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Elita F.Urano Carvalho IPEN/CNEN-SP
P&D E O CICLO DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR NO BRASIL - PRESENTE E FUTURO
• Combustíveis para reatores de PESQUISA • Alvos de urânio para produção de Mo-99 • Desenvolvimento de novos combustíveis
para e reatores de POTÊNCIA
1960-1963 1965 1964-1965
Ciclo do Combustível Nuclear no IPEN/CNEN-SP
UNIDADE PILOTO
PURIFICAÇÃO DE URÂNIO 4TON DUA
266 EC DE UO2
7MIL PASTILHAS UO2 > 2TON.
REPROCESSAMENTO DO COMBUSTÍVEL
COMBUSTÍVEL A DISPERSÃO
U3O8 A 20% EM PESO DE U-235
“ATOMOS PARA A PAZ”
IEA-INSTITUTO DE ENERGIA ATÔMICA
REATOR NUCLEAR SUBCRITICO RE-SUCO
(UFPE/PE)
REATOR NUCLEAR ARGONAUTA (IEN/RJ)
REATOR NUCLEAR ARGONAUTA (IEN/RJ)
1984-1985 1981-1988
FABRICAÇÃO DO COMBUSTÍVEL
ARGONAUTA U3O8
”ATOMOS PARA A PAZ”
PROJETO RECONVERSÃO
4TON TCAU→ UO2 43MIL PASTILHAS A
4% U-235
CONVENIO MARINHA E IPEN/CNEN
REATOR IPEN MB 01
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1979
DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO DO UF6
PROJETO CONVERSÃO
EXPERIMENTO ENRIQUECIMENTO
ISOTÓPICO UTILIZANDO
CENTRIFