33. R. E. Samad, G. E. C. Nogueira, S. L. Baldochi, and N. D. Vieira, "Development of a lamp-pumped cr : Lisaf laser operating at 20hz for a terawatt cpa system," in Laser beam control and applications, A. V. Kudryashov, A. H. Paxton, V. S. Ilchenko, A. Giesen, D. Nickel, S. J. Davis, M. C. Heaven and J. T. Schriempf, eds. (2006).

34. A. Giulietti, "Laser-driven particle acceleration towards radiobiology and medicine," in Biological and medical physics, biomedical engineering,, (Springer,, Switzerland, 2016),Vol. 1 online resource (xviii, 320 pages).

35. ICUIL, "Laser lab, intense laser labs world wide committee " (2017), retrieved 2017, http://www.icuil.org/activities/laser-labs.html.

36. "Eli delivery consortium | home" (2017), retrieved 2017, https://eli-laser.eu/. 37. Helmholtz Institute Jena, "Laser electron acceleration - helmholtz institute jena, germany",

retrieved 2017, https://www.hi-jena.de/en/research_areas/laser_particle_acceleration/laser_electron_acceleration/.

38. ICUIL, "Particle & radiation application, particles accelerator" (2017), retrieved 2017, http://www.icuil.org/activities/facilities.html.

http://www.icuil.org/about-icuil/history.html#detail

http://www.icuil.org/

http://iupap.org/

http://icfa.fnal.gov/

https://science.energy.gov/~/media/hep/pdf/accelerator-rd-stewardship/Advanced_Accelerator_Development_Strategy_Report.pdf

https://science.energy.gov/~/media/hep/pdf/accelerator-rd-stewardship/Advanced_Accelerator_Development_Strategy_Report.pdf

http://www.icuil.org/activities/laser-labs.html

https://eli-laser.eu/

https://www.hi-jena.de/en/research_areas/laser_particle_acceleration/laser_electron_acceleration/

https://www.hi-jena.de/en/research_areas/laser_particle_acceleration/laser_electron_acceleration/

http://www.icuil.org/activities/facilities.html

229

39. C. L. Facility, "Clf laser-driven ion acceleration" (2017), retrieved 2017, https://www.clf.stfc.ac.uk/Pages/Laser-driven-Ion-Acceleration.aspx.

40. "High power laser technology for accelerators", in ICFA Beam Dynamics Newsletter, (2011), p. 10-88, icfa-bd.kek.jp/WhitePaper_final.pdf

41. M. Sheehan, C. Timlin, K. Peach, A. Binik, W. Puthenparampil, M. Lodge, S. Kehoe, M. Brada, N. Burnet, S. Clarke, A. Crellin, M. Dunn, P. Fossati, S. Harris, M. Hocken, T. Hope, J. Ives, T. Kamada, A. J. London, R. Miller, M. Parker, M. Pijls-Johannesma, J. Savulescu, S. Short, L. Skene, H. Tsujii, J. Tuan, and C. Weijer, "Position statement on ethics, equipoise and research on charged particle radiation therapy," J. Med. Ethics 40, 572-575 (2014).

42. R. C. Miller, M. Lodge, M. H. Murad, and B. Jones, "Controversies in clinical trials in proton radiotherapy: The present and the future," Seminars in Radiation Oncology 23, 127-133 (2013).

43. K. Epstein, "Is spending on proton beam therapy for cancer going too far, too fast?," Brit. Med. J. 344, (2012).

44. J. T. Morrison, S. Feister, K. D. Frische, D. R. Austin, G. K. Ngirmang, N. R. Murphy, C. Orban, E. A. Chowdhury, and W. M. Roquemore, "Mev proton acceleration at khz repetition rate from ultra-intense laser liquid interaction," New Journal of Physics 20, 022001 (2018).

45. Y. Wang, S. Wang, A. Rockwood, B. M. Luther, R. Hollinger, A. Curtis, C. Calvi, C. S. Menoni, and J. J. Rocca, "0.85 pw laser operation at 3.3 hz and high-contrast ultrahigh-intensity lambda = 400 nm second-harmonic beamline," Opt Lett 42, 3828-3831 (2017).

46. "<16-18_opn_05_18.Pdf>."

https://www.clf.stfc.ac.uk/Pages/Laser-driven-Ion-Acceleration.aspx

230


TÍTULO DO PROJETO: SKIN-ON-A-CHIP: Plataforma microfluida para avaliação de equivalentes dermo-epidermicos.



Há muitos anos, ensaios que utilizam modelos animais têm servido como um meio de se

determinar a eficácia e a segurança de diversas substâncias e produtos, principalmente na área

farmacêutica, cosmética e de produtos para a saúde1. Esses ensaios, conhecidos como ensaios

pré-clínicos, tem a finalidade de proteger os consumidores de efeitos secundários indesejados

ou mesmo de danos graves para a saúde. Assim todos os ingredientes químicos dos chamados

produtos de consumo devem ser submetidos a uma avaliação toxicológica extensiva2.

Recentemente, a utilização de métodos alternativos ao uso de animais tem se tornado

cada vez maior e se tornou uma das maiores preocupações dos órgãos regulamentadores. Na

União Europeia, desde 2009, apenas os testes in vitro são permitidos para demonstrar a

segurança dos novos ingredientes cosméticos para a pele. No Brasil, a Rede Nacional de Métodos

Alternativos (RENAMA) e o Conselho Nacional de Controle de Experimentação Animal (CONCEA)

vêm adotando métodos alternativos validados por guias internacionais tais como a OECD.

Segundo a resolução normativa nº18 do CONCEA de 2014, com o apoio da Agencia Nacional de

Vigilância Sanitária (ANVISA) e outros órgãos de regulação e monitoramento, será obrigatório

no Brasil a adoção dos métodos alternativos a partir de 20192,3,4,5,6.

Neste contexto, um dos desafios no estabelecimento de novos métodos de ensaio in

vitro visa determinar parâmetros de avaliação de ingredientes, compostos ou materiais que

sejam potencialmente irritantes, corrosivos ou sensibilizantes2. Estes métodos de ensaio estão

baseados na reconstrução in vitro de equivalentes dermoepidérmicos7. O modelo celular

tridimensional in vitro é constituído por células do tipo queratinócitos e fibroblastos humanos

não transformados que formam um extrato córneo em camadas que representam as principais

classes lipídicas dos modelos in vivo8.

Na pesquisa em modelos biológicos tridimensionais, assim como para modelos de

equivalentes dermoepidérmicos reconstruídos, a ciência de engenharia de tecidos

231

vem se destacando nas últimas décadas e tem sido amplamente investigada no

desenvolvimento de uma nova linha interdisciplinar chamada de “human-on-a-chip” ou “tissue-

on-a-chip”, sem tradução especifica para o português, mas que se refere à possibilidade de se

avaliar o potencial toxico de substancias não apenas em tecidos humanos e células humanas, o

que já é realizado atualmente, mas por meio de um dispositivo (“chip”) que articule diferentes

cultivos celulares e teciduais em um sistema circulatório, e pelo qual seja possível simular os

efeitos de uma substância sobre a pele e de sua absorção.

O futuro desta tecnologia prediz a capacidade de recriar órgãos humanos, por meio de

cultura de células inseridas nestes dispositivos que simulem características do organismo

humano e, por apresentar preditivo muito superior às tecnologias atuais, visa ser aplicada em

testes pré-clínicos e clínicos.

A engenharia de tecidos é uma área interdisciplinar que através da combinação da

cultura celular ao uso dos biomateriais se mostra uma importante ferramenta a ser utilizada na

reconstituição de órgãos e tecidos9, 10. O conceito de engenharia de tecidos surgiu, em 1993,

quando o médico cirurgião Joseph P. Vacanti e o engenheiro químico Robert S. Langer

pesquisaram diversas formas de manipular células em laboratório, a fim de construir órgãos e

tecidos para transplante e desde então a engenharia de tecidos vem trazendo novos

entendimentos11, 12, 13.

O Presente projeto será desenvolvido por equipes alocadas em e diferentes Centros de

Pesquisas do Ipen, a saber Centro de Tecnologia das Radiações (CTR), Centro de Biotecnologia

(CB) e Centro de Laser e Aplicações (CLA). Nestes centros, já são desenvolvidos projetos

individuais que possibilitarão juntar esforços para a produção do Skin-on-a-chip.

A seguir, alguns exemplos do que vem sendo desenvolvido neste sentido:

No Laboratório de Processamento de Tecidos Biológicos, do CTR/IPEN, o Biobanco,

aprovado pela Plataforma Brasil em 25/02/2013 sob o número CAAE: 10867212.3.0000.5421,

garante o armazenamento correto das células originadas de tecidos biológicos humanos, e é

uma exigência do Comitê Nacional de Ética em Pesquisa (CONEP).

O Laboratório de Estudos Biológicos In Vitro, do CB/IPEN possui reconhecimento em

Boas Práticas de Laboratório (BPL) junto ao INMETRO e

232

ANVISA e garante a condução de teste e estudos aceitos por organismos internacionais tais

como o FDA, ISO e a OECD. As manutenções e preparos serão realizados em sala limpa Classe

10.000, com meios de cultura apropriados à 37º C com 5% de CO2.

No Laboratório de Microfluídica do CLA/IPEN estão sendo desenvolvidos sistemas

microfluídicos completos para diversos tipos de aplicações em química, bioquímica e processos

ambientais. Alguns exemplos são circuitos para ensaios tipo ELISA; para crescimento de

nanocristais; para controle de tamanho de nanopartículas metálicas; para síntese do

radiofármaco [18]FDG; para simulação de processos atmosféricos e de fluxo sanguíneo.

No Laboratório de Tomografia por Coerência Óptica (OCT-Optical Coherence

Tomography), CLA/IPEN são desenvolvidos modelos matemáticos semi-empíricos para meios

espalhadores, caracterização de tecidos biológicos quanto às suas propriedades ópticas visando

o desenvolvimento de métodos de diagnósticos, abordando processamento de sinais e imagens.


Este projeto está alinhado com o objetivo estratégico do Ipen em Pesquisa e

Desenvolvimento, descrito no documento do Plano Diretor 2011-2020, 2ª. Edição de 24 de

agosto de 2018, relacionados ao objetivo de tecnologias estratégicas área da saúde do

Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações.

Este projeto abordará inovação no desenvolvimento e validação de um dispositivo “Skin-

on-a-Chip” baseado em uma plataforma de microfluídica que permitirá a manutenção de

equivalentes de pele humana, compostos pelos compartimentos epidérmico e dérmico, com

análises ópticas e bioquímicas em tempo real, para fins de teste de segurança de radiofármacos,

fármacos, cosméticos e produtos para a saúde, avaliando os efeitos biológicos nas células e

estrutura da pele, com o objetivo de se cumprir futuras exigências regulatórias nacionais e

internacionais e posicionar competitivamente o IPEN no cenário interno e externo.


1. Cultura celular, viabilidade celular e preparo de tecidos humanos equivalentes

1.1. Captação de pele ou tecido adiposo para extração de células,

1.2. Cultivo “in vitro” das células extraídas dos tecidos, obedecendo às boas práticas de

cultivo celular,

233

1.3. Testes biológicos de citotoxicidade e sensibilização dos componentes estruturais dos

arcabouços e das próprias membranas, obedecendo às normas da OECD,

1.4. Validação “in vitro” dos modelos a serem utilizados com as células obtidas,

1.5 Produzir modelos de substitutos dermo-epidérmicos para testar os biossensores,

1.6. Incorporação dos modelos 2D e 3D aos dispositivos Skin-on-a-chip.

2. Microfabricação da Plataforma Skin-on-a-chip 2.1 Fabricação de Chips (devices-on-chips) a escalas micrométricas como sistemas biomiméticos em uma estrutura tridimensional (3D),

2.2 Incorporação de dispositivos que consistirão em canais 3D microfluídicos fabricados em vidro,

2.3 Adição ao circuito de válvulas, reatores, misturadores, bombas e aquecedores, 2.4. Adição de sistema automático de controle de vazão de reagentes com grande precisão.

3. Análises Bioquímicas por Biossensores de Óxido de Grafeno

3.1. Produção do nanocompósito a base de oxido de grafeno- funcionalizado com nanopartículas metálicas incorporada por radiação ionizante e com PEG-NH2,

3.2. Testar os biossensores em produtos de cultura celular em escala laboratorial,

3.3. Introduzir os nos devices–on-chip em escala micrométrica.

4. Caracterização da pele equivalente cultivada no “chip” 4.1. Determinação das camadas epidérmicas e possíveis alterações estruturais na plataforma microfluídica Skin-on-a-chip, por meio da técnica de Tomografia por Coerência Óptica (OCT),

4.2. Determinação da efetividade do skin-on-a-chip quanto à sua utilização em testes “in vitro”.

1.4 - Insumos






Participação em congressos das diferentes áreas Inscrições, diárias e passagens

0

Cursos de curta duração para aperfeiçoamento dos integrantes do projeto

Inscrições, diárias e passagens

0

Consultoria especializada nas diferentes áreas que compõe o projeto


234

– Bolsas

Descrever a necessidade de agregação de especialistas, pesquisadores e técnicos, com vistas à execução dos objetivos específicos do projeto 1, bem como, o quantitativo de bolsas PCI por nível

necessárias à inclusão destes recursos humanos.


Titulação




Meses

quantidade

Doutorado Ciências da Saúde

1 D-C 60 1

1.5 Atividades de Execução


Atividades Objetivo Específico

Indicadores Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Captação de pele ou tecido adiposo

para extração de

células

1 Células de 5 doadores por ano

Cultivo “in vitro” das células

extraídas dos tecidos,

obedecendo às boas práticas de

cultivo celular

1 Obtenção de 3 tipos celulares

(queratinócitos, fibroblatos e

mesenquimáis) provenientes das

biópsias dos doadores

Testes biológicos de citotoxicidade e sensibilização

dos componentes estruturais dos

arcabouços e das próprias

membranas, obedecendo às

normas da OECD

1 Padronização de ensaios de

citotoxicidade, sensibilidade e

irritação

Validação “in vitro” dos

modelos a serem utilizados com

as células obtidas

1

235

Produzir modelos de substitutos

dérmo- epidérmicos para

testar os biossensores

1 2 substitutos para testes dos sensores

Incorporação dos modelos 2D e 3D aos dispositivos Skin-on-a-chip

1 2 substitutos para o skin-on-a-chip

Fabricação de Chips (devices-

on-chips) a escalas micrométricas como sistemas

biomiméticos em uma estrutura tridimensional

(3D)

2 1 prova de conceito para dar

continuidade na elaboração da

plataforma

Incorporação de dispositivos que consistirão em

canais 3D microfluídicos fabricados em

vidro

2 1 piloto

Adição ao circuito de válvulas,

reatores, misturadores,

bombas e aquecedores

2 1 piloto

Adição de sistema automático de

controle de vazão de reagentes com grande precisão

2 1 piloto e 6 plataformas para

testes

236

Produção do nanocompósito a base de óxido de

grafeno- funcionalizado

com nanopartículas

metálicas incorporada por

radiação ionizante e com

PEG-NH2

3 Material suficiente para elaboração do

biossensores

Testar os biossensores em

produtos de cultura celular em

escala laboratorial

3 Produção de 2 biossensores para escala laboratorial

Introduzir os nos devices–on-chip

em escala micrométrica

3 6 biossensores para a plataforma

Determinação das camadas

epidérmicas e possíveis

alterações estruturais na

plataforma microfluídica Skin-

on-a-chip, por meio da técnica

de Tomografia por Coerência Óptica

(OCT)

4 Obtenção de 6 Skin-on-a-chip

prontos para uso

Determinação da efetividade do skin-on-a- chip quanto à sua utilização em

testes “in vitro”

4 Obtenção de 6 Skin-on-a-chip

prontos para uso

237

Produção de Ciência e

Tecnologia

1; 2; 3 e 4 Publicações em periódicos indexados, trabalhos

apresentados em congressos,

desenvolvimentos tecnológicos e

patentes

1.6 Cronograma de Atividades

Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Cultura celular, viabilidade

celular e preparo de tecidos

humanos equivalentes. Após a

captação das respectivas células

(pele: fibroblastos e

queratinócitos; tecido adiposo:

células mesenquimais), as

mesmas deverão ser mantidas

em cultura (ou congeladas para

futura utilização). Sendo essas

atividades necessárias em todos

os experimentos da área

biológica, estarão sempre

presentes até o final do

cronograma.

Microfabricação da Plataforma Skin-on-a- chip.

Análises Bioquímicas por Biossensores de Óxido de

Grafeno

Caracterização da pele equivalente cultivada no

“chip” Por meio da utilização da

técnica de Tomografia por

Coerência Óptica (OCT) será

possível a determinação das

camadas epidérmicas e possíveis

alterações estruturais na

plataforma microfluídica Skin-on-

a-chip. Assim será possível

determinar a efetividade do skin-

on-a-chip quanto à sua utilização

em testes “in vitro”.

238

1.7 Produtos



Produtos Objetivo Específico

Indicadores Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Células primárias armazenadas para testes. Por meio da

captação e cultivo de

diferentes tipos

celulares a partir de

doadores saudáveis,

mantemos uma

variedade celular,

além de quantidade,

sem a característica de

linhagem, pois são

células provenientes

de cultura primária.

Isso nos permite a

participação em outros

projetos, gerando

colaborações e

parcerias, nos

beneficiando com a

divulgação e

reconhecimento de

nossos trabalhos e de

nosso centro, além de

gerar publicações em

revistas

internacionais.

1 Células de 5 doadores por

ano

Ensaios de biocompatibilidade

1 Padronização de ensaios de

citotoxicidade, sensibilidade e

irritação

Produção de substitutos dérmo-

epidérmico. Uma vez

determinada a eficácia

desses substitutos, a

patente segue como

próximo passo.

1 2 substitutos para testes dos

sensores e 2 substitutos

para o skin- on-a-chip

239

Desenho e provas de conceito da plataforma

microfluidica com integração das

tecnologias

2 1 prova de conceito para

dar continuidade na elaboração da plataforma

plataforma microfluidica Skin-

on-a-chip

2 1 piloto e 6 plataformas para testes

Processamento do material para biossensores

3 Material suficiente para elaboração do biossensores

Produção de biossensores em

escala laboratorial

3 Produção de 2 biossensores para escala

laboratorial e 6 biossensores

para a plataforma

Determinação da efetividade dos

biossensores

4 Obtenção de 6 Skin-on-a-chip prontos para

uso

Redação de papers e/ou patentes;

apresentação de resultados em congressos e

eventos científicos de interesse do

projeto

1; 2; 3 e 4 2 publicações em periódicos indexados; 2

tecnologias; 1 patente; 6

apresentações de trabalhos

em congressos

240

1.8 Resultados Esperados



Resultados Objetivo Específico

Indicadores Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Fortalecer a 1; 2; 3 e 4 Elaboração de

infraestrutura Documentação

técnica, da Qualidade

laboratorial e de – Registros,

recursos verificações e

humanos para o padronizações

desenvolvimento estatísticas e

de tecnologias e POPs

inovações

relacionadas aos

processos de

pesquisa,

desenvolvimento,

validação e

registro das

tecnologias de

saúde produzidas

pelo IPEN

Aumentar a 1; 2; 3 e 4 Produção da

capacidade plataforma

laboratorial para Skin-on-a-chip

avaliação de

segurança de

radiofármacos e

produtos para a

saúde, análise da

qualidade e apoio

ao

desenvolvimento

de novas

tecnologias e

novos produtos

Aprimorar os marcos

regulatórios de biossegurança

1; 2; 3 e 4 Elaboração de Documentação da Qualidade – Registros,

verificações e padronizações estatísticas e

POPs e comparar os resultados obtidos na

plataforma com os testes exigidos

atualmente sobre

biossegurança

Acompanhar o estado da arte

mundial na produção de tecnologia de

ponta interdisciplinar a

partir das competências já desenvolvidas

individualmente pelos

pesquisadores do IPEN

1; 2; 3 e 4 2 publicações em periódicos indexados; 2

tecnologias; 1 patente; 6

apresentações de trabalhos em

congressos

1.9 Custeio:

Não disponível

242

1.11 Bolsas:

PCI

Categoria/ Nível Mensalidade (R$) Meses

Quantidade

Valor (R$)

PCI-D

A 5.200,00

B 4.160,00

C 3.380,00 60 1 202.800,00

D 2.860,00

E 1.950,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

Total (R$) 202.800,00


ANVISA (Agencia Nacional de Vigilância Sanitária). Guia para Avaliação de Segurança de Produtos Cosméticos. Brasília, 2ª edição, p. 9-71, 2012. MEWES, K.R.; FISCHER, A.; ZÖLLER, N.N.; LAUBACH, V.; BERND, A.; JACOBS, A.; VAN ROMPAY, A.; LIEBSCH, M.; PIROW, R.; PETERSOHN, D. Catch-up validation study of an in vitro skin irritation test method based on an open source reconstructed epidermis (phase I). Toxicology in Vitro, p. 238–253, 2016. RENAMA. Rede Nacional de Métodos Alternativos. Disponível em: http://renama.org.br/2012/09/metodos-alternativos/. Acesso em: 14 de agosto de 2016. BRASIL. Resolução Normativa Nº 17, de 3 de julho de 2014. Dispõe sobre o reconhecimento de métodos alternativos ao uso de animais em atividades de pesquisa no Brasil. Diário Oficial da União. Nº 126, Seção 1, 4 de julho de 2014. BRASIL. Resolução Normativa nº 18, de 24 de setembro de 2014. Reconhece métodos alternativos ao uso de animais em atividades de pesquisa no Brasil. Diário Oficial da União. Nº 185, Seção 1, 25 de setembro de 2014. COMISSÃO EUROPEIA. Relatório sobre o Desenvolvimento, a Validação e a Aceitação Legal de Métodos Alternativos aos Ensaios em Animais no Domínio dos Produtos Cosméticos (2008). Relatório da Comissão ao Parlamento Europeu e ao Conselho. Bruxelas, 2010. ISAAC, C.; REGO, F.M.; LADEIR, P.R.S.; ALTRAN, S.C.; OLIVEIRA, R.C.; ALDUNATE, J.L.C.B.; PAGGIARO, A.O.; FERREIRA, M.C. Construção de substituto da pele composto por matriz de colágeno porcino povoada por fibroblastos dérmicos e queratinócitos humanos: avaliação histológica. Rev. Bras. Cir. Plást. p. 504, 2012. OECD 439 - In vitro Skin Irritation: Reconstructed Human Epidermis Test Method. 2015. SILVA, F.M. Desenvolvimento, Caracterização e Estudo Pré-Clínico de Dispositivos Implantáveis Biocompatíveis Baseados no Polímero Poli(Ε- Caprolactona). Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. Universidade de São Paulo. São Paulo. 2011. OLIVEIRA, C.S.; NASCIMENTO, M.; JUNIOR, E.A.; CRUSOÉ, M.; BAHIA, P.; ROSA, F.P. Avanços e aplicações da bioengenharia tecidual. Revista de Ciências Médicas e Biológicas. p. 28-36, 2010.

http://renama.org.br/2012/09/metodos-alternativos/

243

LANGER, R.; VACANTI, J.P. Tissue Engineering. Science, v. 260, p. 920-926, 1993. LANGER, R. Tissue Engineering. Mol. Ther., v. 1, p. 12-15, 2000. BHATIA, S.N. INGBER. Microfluidic organs-on-chips. Nature Biotechnology, v. 32 (8), p. 760-772, 2014.

244


TÍTULO DO PROJETO: Difração de nêutrons no RMB e IEA-R1: modelagem, instrumentação e preparação de recursos humanos



O poder e a produtividade da pesquisa na área de nêutrons não podem ser questionados. Técnicas de caracterização baseadas em nêutrons promovem resultados cruciais para pesquisas pioneiras nas áreas de materiais, biotecnologia, física fundamental, etc - veja [1-4] para os mais recentes exemplos. Entretanto, experimentos com nêutrons podem ser um tanto exigentes: além de equipamentos de grande complexidade, tamanho, peso e custos, eles necessitam de uma fonte de nêutrons - o que pode ser uma condição inicial desafiadora. Não há razão, portanto, de não desenvolver infraestrutura para este tipo de experimentos quando esta condição é satisfeita como no caso do IEA-R1 (CRPq, IPEN). Além disso, é necessário olhar para qualquer resultado em potencial de experimentos com nêutrons realizados no CRPq como trabalho de base para o RMB. Assim, em concordância com a Estratégia Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação 2016|2022 (parágrafo 3, p. 76), no escopo de trabalho do presente projeto, duas direções gerais são propostas: preparar a infraestrutura para realizar experimentos de difração de nêutrons (DN) no IEA-R1 e desenvolver um plano detalhado para aqueles nas estações do RMB. O Laboratório Nacional de Feixes de Nêutrons (LNN) é uma instalação experimental projetada no RMB que deve oferecer uma variedade de estudos em espalhamento de nêutrons, incluindo difração de policristais de alta resolução, alta intensidade e difração de Laue [8-10]. Por enquanto, o projeto das endstations da difração, assim como os instrumentos, é restrito a descrições gerais não técnicas, com especificações representadas principalmente por trechos da documentação do reator OPAL. O plano representando a arquitetura exata das estações experimentais é crucial para projetar estações e planejar experimentos, assim como as simulações dos caminhos de feixes de nêutrons considerando a arquitetura dada. Tais simulações devem ser realizadas juntamente com o desenvolvimento do design, ajudando assim a otimização da estrutura da endstation. O difratômetro de policristais de alta resolução ARaponga (T04-1A-2) deve ser instalado na posição T04 da estação experimental na saída do guia de nêutrons térmicos 1A do RMB. Seu amplo escopo de aplicação inclui a determinação de cristais complexos e estrutura magnética, estudo da evolução estrutural e transformações de fase em vários meios, estudo do fenômeno da desordem estática e térmica, estudo de condutores iônicos, estudo dos materiais com capacidade de H-storage. O projeto atual se concentra em projetar a seção Araponga da linha 1A. Propomos uma série de simulações visando a otimização da óptica e instrumentação de nêutrons e, portanto, atingindo parâmetros ideais e alta eficiência dos experimentos na linha ARaponga. Um pacote contemporâneo para simulação de experimentos de espalhamento de nêutrons, McStas, será adaptado para este propósito. Projetar instalações com pacotes como o McStas e similares é uma

245

prática comum na comunidade de nêutrons de hoje e precede experimentos reais nas principais instalações de nêutrons do mundo. As instalações de difração de nêutrons de jure disponíveis no IEA-R1 incluem o difratômetro Aurora [5, 6] e um espectrômetro de três eixos [7]. O último não está operacional e, para torná-lo, grandes investimentos são necessários. O difratômetro Aurora está operacional, porém não está sendo utilizado, uma vez que a aposentadoria dos pesquisadores responsáveis se sobrepôs ao novo regime de operação do reator (8h por dia, 4 dias por semana), ambos fatores comprometendo os possíveis experimentos. Isto levanta dois problemas: a necessidade de treinar uma nova geração de especialistas em difração de nêutrons e a adaptação do Aurora para o presente regime operacional do IEA-R1. Este projeto tem a intenção de lidar com ambos os problemas. Ressaltamos que o ressarcimento de recursos humanos também foi designado como uma ação necessária na Estratégia Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação 2016|2022 (sessão "Formação e atração de recursos humanos", p. 79). Por fim, a formação da comunidade de usuários do RMB é desafiadora. A atual situação com difração de nêutrons no Brasil e na América do Sul em geral é complicada - os grupos que usam ou pretendem usar difração de nêutrons em suas pesquisas estão espalhados e sofrem com a falta de comunicação, o que compromete o desenvolvimento desta comunidade. Além dos objetivos indicados, com este projeto pretende-se promover a difração de nêutrons (como técnica de caracterização de alta performance) juntamente com o RMB (como instalação de pesquisa promissora), contribuindo para estabelecer a comunicação entre grupos interessados e a formação do “pool” de usuários para as novas instalações do LNN. 1.3 - Objetivo Geral

O objetivo geral do projeto pode ser formulado como o desenvolvimento da infraestrutura e recursos humanos na área de difração de nêutrons para aplicação nas estações da difração do RMB. Duas direções devem ser seguidas a este respeito: (A) modelagem da estação experimental de alta resolução de difração de policristais Araponga seguida da simulação de um experimento típico e (B) atualização do difratômetro de policristais existente Aurora e sua adaptação para o novo regime de funcionamento do reator IEA-R1, cujos resultados serão usados como base para o modelo do difratômetro do RMB. Além disso, pretendemos promover a DN auxiliando na formação do pool de usuários do LNN para RMB (C). A seguir, especificamos os objetivos requeridos para alcançar A, B, AB e C. Objetivo Específico A.1 Preparando o capital da informação inicial: uma revisão completa da geometria e dos parâmetros dos difratômetros de policristais de alta resolução existentes e das endstations onde eles estão instalados, visão geral da documentação, se disponível. Ênfase em FIREPOD (BER II, HZB, Alemanha) e ECHIDNA (OPAL, Austrália). Objetivo Específico A.2 Construindo um modelo básico da linha do Araponga com um número restrito de elementos.

246

Objetivo Específico A.3 Testando o modelo básico, obtendo resultados adequados (realistas) da simulação no McStas. Inclusão dos elementos de monitorização adicionais para um controle completo do feixe de nêutrons. Objetivo Específico A.4 Construção do modelo otimizado detalhado da linha Araponga. Inclusão de elementos adicionais de moderação de feixe. Objetivo Específico A.5 Obtenção de estimativas realistas adequadas dos parâmetros de feixe de nêutrons com o McStas para o modelo da linha desenvolvido. Obtendo imagem realista ao simular experimentos de difração com o McStas. Objetivo Específico B.1 Detector sensíveis ao posicionamento (Position Sensitive Detector, PSD), modelagem de sinal pré-amplificado dos seus elementos: Adaptação para módulos contemporâneos de aquisição digital (VMEs e NIMs das gerações mais recentes). Objetivo Específico B.2 2θ calibração do PSD. Objetivo Específico B.3 Aquisição e instalação dos novos digitalizadores multicanais. Objetivo Específico B.4 Correções relativas à geometria do detector para acumulação de padrões de difração adequados. Objetivo Específico B.5 Novo ambiente de amostra adaptável às estações experimentais da difração do RMB: Integração do sistema criogênico. Objetivo Específico AB Adquirir experiência em operar as endstations de difração em funcionamento, assim treinando especialistas em difração de nêutrons com a perspectiva de operar as estações no RMB. Objetivo Específico C Promoção da difração de nêutrons como técnica de pesquisa na comunidade científica brasileira. Promoção do RMB. Formação de pool de usuários para difração de nêutrons e RMB. Estabelecer contatos com a comunidade internacional de difração de nêutrons. 1.4 - Insumos

1.4.1 – Custeio Solicitamos um apoio para participação da equipe do desenvolvimento do presente projeto nos eventos relacionados a DN e de ciência de nêutrons em geral. Informamos que eventos de pesquisa

247

tais como congressos, conferências, etc serão visitados pelo coordenador do projeto Frederico Antonio Genezini e a bolsista. As escolas de pesquisa de nêutrons serão visitadas pela bolsista. Para realização dos experimentos nas instalações necessita-se a formação de uma equipe de pesquisadores. Convidamos o Prof. Artur Wilson Carbonari (CRPq, IPEN) para fazer parte de tal equipe. O Prof. Carbonari está atualmente desenvolvendo o projeto “Nanopartículas magnéticas dopadas com elementos emissores de radiação para tratamento intracelular de tumores”, na fronteira da física e da medicina nuclear, estando em excelente concordância com as estratégias nacionais na área de pesquisa nuclear (p. 110, “Estratégia Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação 2016|2022”). Um dos pontos cruciais deste projeto é ter controle total sobre a estrutura magnética das nanopartículas. Os padrões de difração de nêutrons são mais que perfeitos para monitorar tal estrutura, de modo que se espera que tanto o projeto atual quanto o mencionado se beneficiem extremamente dos experimentos da DN com amostras de nanopartículas magnéticas.



Participação nos eventos nacionais e internacionais relacionados a DN, tais como congressos, reuniões e conferências (2 pessoas: coordenador e bolsista)

8 passagens internacionais, 8 períodos de 7 dias com diárias a U$100,00

59.240,00

Participação nas escolas de pesquisa relacionadas a DN (1 pessoa: bolsista)


22.215,00

Realização de experimentos da DN nas instalações internacionais (3 pessoas: coordenador, bolsista e pesquisador colaborador)


88.860,00

1.4.2 – Bolsas O presente projeto implica diversas atividades que podem ser realizadas de maneira eficiente pelo especialista com formação nível Doutorado completa. Enfatizamos que as tarefas do projeto implicam trabalhos na parte da instrumentação, programação e pesquisa fundamental. Por isso solicita-se uma bolsa PCI-DC como descrito abaixo. Indicamos como candidata para esta bolsa a Dra. Anastasia Burimova que atualmente está participando no upgrade do difratômetro Aurora no âmbito do projeto do PCI “Desenvolvimento de métodos de aquisição de dados para equipamentos de difração neutrônica para estações experimentais” e participa nos projetos da física de materiais com grande interesse em uso da DN.


Titulação




Meses quantidade

Doutorado Física 1-6 DС 60 1


Atividades Indicadores Metas

248


2019

2020

2021

2022

2023

Atividade 1: Coletar informações sobre estações de difração das principais instalações mundiais: revisão da literatura

A.1 Revisão disponível

Atividade 2: Coletar informações sobre estações de difração das principais instalações mundiais: contatar pesquisadores responsáveis para detalhes da documentação oficial, especialmente na parte de instrumentação

A.1 Revisão disponível

Atividade 3: Levando em conta a revisão, ou seja, o resultado das atividades 1-2, estabelecer um conjunto básico ideal de elementos para uma linha de difração - um modelo teórico básico da endstation

A.2 Esquema simplificado da endstation

Atividade 4: Instalação do pacote de simulação de ray-tracing de nêutrons McStas

A.3 Pacote instalado e funcionando

Atividade 5: Testando o pacote McStas: sistemas simples

A.3 Output adequado da simulação

Atividade 6: Preparar o arquivo tipo “instrument” do McStas para o modelo básico

A.3 Arquivos do tipo “instrument” do McStas com parâmetros dos componentes ajustados

Atividade 7: Com o arquivo do tipo “instrument” obtido dentro da atividade 6, executar simulações para o modelo básico, ajustar os parâmetros dos elementos ópticos e do feixe

A.3 Output adequado da simulação

Atividade 8: Modelar uma estação de difração de nêutrons escolhida entre as existentes nas principais instalações do mundo e executar simulações de McStas para ela

A.4 Arquivos do tipo “instrument” do McStas com parâmetros dos componentes ajustados, Output adequado da simulação

Atividade 92: Incluir novo(s) elemento(s) adaptado(s) da

A.4, A.5 Modelo otimizado da linha da difração de policristais de alta

2 Como 9 é complexo e, o que é mais importante, é uma atividade de otimização cíclica sem número predefinido de ciclos, sua duração foi ampliada por 2 anos. Ressaltamos que isso não deve impedir o monitoramento, já que ele poderia ser feito após cada ciclo da otimização.

249

atividade anterior ao modelo básico, executar simulação, ajustar parâmetros, repetir até otimizar

resolução. Arquivos do tipo “instrumento” do McStas contendo todos os componentes e seus parâmetros, output realista da simulação

Atividade 10: Busca de elementos inovadores (especialmente para sistema de detecção) para permitir a redução de custos do difratômetro e da linha

A.4 Novos elementos incluídos no modelo detalhado da linha. Redução dos custos de construção da linha modelada

Atividade 11: Instalação (temporária) do módulo VME de última geração para testes (no caso da disponibilidade o módulo tipo NIM também pode ser instalado, e atividades 14-15 realizadas)

B.1 Módulo instalado (temporário) e disponível no rack do Aurora

Atividade 12: Fabricação do circuito de modelagem de sinais baseado no modelo recentemente desenvolvido (são necessários dois circuitos iguais para modelar sinais nas duas extremidades de cada tubo- detector)

B.1 Circuito pronto para atividades a seguir

Atividade 13: Aquisição de sinais (modelados pelo circuito) pelo módulo instalado

B.1 Sinais adquiridos e salvados pelo software associado a módulos e disponíveis em arquivos de dados para manipulações a seguir

Atividade 14: Processamento de sinais coletados: integração de sinal e estimativa da posição do evento

B.1 Scripts desenvolvidos e exemplos de sinais processados

Atividade 15: Calibrar PSD usando a máscara de absorção de nêutrons com superfície de óxido de gadolínio e haste de plástico na posição da amostra

B.2 Picos ajustados com curvas gaussianas. Melhor ajuste para posição de pico / posição de evento encontrado. PSD calibrado

Atividade 16: Baseando-se nas informações obtidas devido às atividades 12-13, escolher os digitalizadores mais apropriados para a aquisição de dados no Aurora

B.3 Formalização da solicitação dos digitalizadores

250

Atividade 17: Compra de digitalizadores escolhidos com os recursos fornecidos pela FAPESP

B.3 Documentação de validação de compra

Atividade 18: Quando chegar, testar os digitalizadores adquiridos

B.3 Estabelecimento do status dos digitalizadores. Relatório apresentado

Atividade 19: Integrar os digitalizadores no sistema

B.3 Digitalizadores instalados

Atividade 20: Desenvolver aparelhos matemáticos para levar em conta os aspectos da geometria do PSD

B.4 Aparelho matemático eficiente

Atividade 21:Baseando-se nas fórmulas obtidas como resultado da atividade 20, desenvolver os scripts para correções de dados

B.4 Os scripts funcionais e resultados da sua aplicação: correção da posição

Atividade 22: Aquisição do criostato com o apoio da FAPESP

B.5 Documentação de validação de compra. Equipamento pronto para instalação

Atividade 23: Instalação do criostato. Resolver problemas técnicos associados

B.5 Equipamento instalado

Atividade 24: Submissão de propostas de pesquisa para experimentos de difração de nêutrons nas principais instalações mundiais (incluindo HZB e NIST)

AB, C Propostas submetidas e aprovadas

a definir baseando-se nas chamadas das instalações

Atividade 25: Realização de experimentos da DN no exterior

AB, C Resultados dos experimentos em artigos submetidos e publicados

a definir

Atividade 26: Seminários e apresentações sobre DN, RMB, modelo de difratômetro Araponga

C Seminários apresentados a definir

Atividade 27: Visitar eventos internacionais dedicados aos experimentos com nêutrons e escolas de pesquisa da área

C Certificados a definir


Atividades Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

251

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1

Atividade 2

Atividade 3

Atividade 4

Atividade 5

Atividade 6

Atividade 7

Atividade 8

Atividade 9

Atividade 10

Atividade 11

Atividade 12

Atividade 13

Atividade 14

Atividade 15

Atividade 16

Atividade 17

Atividade 18

Atividade 19

Atividade 20

Atividade 21

Atividade 22

Atividade 23

Atividade 24 a definir baseando-se nas chamadas das instalações

Atividade 25 a definir



1.7 – Produtos

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Modelos das endstations do Araponga de diferente complexidade

A.3-5 Esquemas de modelos de estações experimentais disponíveis.

Arquivos “instrument” do McStats, i.e. peças de códigos prontas para simulação

A.3-5 Arquivos “instrument” do McStas disponíveis

252

das “beamlines”

Arquivos outputs das simulações do McStas

A.3-5 Resultados das simulações disponíveis, apresentados de forma conveniente e conclusiva

Scripts e software

A.3, B.1, B.2, B.4

Apresentação de scripts e manuais de software “crafted”, instalação do software

Equipamento adquirido

B.3, B.5 Equipamento instalado e/ou disponível para instalação

Propostas de pesquisa para instalações internacionais

AB Propostas escritas e submetidas, submissão e publicação de artigos baseados nos resultados obtidos


Resultados Objetivo


Metas

2019

2020

2021

2022

2023

Resultado 1: Projeção do modelo da estação experimental T04-1A-2

A. 1-5

Modelo otimizado da estação experimental com parâmetros realistas dos elementos ópticos ao longo do caminho de nêutrons inteiro

Resultado 2: Simulações de feixes de nêutrons na estação experimental T04-1A-2 do RMB

A. 1-5 Apresentação de resultados obtidos nas simulações na forma de relatórios,

253

seminários e artigos nas revistas científicas

Resultado 4: Upgrade do difratômetro Aurora do IEA-R1

B. 1-5 Aquisição de novos módulos eletrônicos para aquisição de dados, apresentação de scripts para processamento de sinais. Aquisição e instalação de novos equipamentos para aumentar a versatilidade dos experimentos DN

Resultado 1: Formação e extensão do “pool” de usuários da DN no Brasil. Formação dos especialistas em DN

C Apresentação dos seminários, participação nas reuniões e eventos nacionais e internacionais

Resultado 2: Criação de vínculo entre o IPEN e a comunidade internacional de pesquisa de nêutrons

C Submissão de propostas para experimentos de nêutrons, contatos com grupos de pesquisa no exterior do Brasil, participação nos eventos e escolas da DN, realização de experimentos da DN nas instalações fora do Brasil

Custeio: Não disponíveç 1.9 Bolsas:

PCI Categoria/

Nível Mensalidade

(R$) Meses

Quantidade

Valor (R$)

PCI-D

A 5.200,00

B 4.160,00

C 3.380,00 60 1 202.800,00

D 2.860,00

E 1.950,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

254

Total (R$) 202.800,00


[1] G. Song et al. High Temperature Deformation Mechanism in Hierarchical and Single Precipitate Strengthened Ferritic Alloys by In Situ Neutron Diffraction Studies, Scientific Reports, 7, 45965, 2017 [2] A. Cereser et al. Time-of-Flight Three Dimensional Neutron Diffraction in Transmission Mode for Mapping Crystal Grain Structures, Scientific Reports, 7, 9561, 2017 [3] V. Pipich and D. Schwahn, Densification of Supercritical Carbon Dioxide Accompanied by Droplet Formation When Passing the Widom Line, Physical Review Letters, 120, 145701, 2018 [4] R. G. Heigl et al. Crossover from a Linear to a Branched Growth Regime in the Crystallization of Lysozyme, Crystal Growth & Design, 18 (3), pp. 1483–1494, 2018 [5] C. B. W. Parente et al. Aurora – A high-resolution powder diffractometer installed on the IEA-R1 research reactor at IPEN-CNEN/SP. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 622: pp. 678–684, 2010 [6] V. L. Mazzocchi et al. Neutron Diffraction Patterns Measured with a High-Resolution Powder Diffractometer Installed on a Low-flux Reactor. IAEA-CN-188, pp. 1–8, 2010 [7] C. Fuhrmann. Projeto e construção de um espectrómetro de cristal de três eixos para nêutrons e verificação do desempenho por meio da medida das relações de dispersão do cobre. PhD Thesis, 1979 [8] J. A. Perrotta. RMB: The new Brazilian multipurpose research reactor. Presentation at INAC XIX ENFIR, 10: pp. 1–70, 2015 [9] J. A. Perrotta. Interview on RMB for Brazil-MRS, 2016 URL http://sbpmat.org.br/pt/ [10] RMB technical documentation

http://sbpmat/

255


TÍTULO DO PROJETO: Otimização do processo de obtenção de 99Mo e 131I usando traçadores radioativos



Atualmente, o tecnécio-99m, 99mTc, é o radioisótopo mais utilizado na Medicina Nuclear.

Estima-se que sejam realizados 90.000 procedimentos de diagnósticos por imagem utilizando

99mTc diariamente no mundo. Os Estados Unidos é o maior consumidor de tecnécio-99m do

mundo, realizando de 40.000 a 50.000 de procedimentos diariamente , ou seja, cerca de 50% da

produção mundial. A China, por sua vez, registrou aumento de 5% no consumo de 99Mo/99mTc

nos últimos cinco anos e prevê que o consumo continuará aumentando devido aos investimentos

em programas de desenvolvimento na área de Medicina Nuclear. [1]

O 99mTc é obtido pelo decaimento de molibdênio-99, 99Mo, que por sua vez é utilizado

para abastecer geradores 99Mo/99mTc que são distribuídos em clínicas especializadas, para a

distribuição de várias doses de 99mTc. Segundo a CNEN, em 2015 a oferta de 99Mo no Brasil é da

ordem de 4% da demanda mundial (2015) e essa demanda vem continuamente crescendo nos

últimos anos. Além disso, os geradores 99Mo/99mTc representam 62,73% do faturamento da

Comissão, reforçando a importância deste radioisótopo para o país.

Figura 1. Comparação da receita dos principais produtos fornecidos pela CNEN em 2016 (Fonte

CNEN, 2017).

256

Por isso, esta importante ferramenta de diagnóstico precisa ser produzida continuamente,

visto que o 99Mo tem um meia-vida de 66 horas e o 99mTc, somente 6 horas. A interrupção no seu

fornecimento causaria cancelamento e atrasos nos resultados dos exames, como aconteceu em

200, com a paralisação dos reatores do Canadá e Bélgica. Com o aumento da capacidade de

produção nos últimos anos, devido à entrada de novos países produtores, tem mantido o equilíbrio

entre a produção e a demanda. A CNEN, responsável pela manutenção dos radiofármacos no país,

é dependente da capacidade de fornecimento do mercado mundial, dos preços praticados nesse

mercado, bem como da variação cambial. A principal estratégia utilizada pela CNEN é a

diversificação do número de fornecedores, na medida do possível. Em 2014, a CNEN adquiriu o

99Mo da Argentina, do Canadá e da África do Sul e, em 2015, iniciou também a aquisição da Rússia

[2].

A situação de suprimento continuará a requerer cuidados e um planejamento adequado

para minimizar os riscos da falta de fornecimento. A situação do mercado requer um

monitoramento constante com revisões periódicas para a proposição de nova capacidade de

produção para o mercado [3,4].

Com o objetivo de resolver este problema de dependência dos países produtores de 99Mo,

o Brasil desenvolve o projeto do Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), iniciado em 2009, para

pesquisas na área nuclear e para uma produção estimada de 1000 Ci/semana de 99Mo.

Desde 2011, o grupo responsável pelo desenvolvimento do processo de produção do 99Mo

e separação do 131I tem realizado um grandes avanços nos estudos dos processos de produção de

99Mo e 131I, inclusive através de projetos contemplados no Programa de Capacitação

Institucional (PCI). Desde então, o processo escolhido para o RMB prevê a dissolução alcalina dos

alvos UAlx , de acordo com o processo utilizado na Argentina. As etapas de dissolução, conversão

do H2 em vapor d´água, separação do 131I, purificação do 99Mo e sublimação do produto final

foram estudadas. Neste novo projeto pretende-se otimizar o processo desenvolvido, inclusive

sugerindo uma diminuição de etapas, o que de extrema importância na produção de radioisótopos

de meia vida curta, além do importante fator de redução de custos e perdas operacionais. O uso de

traçadores radioativos se fará necessário para simular as reais condições, ainda que aproximadas,

de um alvo irradiado.

Vale ressaltar que, dentre as atividades do Projeto RMB, existe uma previsão para a

construção de um processo piloto para produção de 99Mo em menor escala, no IPEN. Nesta

unidade piloto serão aplicados os parâmetros aqui estudados, sendo que esta definição destes

257

parâmetros é muito importante para o planejamento do processamento dos radioisótopos 99Mo

e 131I. Existe, também, um grande interesse em formar equipes de trabalho experientes para o

RMB, de forma que, a aquisição de bolsistas pelo PCI tem se mostrado uma forma valiosa para

formação de profissionais aptos para, possivelmente, participar da implantação e funcionamento

do RMB.

1.3 - Objetivos

Capacitar os membros do grupo, sobretudo os bolsistas envolvidos, através do estudo da

otimização das etapas do tratamento do 99Mo e do 131I, sugerindo de processos alternativos que

possam diminuir o número de etapas necessárias e, ao final do projeto, propor o processamento

completo para 99Mo e do 131I, a fim de atingir o grau de pureza farmacêutica para aplicações

médicas. Este estudo será relevante para a implantação e funcionamento das instalações da futura

planta do RMB, tanto do ponto de vista de processo, quanto de formação de recursos humanos.


(1) Aperfeiçoar o método cromatográfico de troca iônica, através dos estudos de

redimensionamento de coluna, a fim de encontrar a condição ideal para realização da

separação de 99Mo e 131I minimizando perdas, gasto de reagente e tempo de processo.

(2) Desenvolver metodologia alternativa para realização da purificação em resina quelante,

sem a necessidade de realizar a complexação com tiocianato, com base em trabalhos

descritos pela literatura.

(3) Desenvolver uma metodologia satisfatória para etapa de evaporação que precede a

sublimação de 99Mo, aumentando o rendimento do processo e possibilitando o a

realização do processo com maiores quantidades de amostra.

(4) Otimizar o processo de sublimação do 99Mo, através do estudo da curva de aquecimento

e da adaptação do forno para realização de ensaios com maior quantidade de amostra.

(5) Desenvolver método de purificação de 131I por cromatografia, com base nos processos

disponíveis na literatura, realizados por outros países

(6) Promover melhorias no processo de purificação de 131I via extração por solvente.

258

(7) Participar do desenvolvimento da unidade piloto do processamento, previsto pelo Projeto

RMB, viabilizando os parâmetros previamente estudados a fim de propor um processo

completo para produção de 99Mo e 131I.

(8) Publicar os trabalhos em revistas científicas e/ou em eventos nacionais e internacionais da

área nuclear, além da redação de relatórios técnicos a fim de registrar os avanços

alcançados e integrar os pesquisadores da área nuclear. Existe, também, a possibilidade de

gerar patentes.

1.4 - Insumos

1.1.1 - Custeio

A troca de conhecimento e experiência através do contato com os outros profissionais da

área é muito importante no contexto deste projeto para a formação de pesquisadores com know-

how, e consequentemente, para a efetivação da produção nacional de 99Mo e 131I pelo RMB.

Além disso, informações sobre metodologias de obtenção de radioisótopos muitas vezes não

podem ser encontradas detalhadamente na literatura. Desta forma, a realização de viagens e

participações em congressos é relevante para o desenvolvimento deste projeto, para o contato

com profissionais da área em outros lugares do país e do mundo.

Atualmente, a equipe envolvida no desenvolvimento do processo de separação e

purificação dos radioisótopos 99Mo e 131I é composta por:

(a) Coordenadora: Dra Christina Aparecida Leão Guedes de Oliveira Forbicini

(b) Pesquisador IPEN: MSc Marcos Oliveira Damasceno

(c) Bolsista PCI: MSc Fernanda Alves da Silva Marques

Serão realizadas participações em congressos e visitas técnicas em empresas, previstos

para ocorrerem no exterior, conforme a disponibilidade de recursos. As visitas técnicas e

participações em congressos serão realizadas pelo pesquisador Marcos O. Damasceno e pelos

bolsistas em vigência. Na Tabela a seguir estão listados os possíveis eventos e as visitas técnicas a

serem realizados.

259

Finalidade Item de Custeio Valor (R$)

Congressos e eventos internacionais:

International Nuclear Atlantic Conference –

INAC, em 2019 (local ainda não divulgado);

International Conference on Isotopes & Expo

(10ICI), na Malásia, em 2020;

Conference of World Academy of Science,

Engineering and Technology, em 2020 (local a

confirmar);

99Mo Topical Meeting, do Argonne National

Laboratory (EUA), em 2019/ 2020 (local ainda

não divulgada);

Inscrição do evento, diárias e

passagens aéreas 0

Visitas técnicas oficiais:

Centro Atómico Ezeiza (CAE) e Centro Atómico

Constituyentes (CAC) em Buenos Aires, Argentina,

através do contato o pesquisador Pablo R. Cristini, da

Comisión Nacional de Energía Atómica, CNEA.

Mallinckrodt Medical B.V., em Petten na

Holanda.

Diárias e Passagens Aéreas 0

Bolsas

260

Conforme já citado anteriormente, o PCI vem desempenhando um papel importante para

o desenvolvimento deste projeto através da contratação de bolsistas qualificados, tanto para o

andamento dos estudos quanto para a formação de profissionais que possam prosseguir na área

nuclear, sobretudo, para manutenção do RMB.

A seguir são listadas as bolsas requeridas para o desenvolvimento do projeto.

Formação

Acadêmica ou

Titulação

Área de Experiência Objetivo

Específico

PCI

categoria/n

ível

Meses Quantidade

Mestrado Química / Engenharia

Química

1, 2, 3, 4,5, 6

e 7 D-C 24 1


Com base nos resultados obtidos nos estudos anteriores, no atual projeto estão previstas

atividades para aperfeiçoamentos das etapas de separação e purificação de 99Mo e 131I através

de ajustes e/ou modificações nestes processos, com intuito de revisar os procedimentos até então

adotados, sobretudo aqueles que apresentaram dificuldades na execução. Nesta fase do projeto,

diversos traçadores radioativos serão utilizados para simular as condições de um alvo irradiado e

serão monitorados por Espectrometria Gama, para determinação dos rendimentos do processo, e

consequentemente, avaliar as melhores condições estudadas. Além disso, com a constante revisão

da literatura, novas possibilidades de estudos mostram-se promissoras, o que reforça a necessidade

da continuidade.

Entre as atividades (estudos) previstas neste projeto, estão:

261

Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Realizar ensaios de cromatografia utilizando

colunas de diversos tamanhos, com diferentes

quantidades de resinas e diferentes tipos e

volumes de eluente.

1

Rendimentos do processo superiores a

70%, medidos por Espectrometria

Gama.

X

Estudar e planejar experimentos para

purificação de 99Mo, visando aplicação de

método alternativo que não se utiliza a reação

de complexação de tiocianato

2



Gama.

X

Realizar experimentos utilizando método

alternativo sem tiocianato e avaliar com base

nos rendimentos dos ensaios.

2



Gama.

X

Realizar os ensaios de evaporação da amostra

de 99Mo, utilizando diferentes volumes e

diferentes formas de aquecimento com base na

literatura.

3



Gama .

X X

262

Se necessário, realizar modificações no cadinho

e possivelmente no forno tubular, para

otimização da etapa de evaporação e

sublimação da amostra de 99Mo.

3



Gama.

X X

Testar diferentes parâmetros da curva de

aquecimento com as modificações realizadas. 3 e 4



Gama.

X X

Desenvolver método de purificação de 131I por

cromatografia, com base na literatura. 5



Gama .

X X

Promover melhorias no processo de purificação

deste radioisótopo via extração por solvente 6



Gama.

X X

Participar do projeto piloto de processamento

de radioisótopos, prevista pelo Projeto RMB,

viabilizando a aplicação dos parâmetros

estudados e propondo um processo completo

para obtenção de 99Mo e 131I.

7

Rendimentos do processo superior a

80% e artigos científicos publicados,

bem como possível registro de patente

sobres estes resultados.

X X

263

Redigir e publicar trabalhos em revistas

científicas e/ou em eventos nacionais ou

internacionais da área nuclear. Elaborar

relatórios técnicos.

8

Trabalhos aceitos e publicados por

revistas e congressos científicos, bem

como possível publicação de patentes.

X X X X X

264

1.6 - Cronograma de Atividades

1.7 - Produtos

Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Realizar ensaios de cromatografia utilizando colunas de diversos

tamanhos, com diferentes quantidades de resinas e diferentes tipos

e volumes de eluente.

Estudar e planejar experimentos para purificação de 99Mo, visando

aplicação de método alternativo que não se utiliza a reação de

complexação de tiocianato

Realizar experimentos utilizando método alternativo sem tiocianato

e avaliar com base nos rendimentos dos ensaios.

Realizar os ensaios de evaporação da amostra de 99Mo, utilizando

diferentes volumes e diferentes formas de aquecimento com base

na literatura.

Se necessário, realizar modificações no cadinho e possivelmente no

forno tubular, para otimização da etapa de evaporação e

sublimação da amostra de 99Mo.

Testar diferentes parâmetros da curva de aquecimento com as

modificações realizadas.

Desenvolver método de purificação de 131I por cromatografia,

com base na literatura e promover melhorias no processo de

purificação deste radioisótopo via extração por solvente.

Propor um processo completo para obtenção de 99Mo e 131I para

ser desenvolvido na unidade piloto de processamento de

radioisótopos, prevista pelo Projeto RMB,

Pesquisa Bibliográfica

Redigir e publicar trabalhos em revistas científicas e/ou em eventos

nacionais ou internacionais da área nuclear.

265

Na tabela seguir apresenta os produtos das atividades do projeto com base nas atividades

realizadas.

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Processo

cromatográfico

otimizado para

separação e purificação

de 99Mo e 131 I

1 e 2

Rendimentos superiores

a 70% e publicação dos

estudos em artigos

científicos e congressos,

bem como possíveis

registros de patentes

sobre este processo.

X

Processo otimizado de

purificação de 99Mo

por sublimação

3 e 4


a 70% e divulgação dos

estudos em artigos


bem como a possíveis



X

Processo de purificação

de 131I por

cromatografia e

extração por solvente

5 e 6



estudos em artigos





X

266

Processamento

completo para

obtenção de 99Mo e

131 I em uma planta

piloto.

7



estudos em artigos




sobre este

processamento.

X

Profissionais

capacitados,

atualizados e

preparados para

atuação na área.

Objetivo

Geral

Publicação de artigos

científicos, resumos e

apresentações em

revistas e congressos

científicos, bem como

possíveis registros de

patentes.

X X X X X

Trabalhos publicados

(artigos, apresentações

em congressos, etc.) e

registro de patente.

8

Artigos, apresentações,

resumos, aceitos por

revistas científicas ou

congressos da área, bem

como a possibilidade de

registro de patentes.

X X X X X

1.8 - Resultados Esperados

A seguir, são apresentados os resultados esperados com a realização das atividades do projeto.

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

267

Obtenção de 99Mo e

131I livre de

contaminações e na

especificações

farmacêuticas.

1,2,3,4,5 e 6

Grau de pureza,

previsto pela

Farmacopéia

Brasileira e

respectiva

publicação destes

resultados em

revistas e eventos

científicos, e

patentes, se o caso.

X X X

Efetividade na

aplicação parâmetros

de purificação e

separação estudados no

projeto piloto

7

Artigos científicos,

apresentações em

congressos e

possíveis registros

de patentes.

X X

Viabilidade na

implantação do RMB,

em Iperó

7

Processos com

rendimentos acima

de 80% e definir

outros valores de

referência. Além da

respectiva

publicação destes

resultados em

revistas, eventos

científicos e

patentes, se o caso.

X

Divulgação e registro

dos avanços realizados 8


participações em

congressos e


de patentes.

X X X X X

268

Parcerias, colaborações

e integração entre

pesquisadores.

8

Artigos científicos

publicados e

participações em

eventos científicos

X X X X X

Capacitação dos

profissionais, sobretudo

dos bolsistas.

Objetivo

geral


participações em

congressos e


de patentes.

X X X X X

1.9 - Recursos Solicitados

Custeio:

Não disponível

1.10 Bolsas:

PCI Categoria/

Nível

Mensalidade


PCI-D

A 5.200,00

B 4.160,00

C 3.380,00 24 1 81.120,00

D 2.860,00

E 1.950,00

F 900,00

PCI-E 1 6.500,00

2 4.550,00

Total (R$) 81.120,00

269


[1] National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2018. Opportunities and Approaches for

Supplying Molybdenum-99 and Associated Medical Isotopes to Global Markets: Proceedings of a

Symposium. Washington, DC: The National Academies Press. doi: https://doi.org/10.17226/24909.

[2] Ministério da Ciência, Tecnologia e Educação, Comissão Nacional de Energia Nuclear. Relatório de gestão

de exercício de 2016. 2017; Disponível em:

<http://www.cnen.gov.br/images/cnen/documentos/acesso_a_informacao/Rel-gestao-2016.pdf> . Acesso

em 26 de junho de 2018.

[3] J. P. CABOCEL, Association of Imaging Produvcers & Equipment Suppliers (European Industrial

Association for Nuclear Medicine and Molecular Healthcare), Nov 2008.

[4] K. CHARLTON, 2016 Medical Isotope Supply Review: 99Mo/99mTc Market Demand and Production

Capacity Projection 2016-2021, NEA 2016.

[5] SAMEH, A.; ACHE, H.J. Radiochim. Acta, n. 41, p. 65 e 72, 1987.

[6] S. DITTRICH, Sciende and Technology of Nuclear Installations, Volume 2013, Article ID 514894, 2013.

[7] VUCINA, J.et al., Nucl. Technol. & Rad. Protection –1/2009

[8] NAIR, A.G.C. et al., Radiochim. Acta, v. 57, p. 29-31, 1997.

[9] BALL, R.M., Nucl. Eng. Intern., v. 15, p. 2, Dec. 1995.

[10] CESTAU, D. et al., RERTR 2007.

[11] VANDEGRIFT, G.F.et al., RERTR, 1986.

[12] BLANCO, R.E., Symposium on the Reprocessing Irradiated Fuels, Brussels, Belgium, 20-25 May, 1957

[13] VANDERGRIFT, G.. RERTR 2009.

[14] WU, D. et al. ANL-CMT/CP-87759, 2009.

[15] National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2009. Medical isotope production without

highly enriched uranium. The National Academies Press. Washington, D.C., 2009.

[16] DASH, A., R.KNAPP JR. F. F., PILLAI, M. R. A. Mo99/ Tc99m separation: Na assessment of technology

options. Nuclear Medicine and Biology, v. 40, p. 167-176, 2013.

https://doi.org/10.17226/24909

270

Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste - CRCN-NE

TÍTULO DO PROJETO: SÍNTESE E CONTROLE DE QUALIDADE DO 2-[18F] FLÚOR-DESOXI-D-GLICOSE [FDG (18F)] EM PRESENÇA DO AGENTE REDUTOR ÁCIDO ASCÓRBICO NO CENTRO REGIONAL DE CIÊNCIAS NUCLEARES DO NORDESTE



Os radiofármacos são compostos que tem em sua composição um radionuclídeo, e são utilizados em

Medicina Nuclear para diagnóstico e terapia de várias doenças (OLIVEIRA et al., 2006; European

Pharmacopeia, 2005). Para aplicações de diagnóstico em Medicina Nuclear utilizam-se radiofármacos que

apresentam na sua constituição radionuclídeos emissores de radiação α ou emissores de pósitrons (β+), já

que o decaimento destes radionuclídeos dá origem à radiação eletromagnética penetrante, que consegue

atravessar os tecidos e pode ser detectada externamente (OLIVEIRA et al., 2006). Ao ser administrado ao

paciente, o radiofármaco é atraído para o órgão ou processo metabólico específico ficando temporariamente

retido. As emissões decorrentes do material radiativo presente no medicamento atravessam o corpo do

paciente e interagem com os detectores formando a imagem (OLIVEIRA et al., 2006).

A Tomografia por Emissão de Pósitron (Positron Emission Tomography - PET) forma a imagem através

de compostos marcados com radionuclídeos emissores de pósitrons, realizando um estudo bioquímico in

vivo, com alta flexibilidade e sensibilidade, tornando a tecnologia PET uma das mais poderosas técnicas de

imagem molecular na atualidade (BARBOSA, 2013; BRIX et al. 2002). Atualmente, o 2-[18F] Flúor-desoxi-D-

glicose [FDG (18F)] é um dos principais radiofármacos produzidos no Brasil para exames de Tomografia por

Emissão de Pósitrons (PET) (LEÃO et al, 2013). O FDG- 18F, é um radiofármaco de meia vida curta, análogo de

glicose no qual o grupo hidroxila do carbono 2 da molécula é substituído por um átomo de flúor radioativo.

Como a glicose, o FDG- 18F é absorvido pelas células por transporte facilitado e então é fosforilado pela

hexoquinase. Porém, o FDG- 18F não pode ser metabolizado porque o grupo hidroxila no carbono 2 é

essencial para o processo, formando o FDG- 18F, que é um bom indicador de viabilidade celular e de captação

de glicose, sendo utilizado principalmente no diagnóstico de câncer, doenças neurológicas e cardíacas (FELTES

et al 2011; Yu et al, 2006]. Por outro lado, o FDG- 18F é um radiofármaco instável a temperaturas elevadas,

pH alcalino e em soluções com concentrações radioativas elevadas (> 300 mCi/mL) por causa da radiólise

(FAWDRY et al., 2007). Este fenômeno consiste na dissociação das moléculas de água na presença de radiação

ionizante. Tal efeito pode ser mais pronunciado em concentrações radioativas mais altas (SANTOS, 2015).

271

Este processo compromete a estabilidade do radiofármaco por que gera peróxido de hidrogênio ‘in situ’ que

acelera a taxa de decomposição do FDG e encurta sua vida útil. Os estabilizantes redutores podem retardar a

taxa de decomposição e melhorar a vida útil para o fabrico em grande escala de FDG em soluções com

concentrações radioativas elevadas. (FAWDRY et al., 2007).

O FDG (18F) é sintetizado rotineiramente pelo Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste

(CRCN/NE), órgão vinculado a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), e enviado a hospitais do Recife,

Natal, João Pessoa e Alagoas (LEAO et al, 2013). Devido à grande distância entre o CRCN-NE e alguns dos

hospitais onde serão realizados os exames PET, faz-se necessário a produção de FDG (18F) com concentrações

radioativas elevadas, o que pode comprometer a estabilidade do radiofámaco ao longo do tempo, devido a

radiólise, caso ao intervalo entre a síntese e a administração no paciente seja muito elevado. Portanto, o

objetivo deste estudo é a síntese e o controle de qualidade do FDG (18F) em presença do agente redutor

ácido ascórbico visando a determinação não apenas dos parametros fisico-químicos estabelecidos nas

farmacopéias vigentes como também um estudo da toxicidade deste redutor em relação a variação da

concentração a ser adicionada no radiofarmáco FDG (18F). Os resultados obtidos com este projeto visam

também um aumento na validade do radiofármaco produzido na DIPRA, subsidiando ações para um aumento

na capacidade produtiva da DIPRA e possibilidades de oferta do FDG (18F) para clientes mais distantes. Este

projeto é uma continuidade do projeto PCI ESTUDO DA ESTABILIDADE DO 2-[18F] FLÚOR-DESOXI-D-GLICOSE

[FDG (18F)] EM PRESENÇA DE AGENTES REDUTORES (Processo 300613/2017-2), desenvolvido no período

anterior na DIPRA. Além disso, este projeto está alinhado à Ação PPA 2478 - Produção de Substâncias

Radioativas para a Área Médica da CNEN e AÇÃO CNEN - 24780000011 - Produção de Radioisótopos e

Radiofármacos.


Síntese e o controle de qualidade do FDG (18F) em presença do agente redutor ácido ascórbico

visando a determinação não apenas dos parametros fisico-químicos estabelecidos nas farmacopéias vigentes como também um estudo da toxicidade deste redutor em relação a variação da concentração a ser adicionada no radiofarmáco FDG (18F). Objetivo Específico 1:

Implementar a síntese do radiofármaco FDG(18F) em presença do agente redutor ácido ascórbico no Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste (CRCN-NE). Objetivo Específico 2:

272

Realizar estudos de toxicidade e controle de qualidade a fim de determinar o prazo de validade do medicamento em concentrações de radioatividade variadas. Objetivo Específico 3:

Auxiliar na elaboração dos Procedimentos Operacionais Padrão (POP’s) a partir dos resultados obtidos no estudo. 1.4 - Insumos






Treinamento em estudo de estabilidade de longa duração (CDTN)

5/2 0

Treinamento em adaptações em módulo de síntese (IPEN)

5/2 0

1.4.2 – Bolsas Descrever a necessidade de agregação de especialistas, pesquisadores e técnicos, com vistas à execução dos objetivos específicos do projeto 1, bem como, o quantitativo de bolsas PCI por nível necessárias à inclusão destes recursos humanos.


Titulação




Meses quantidade

Graduado Química

Industrial 1 a 3 D-D 60 1

Perfil do Bolsista para o projeto Requisita-se para realização do projeto escrito, um candidato que seja graduado em Química Industrial, com experiência mínima de um ano, que seja capacitado tecnicamente em desenvolver atividades laboratoriais físico-químicas e microbiológicas relacionadas ao uso de equipamentos analíticos de alto desempenho e que tenha experiência em radiofarmácia sobre síntese, controle de qualidade de radiofármacos PET e pesquisas relacionadas. É preferível candidato que tenha perfil proativo, multidisciplinar e que trabalhe bem em equipe. 1.5 - Atividades de Execução

273


Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023


Atividade 2 1 Indicador 1 X




Atividade 6 1 e 2 Indicador 4 X



Atividade 9 3 Indicador 6 X X

Atividade 10 1 e 2 Indicador 7 X X X X X

Atividade 11 1 e 2 Indicador 8 X X X X X

ATIVIDADES

1. Revisão bibliográfica sobre a produção e controle de qualidade do 18F-FDG;

2. Estudo das possíveis vias de adição de ácido ascórbico na síntese do 18F-FDG e sua produção com o

estabilizante;

3. Estabelecimento do processo de síntese com adição do ácido ascórbico via Synthera® e

fracionamento via módulo de fracionamento Theodorico®;

4. Realização dos ensaios físico-químicos e microbiológicos;

5. Realização do estudo de estabilidade do FDG-18F com ácido ascórbico;

6. Validação das metodologias analíticas;

7. Realização dos ensaios de toxicidade;

8. Auxiliar na elaboração/atualização dos procedimentos operacionais padrão (POPs), registros e

validações da síntese e testes de controle de qualidade físico-químico e estabilidade do FDG-18F com

a adição do estabilizante ácido ascórbico para revisão junto ao Serviço de Garantia da Qualidade da

DIPRA;

9. Auxiliar na elaboração dos procedimentos operacionais padrão (POPs), registros e validações dos

testes de controle de qualidade microbiológico e estudo de toxicidade do FDG-18F com a adição do

estabilizante ácido ascórbico para revisão junto ao Serviço de Garantia da Qualidade da DIPRA

10. Redação/Publicação de 01 artigo científico em revista Qualis por ano

11. Redação de 01 relatório de atividades desenvolvidas com indicadores/produtos obtidos por ano

274

INDICADORES

1. Protocolos de síntese definidos;

2. Protocolos para o controle da qualidade definidos;

3. Metodologias analíticas e bioanalíticas validadas;

4. Prazo de validade do FDG-18F com estabilizante ácido ascórbico estabelecido;

5. Toxicidade.do FDG-18F com estabilizante ácido ascórbico em células de PBMCs estabelecida;

6. Procedimentos operacionais padrão (POPs), registros e validações redigidos; e

7. Artigos científicos publicados em revista qualis no quantitativo de 01 por ano.

8. Relatórios de atividades com resultados obtidos no ano


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 X X X X X X X X X X

Atividade 2 X

Atividade 3 X

Atividade 4 X X

Atividade 5 X

Atividade 6 X

Atividade 7 X X

Atividade 8 X X

Atividade 9 X X



1.7 – Produtos

Denominam-se produtos, os frutos diretos e quantificáveis das atividades do projeto, entregues imediatamente pela realização de suas atividades [1].

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Produto 1 1 Indicador 1 X X X

Produto 2 2 Indicador 2 X X X X

Produto 3 3 Indicador 6 X X X X X

Produto 4 1 e 2 Indicador 7 X X X X X

Produto 5 1 a 3 Indicador 8 X X X X X

Produtos

275

1. Protocolos de síntese concluídos/redigidos;

2. Protocolos para os ensaios de controle da qualidade e estudos de toxicidade concluídos/redigidos;

3. Procedimentos operacionais padrão (POPs), registros e validações redigidos e em revisão pelo

Serviço de Garantia da Qualidade da DIPRA ;

4. Artigos científicos publicados em revista Qualis no quantitativo de 01artigo por ano 5. Relatórios de atividades com resultados obtidos no ano no quantitativo de 01 por ano.



Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Resultado 1 1 e 2 1 e 2 X X X

Resultado 2 1 e 2 4 X X X X X

1. Metodologias analíticas e bioanalíticas validadas;

2. Prazo de validade do FDG-18F com estabilizante ácido ascórbico estabelecido;


[1]BARBOSA, J. F, J.F.; BOLOGNESI, L. - Radionuclídeos Utilizados Em PET/CT e Suas Aplicações - 2a. Jornada

Científica e Tecnológica da FATEC de Botucatu, 2013.

[2]BRIX, G. et al. A survey of PET activity in Germany during 1999. Eur. J. Nucl. Med. Vienna, v. 29, n.8, p. 1091-

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276

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277


TÍTULO DO PROJETO: Síntese e caracterização do radiofármaco 18F-PSMA: avaliação de parâmetros de eficácia, toxicidade e especificidade para diagnóstico de câncer de próstata.



O câncer tem sido apontado como uma das principais causas de mortes por doença no mundo, causando

impactos cada vez maiores na sociedade. Segundo o National Cancer Institute dos EUA (NCI-NIH), o câncer

representa um conjunto de mais de duzentas doenças relacionadas caracterizadas pela presença de células

tumorais com divisão celular descontrolada. Essas células têm capacidade de alcançar tecidos adjacentes ou

de metastização para tecidos distantes, desprendendo-se de seu sítio de origem por meio da corrente

sanguínea ou do sistema linfático.

De acordo com as estatísticas disponíveis, o câncer afeta parcela expressiva na população mundial e

tem sido uma das principais causas de morte. Segundo estimativas da Organização Mundial de Saúde – OMS,

no ano 2030, podem-se esperar 27 milhões de casos incidentes de câncer, 17 milhões de mortes por câncer

e 75 milhões de pessoas vivas com câncer. O maior efeito desse aumento vai incidir em países de baixa e

média renda (WHO, 2015). Assim, os avanços nos âmbitos da promoção de saúde, diagnóstico e tratamento

são extremamente benéficos ao prognóstico.

Estima-se, para o Brasil, no biênio 2018-2019, a ocorrência de mais de 600 mil casos novos de câncer,

para cada ano. Essas estimativas refletem o perfil de um país que possui os cânceres de próstata, pulmão,

mama feminina e cólon e reto entre os mais incidentes. Depois do câncer de pele não melanoma, o câncer de

próstata é o mais incidente entre os homens em todas as regiões do país e o quinto em número de morte,

com 96,85/100 mil na Região Sul, 69,83/100 mil Região na Sudeste, 66,75/100 mil na Região Centro-Oeste,

56,17/100 mil na Região Nordeste e 29,41/100 mil na Região Norte. Se tratando de câncer de próstata, são

estimados 68.220 casos novos de câncer para cada ano do biênio 2018-2019. Esses valores correspondem a

um risco estimado de 66,12 casos novos a cada 100 mil homens, sendo um dos maiores problemas de saúde

pública (INCA, 2018; WONG et al., 2016).

O câncer de próstata (PCa) é uma neoplasia maligna que tem início quando células da glândula

prostática iniciam sua multiplicação de forma descontrolada. A próstata é uma glândula endócrina masculina

que produz, armazena e secreta os fluídos seminais. (AMERICAN CANCER SOCIETY, 2016). Encontra-se

localizada abaixo do colo da bexiga e na frente do reto (Figura 1), e seu tamanho depende da idade.

278

Figura 1 – Desenho esquemático da localização da glândula prostática.

Nota: A figura em detalhe mostra uma região como a presença de tumor.

Fonte: https://www.cancer.org/es/cancer/cancer-de-prostata/acerca/que-es-cancer-de-

prostata.html

A maioria dos tumores que se desenvolvem a partir desta glândula é do tipo adenocarcinoma.

Dependendo da sua origem, podem apresentar arranjos, graus de diferenciação e comportamentos biológicos

variáveis. Este câncer trata de uma doença clinicamente heterogênea que pode variar do padrão menos

agressivo ao mais agressivo. Mais de 70% dos carcinomas se originam na zona periférica da próstata e são

geralmente multifocais, podendo ser macroscopicamente identificados em apenas um quarto dos casos,

sendo difícil o diagnóstico precoce da doença (MOTTET et al., 2015).

O diagnóstico precoce do câncer permite intervenções locais, detecção de focos potencialmente

invasivos, alterações do curso natural da doença por meio do bloqueio do crescimento do tumor e melhor

qualidade de vida para o paciente. Segundo as recomendações das Diretrizes Europeias para tratamento do

câncer de próstata (HEIDENREICH et al., 2013), para o diagnóstico da doença é recomendado a combinação

dos seguintes exames: exame clínico (toque retal), determinação da concentração do antígeno prostático

específico (prostate specific antigen, PSA) no sangue e a biópsia por ultrassonografia transretal (USTR), sendo

a alteração dos dois primeiros exames indicativos da doença e o terceiro, devido ao seu alto grau de precisão

e diferenciação, é confirmatório.

O diagnóstico, o estadiamento e o restadiamento de câncer de próstata, assim como em outros tipos,

são essenciais para intervenção terapêutica. A escolha do tratamento também está diretamente relacionada

ao prognóstico do paciente. Prostatectomia radical e radioterapia são duas práticas para o tratamento de

pacientes diagnosticados com PCa clinicamente localizado. No entanto, 15 a 40% dos pacientes apresentam

recidivas num intervalo de 5 a 10 anos após o tratamento primário, sugerindo que houve metástase em etapas

iniciais (YU, 2011). Técnicas de imagem como Tomografia Computadorizada e Ressonância Magnética não são

suficientemente sensíveis ou específica para detectar metástase ou recorrências. A imagem molecular surge

https://www.cancer.org/es/cancer/cancer-de-prostata/acerca/que-es-cancer-de-prostata.html

https://www.cancer.org/es/cancer/cancer-de-prostata/acerca/que-es-cancer-de-prostata.html

279

como uma ferramenta de investigação em casos como estes, nos quais as lesões não são detectadas por

técnicas convencionais.

A imagem molecular caracteriza, visualiza e mensura processos biológicos em nível celular e

molecular, permitindo diagnosticar diversas doenças e avaliar respostas terapêuticas. A aplicação dessa

técnica em investigações oncológicas permite aperfeiçoar a detecção e a localização de tumores, e ainda,

avaliar a terapia, antes que possam ser visualizadas alterações anatômicas relacionadas (ZIESSMAN et al.,

2015).

A tomografia por emissão de pósitron (PET) é uma tecnologia utilizada na medicina nuclear que

permite a visualização da interação entre moléculas marcadas com um radionuclídeo e alvos biológicos.

Sendo uma técnica de imagem funcional não invasiva com excelente resolução, alta sensibilidade,

apresentando uma vantagem importante de proporcionar informações quantitativas de processos

fisiológicos, bioquímicos e farmacológicos em indivíduos vivos utilizando concentrações picomolares de

radiofármaco.

Atualmente, o 18F-FDG (18F-Fludesoxiglicose) é o radiofármaco PET mais utilizado para diagnósticos

de câncer, devido ao fato de que células tumorais possuem altas taxas de metabolismo glicolítico. Entretanto,

sua utilidade para avaliação do câncer de próstata é limitada. Células tumorais prostáticas apresentam uma

captação diminuída deste radiofármaco, visto que apresentam pouca avidez por glicose. Além disso, o 18F-

FDG é excretado pelos rins e eliminado pela bexiga, podendo mascarar algum processo neoplásico ou ainda

fornecer um diagnóstico de falso-positivo em exames utilizando esse radiofármaco e ainda não consegue

diferenciar as condições neoplásicas das benignas (MAIA, 2007).

Devido às limitações 18F-FDG, é indispensável a disponibilização de novos radiofármacos mais

específico para o diagnóstico de câncer de próstata. (YU, 2015). Uma variedade de compostos tem sido

pesquisada como marcadores de câncer de próstata. Esses marcadores incluem 18F-fluorcolina e 11C-

carbonocolina, 11C-acetato, 11C-metionina, estudos recentes com anti-1-amino-3-18F-fluorociclobutano-1-

acidocarboxilíco e ainda o anticorpo 89Zr-J591 para antígeno de membrana prostático específico (YU, 2014;

SCHUSTER et al., 2016; LINDENBERG et al., 2016), porém um radiofármaco específico tem chamado muita

atenção em toda comunidade médica e científica: o 18F-PSMA (GIESEL et al., 2017, CARDINALE et al., 2016)

. Esse radiofármaco apresenta alta eficiência de marcação, captação tumoral rápida, eliminação renal

limitada e clearance não urinário, superando as limitações dos demais marcadores. O antígeno prostático

específico de membrana, é o traçador que é marcado com o radioisótopo flúor-18 e vem mostrando

resultados promissores em estudos preliminares se comparado com outros radiofármacos considerados

padrão-ouro para câncer de próstata (GIESEL, et al, 2017).

280

Somado a isso, o 18F pode ser satisfatoriamente substituído por outros radioisótopos (177Lu, 225Ac),

dando origem a radiofármacos destinados à terapia destes tumores. A essa junção entre diagnóstico e terapia,

dá-se o nome teranóstica, que oferece a possibilidade de uma medicina individualizada, pois, a partir do

estudo metabólico do paciente, é possível definir a estratégia terapêutica mais adequada a cada indivíduo.

No Brasil ainda não há produção comercial do 18F-PSMA e, para que esse fármaco torne-se disponível

para uso médico, é necessário que sua fabricação atenda aos requisitos estabelecidos pela Agência Nacional

de Vigilância Sanitária (ANVISA) em acordo às resoluções RDC 64/2009 e RDC 63/2010, que estabelecem os

requisitos de boas práticas de fabricação e para o registro de radiofármacos no Brasil. Para isso é essencial

elaborar e executar um protocolo de validação do processo produtivo e do controle de qualidade,

documentando a capacidade de reproduzir todos os procedimentos com a finalidade e segurança requeridos

pela ANVISA sendo comprovadas por meio de ensaios não-clínicos (in vitro, ex vivo e in vivo) e ensaios clínicos

(BRASIL, 2009; BRASIL, 2010).

Por esse motivo, está sendo proposto o uso do 18F-PSMA, uma vez que o PSMA é um antígeno que

se expressa em altos níveis na maioria dos tumores de próstata, e níveis mais elevados estão correlacionados

com a agressividade dos tumores, doenças metastáticas e recorrentes, tornando a proteína transmembranar

um alvo ideal para a imagem do câncer de próstata. Desta forma, é objetivo deste projeto estabelecer os

métodos de síntese e de controle da qualidade do radiofármaco 18F-PSMA, além de avaliar sua segurança e

eficácia visando ao atendimento aos pacientes com tumores de próstata, auxiliando em seu diagnóstico e na

avaliação da conduta terapêutica adotada.

O Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste (CRCN-NE/CNEN), da Comissão Nacional de

Energia Nuclear, produz e distribui o 18F-FDG para clínicas e hospitais localizados em diferentes estados da

região Nordeste (Pernambuco, Paraíba, Rio Grande do Norte e Alagoas) desde 2010, tendo ao longo deste

tempo fornecido mais de 4000 doses de FDG-18F, beneficiando milhares de pacientes.

Atualmente, neste Centro estão sendo desenvolvidas pesquisas para disponibilização de dois novos

radiofármacos marcados com 18F: o fluoreto de sódio (NaF), útil na detecção de metástases ósseas, e o

fluorotimidina (o18F-FLT), radiofármaco mais específico para a detecção de cânceres. Acredita-se desta forma

que a introdução do radiofármaco 18F-PSMA contribuirá para melhor atendimento à população, contribuindo

para a melhoria da assistência em saúde.


O objetivo geral deste trabalho é sintetizar o 18F-PSMA (18F-antígeno prostático específico de

membrana), estabelecer metodologias de controle de qualidade e ensaios não clínicos da sua formulação

281

para avaliar sua segurança e eficácia. Visando que os serviços de medicina nuclear o utilizem como um

marcador para pacientes com tumores de próstata, auxiliando em seu diagnóstico e na avaliação da conduta

terapêutica adotada.


Sintetizar o 18F-PSMA a partir de Kits comerciais da ABX advanced biochemical compounds

(Radeberg, Germany);


Desenvolver metodologias para realização dos testes de controle de qualidade físico-químico

e microbiológico do 18F-PSMA;


Validar os processos e as metodologias desenvolvidas, conforme preconiza a ANVISA;


Realizar estudo de estabilidade a fim de determinar o prazo de validade do radiofármaco; Objetivo Específico 5:

Avaliar o perfil de biodistribuição do 18F-PSMA em camundongos sadios;


Avaliar a segurança do produto por meio dos ensaios de citotoxicidade e genotoxicidade in

vitro com células.


Avaliar a captação tumoral do 18F-PSMA em camundongos com tumor;


Realizar estudos de imagem microPET com 18F-PSMA em camundongos sadios e com tumor;

1.4 - Insumos

1.4.1 – Custeio Não disponível 1.4.2 – Bolsas Descrever a necessidade de agregação de especialistas, pesquisadores e técnicos, com vistas à execução dos objetivos específicos do projeto 1, bem como, o quantitativo de bolsas PCI por nível necessárias à inclusão destes recursos humanos.


Titulação




Meses quantidade

282

Biomedicina

Experiência em síntese, controle da qualidade e ensaios não-clínicos de

radiofármacos PET

1-8 D-D 60 1



Atividades Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Atividade 1 1 1,2,3,4,5 x x x x x

Atividade 2 1 1,2,3 x

Atividade 3 2 1,2,3 x

Atividade 4 1,2,3 1,23 x

Atividade 5 1,2,3 1,2,3 x

Atividade 6 4 4 x x

Atividade 7 5,6,7 5 x x x x x

Atividade 8 8 5 x x x x

Atividade 9 1,2,3,4,5,6,7,8,9 1,2,3,4,5 x x x x

ATIVIDADES 1 – Revisão de Literatura 2 - Definição dos procedimentos para o controle da qualidade do F-PSMA 3 - Aquisição de padrões e reagentes para síntese e controle da qualidade do F-PSMA 4 - Implantar procedimentos para o controle da qualidade do F-PSMA e validar as metodologias 5 - Estabelecer processo de produção do F-PSMA via módulo automatizado de síntese e validá-lo 6 - Estudo de estabilidade do radiofármaco para estabelecimento de prazo de validade 7 - Ensaios não-clínicos (citotoxicidade e genotoxicidade) 8 - Ensaios não-clínicos (Biodistribuição e imagens PET) 9 - Congressos Científicos e submissão de trabalhos em periódico da área INDICADORES 1 – Procedimentos para a síntese do F-PSMA definidos 2 - Procedimentos para o controle da qualidade do F-PSMA definidos e validados. 3 - Processo de produção do F-PSMA via módulo automatizado de síntese estebelecido e validado. 4 - Estudo de estabilidade do radiofármaco realizado 5 - Ensaios não-clínicos realizados

283


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Atividade 1 x x x x x x x x x x

Atividade 2 x x

Atividade 3 x x

Atividade 4 x x

Atividade 5 x x x

Atividade 6 x x x x x

Atividade 7 x x x x x x x

Atividade 8 x x x x x x x

Atividade 9 x x x x x x x x x x

1.7 – Produtos

Denominam-se produtos, os frutos diretos e quantificáveis das atividades do projeto, entregues imediatamente pela realização de suas atividades [1].

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Produto 1 1 Indicador 1 x x

Produto 2 2 Indicador 2 x x x x

Produto 3 5,6,7 Indicador 3 x x x x x

Produto 4 1,2,3,4,5,6,7 Indicador 4 x x x x x

1 - Protocolos de síntese do 18F-PSMA definidos; 2 - Protocolos de controle de qualidade do 18F-PSMA definidos; 3 - Segurança e eficácia do produto avaliada. 4 - Artigos publicados em periódicos da área. Indicadores: 1 – Número de protocolos definidos 2 - Número de protocolos definidos 3 – Número de ensaios realizados 4 – Número de artigos publicados 1.8 – Resultados Esperados


284

Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Resultado 1 1 Indicador 1 x

Resultado 2 2,3 Indicador 2 x x x

Resultado 3 4 Indicador 3 x x x x

Resultado 4 5,6,7 Indicador 4 x x x x

1 - Obtenção do radiofármaco 18F-PSMA;

2 - Metodologias para Produção e Controle da qualidade aplicadas ao mesmo definidas e validadas;

3 - Prazo de validade do medicamento estabelecido;

4- Estudos não-clínicos do radiofármaco realizados.

Indicadores:

1- Número de radiofármacos PET obtidos

2- Número de metodologias estabelecidas e validadas

3- Tempo de validade dos radiofármacos

4- Número de ensaios realizados

Estas metodologias poderão ser compartilhadas com outros centros produtores de radiofármacos PET,

existentes no território nacional (cerca de 15, entre instituições públicas e privadas). Além disso, o 18F-PSMA

produzido no CRCN-NE/CNEN poderá ser utilizado para comparações entre produto (testes de não-

inferioridade), conforme preconizam as legislações sanitárias para fins de registro de medicamento (em

procedimento semelhante ao registro de medicamentos genéricos).

1..9 Referências Bibliográficas

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288


TÍTULO DO PROJETO: Implementação da técnica de micronúcleos com bloqueio de citocinese no Centro

Regional de Ciências Nucleares do Nordeste – CRCN-NE/CNEN para dosimetria biológica e aplicações

interdisciplinares



A técnica de micronúcleos em linfócitos do sangue periférico com bloqueio da citocinese celular (CBMN, Cytokinesis-Block Micronucleus) foi desenvolvida por Fenech e Morley, em 1985, sendo um método confiável para quantificar quebras cromossômicas e perda de células nucleadas. Os micronúcleos (MN) podem resultar de pequenos fragmentos acêntricos que não estão incorporados aos núcleos das células filhas durante a divisão celular. Esses fragmentos acêntricos estão envolvidos por uma membrana nuclear, por essa razão, eles aparecem como pequenos núcleos - micronúcleos - no citoplasma de forma separada dos núcleos das células filhas. Os MN surgem durante a exposição à vários agentes clastogênicos e resultam do DNA mal reparado ou de rupturas de filamentos duplos (DSB, double-strand break). O MN também pode conter cromossomos inteiros (dicêntricos) que também não são incorporados nos núcleos principais (Fenech, 2000; Thierens & Vral, 2009). Em casos de acidentes envolvendo radiação, a estimativa de dose absorvida pode ser baseada na análise de marcadores biológicos sensíveis e específicos à radiação e que reflitam os danos biológicos causados pela mesma. A contagem de cromossomos dicentricos é tida como padrão ouro nessa área, porém é laboriosa e demorada, sendo o ensaio de micronúcleos por bloqueio da citocinese (CBMN) uma alternativa mais rápida e útil para triagem entre indivíduos expostos significativamente ou não à radiação ionizante [1]. Para isso, é necessário estabelecer curvas de calibração dose-resposta [IAEA, 2011; Roy et al., 2012].

As curvas de calibração, no caso de micronúcleos em linfócitos humanos, representam matematicamente a quantidade de dose absorvida pelo organismo humano em relação ao número (ou resposta) de micronúcleos presentes nos linfócitos provenientes do sangue periférico humano. A curva de calibração é representada por uma função matemática da forma: Y = C + αD + βD2 para radiação de baixa LET (raios X e radiação gama), onde α e β são os coeficientes linear e quadrático, respectivamente, e que determinam a forma e inclinação da curva, Y é a frequência da alteração, C determina o número espontâneo (background) de micronúcleo e D corresponde à dose absorvida de radiação [Lloyd & Dolphin, 1977; IAEA, 2011].

Devido à boa confiabilidade e reprodutibilidade, o ensaio de MN tornou-se um dos padrões de técnica de citogenética para testes de toxicologia genética em células humanas e de mamíferos em geral (Thierens & Vral, 2009). Em termos de aplicação a técnica de CBMN é bastante versátil, podendo ser aplicada desde grandes acidentes envolvendo radiação, até na necessidade de biomonitoramento de pacientes submetidos à radioterapia, como exemplo de iodoterapia com I-131, para avaliar do potencial de risco associado à exposição interna à radiação; no estudo de inibição celular através do uso de radiofármacos; avaliação do potencial de radioproteção de extratos vegetais ou extratos como o própolis [Rodrigues et al., 2005, Jagetia, 2007; Joseph, 2009; Paul et al., 2011].

289

O Laboratório de Dosimetria Biológica do Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste (CRCN-NE/CNEN) pretende utilizar o ensaio de CBMN em projetos futuros, para isso necessita implementar o ensaio de CBMN para construção da curvas de calibração dose-resposta para radiação gama e raios-X, seguindo a recomendação da IAEA. Além de estabelecer essa técnica para uso multidisciplinar para os setores do próprio CRCN-NE/CNEN, como os de produção de radiofármaco e análises ambientais, fomentando a colaboração interna; e inclusive fazer parte de estudo com outros centros de pesquisas locais como os departamentos da Universidade Federal de Pernambuco, para analisar principalmente populações que habitam regiões ricas em fosforito uranífero, onde o background de radiação ionizante é mais elevado; e em diversos setores da sociedade, como na área médica entre pacientes e a equipe que desenvolve tais procedimentos como tratamentos e exames em radiologia, radioterapia e de medicina nuclear, e na área industrial, traz à tona a necessidade de estudos de biomonitoramento local.

Vale ressaltar que esse projeto já está aprovado pelo Comitê de Ética do CCS (Centro de Ciências da Saúde) da Universidade Federal de Pernambuco sob o parecer consubstanciado Nº 269.483.


Implementar a técnica de CBMN no CRCN-NE/CNEN para aplicação em dosimetria biológica, visando

acidentes em grande escala (emergência) e a aplicação dessa técnica em outras atividades que envolvam a radiação, como o biomonitoramento populacional de regiões com background mais elevado de radiação; biodosimetria de pacientes submetidos a terapia com radionuclídeos e no estudo do potencial radioprotetor ou radiomitigador de extratos naturais; e avaliação da genotoxicidade de novos radiofármacos.

Objetivo Específico 1: Implementar da técnica de CBMN no laboratório de dosimetria biológica do CRCN-NE/CNEN;

Objetivo Específico 2: Construir curvas de calibração resposta para radiação gama e raios X de 250kVp;

Objetivo Específico 3: Validar as curvas de calibração para os tipos de radiação propostos no objetivo específico 2;

Objetivo Específico 4: Estabelecer parcerias intra e interinstitucionais para a utilização da técnica de CBMN em diferentes aplicações. 1.5 - Insumos

1.5.1 – Custeio

290



1.5.2 – Bolsas


Titulação




Meses Quantidade

Bacharel Biomedicina Todos D-D 60 1


*Metas: M1. Ter a técnica de CBMN implementada no Laboratório de Dosimetria Biológica do CRCN-NE/CNEN/CNEN

até abril de 2019; M2. Ter irradiado com radiação gama amostras de sangue de quatro voluntários para construção da curva até

novembro de 2019; M3. Ter validado a curva de radiação gama até dezembro de 2019; M4. Ter irradiado com raios X amostras de sangue de quatro voluntários para construção da curva até

setembro de 2020; M5. Ter validado a curva de Raios X até novembro de 2020; M6. Estabelecer pelo menos 1 parceria intra ou interinstitucional até dezembro de 2020 para avaliar

potenciais radioprotetores e radiomitigadores de extratos naturais; M7. Estabelecer pelo menos 1 parceria intra ou interinstitucional até dezembro de 2021 para biomonitorar

pacientes de terapia com radionuclídeos; M8. Estabelecer pelo menos 1 parceria intra ou interinstitucional até dezembro de 2022 para biomonitorar

indivíduos de população de regiões com background mais elevado de radiação; M9. Estabelecer pelo menos 1 parceria intra ou interinstitucional até dezembro de 2023 para contribuir em

estudos de genotoxicidade de novos radiofármaco; M10. Publicar os resultados alcançados em congressos e revistas científicas.

Atividades Objetivo


Metas*

2019 2020 2021 2022 2023

Implementação da técnica de CBMN

1 Nº de Técnica implementada

M1

Construção e validação das

curvas de calibração dose-resposta

2 e 3

Nº de Curvas construídas e

validadas

M2, M3

M4, M5

291

Criação de parcerias intra e

interinstitucionais para diferentes aplicações da técnica CBMN

4 Nº de Parcerias estabelecidas

M6 M7 M8 M9

Publicação de resultados em congressos e

revistas científicas

2, 3, 4, Nº de Publicações em anais e revistas

científicas

M2 e M3

M4 e M5

M7 M8 M9 e M10


Atividades

Semestre

2019 2020 2021 2022 2023

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Implementação da técnica de CBMN

X

Construção da curva para radiação gama

X X

Validação da curva para radiação gama

X

Construção da curva para raios X

X X

Validação da curva para raios X

X

Estabelecimento de parcerias X X X X

Avaliação de potenciais radioprotetores e radiomitigadores

X X X X

Biomonitoração de pacientes de terapia com radionuclídeos

X X X X

Biomonitoração de populacional

X X X X

Contribuição em estudos de genotoxicidade de

radiofármacos

X X X

Publicação de resultados em congressos e revistas

científicas

X X X X X

1.9 – Produtos

Produtos Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

292

Laboratório hábil para a técnica de

micronúcleos para biodosimetria e

outras aplicações

1 Técnica implementada

M1

Curva de calibração dose resposta para

radiação gama

2 e 3 Curva construída e validada

M2 e M3

Curva de Calibração dose resposta para

raios X

2 e 3 Curva construída e validada

M4 e M5

Parcerias estabelecidas

4 Quantidade de parcerias

M6 M7 M8 M9

Produção científica 2, 3 e 4 Nº de Publicações em

anais de congressos e

revistas cientificas

M10 M10 M10 M10 M10


Resultados Objetivo


Metas

2019 2020 2021 2022 2023

Laboratório de dosimetria biológica do CRCN-NE/CNEN mais capacitado para atendimento a emergências radiológicas ou nucleares

1, 2 e 3 2 Curvas de calibração dose

resposta para MN construídas e

validadas.

M1, M2, M3

M4,M5

293

Interação do laboratório com outros setores do CRCN e outros institutos, disponibilizando-o como um laboratório multiusuário.

4 Número de parcerias

estabelecidas

M6 M7 M8 M9

Extratos naturais analisados para

serem usados como radioprotetores e radiomitigadores

4 Nº de Estudos realizados e potenciais

ranqueados

M6 M6

Pacientes de radioterapia

avaliados durante o tratamento

4 Nº de pacientes avaliados

M7 M7

População exposta a background mais

elevado de radiação ionizante

monitoradas

4 Nº de indivíduos monitorados

M8 M8

Radiofármacos submetidos a teste de genotoxicidade pela técnica de MN

4 Nº de testes realizados

M9 M9

Contribuição na Produção científica do CRCN-NE/CNEN/CNEN

2, 3 e 4 Nº de trabalhos apresentados em congressos e publicados em revistas

M10 M10 M10 M10 M10


Fenech, M. (2000). The in vitro micronucleus technique. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 455(1), 81-95. International Atomic Energy Agency. Cytogenetic dosimetry: applications in preparedness for and response to radiation emergencies. EPR-Biodosimetry. 2011. Jagetia, G. C. (2007). Radioprotective potential of plants and herbs against the effects of ionizing radiation. Journal of clinical biochemistry and nutrition, 40(2), 74-81. Joseph, L. J., Bhartiya, U. S., Raut, Y. S., Kand, P., Hawaldar, R. W., & Nair, N. (2009). Micronuclei frequency in peripheral blood lymphocytes of thyroid cancer patients after radioiodine therapy and its relationship with metastasis. Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 675(1), 35-40.

294

Lloyd DC and Dolphin GW (1977). Radiation-induced chromosome damage in human lymphocytes. British Journal of Industrial Medicine, 34:261-273. Paul, P., Unnikrishnan, M. K., & Nagappa, A. N. (2011). Phytochemicals as radioprotective agents-A review. Rodrigues AS, Oliveira NG, Monteiro Gil O, Léonard A and Rueff J (2005). Use of Cytogenetic Indicators in Radiobiology. Radiation Protection Dosimetry, 115(1-4):455-460. Roy L,. Gregoire E,. Gruel G, Roch-Lefevre S, Voisin P, Busset A et al. (2012). Effect of lymphocytes culture variations on the mitotic index and on the dicentric yield following gamma radiation exposure. Radiation Protection Dosimetry, 1-9. Thierens H and Vral A (2009). The micronucleus assay in radiation accidents. Ann Ist Super Sanitá, 3:260-264

295

ANEXO II

FORMULÁRIO DE APLICAÇÃO

I - CANDIDATO

NOME COMPLETO

NATURALIDADE NACIONALIDADE IDENTIDADE CPF

ENDEREÇO COMPLETO

BAIRRO CIDADE CEP UF

TELEFONE FIXO (Informar DDD) TELEFONE CELULAR (Informar DDD)

E-MAIL

II - FORMAÇÃO PROFISSIONAL (ANEXAR CURRÍCULO LATTES)

PRINCIPAL FORMAÇÃO PARA O(S) PROJETO(S) PRETENDIDO(S)

INSTITUIÇÃO DE ENSINO

CIDADE DATA DE FORMAÇÃO

III – PROJETO (S)

IDENTIFICAÇÃO DO (S) PROJETO (S) PCI CNEN CONFORME MENCIONDADO NO ANEXO I DESTE EDITAL

CODIGO TÍTULO

Declaro que as informações por mim prestadas nesta ficha cadastral estão corretas e são verídicas.

RIO DE JANEIRO ____/____ / 2019.

ASSINATURA DO CANDIDATO

programa de capacitação institucional pci edital para ... · documentos em um único arquivo a...

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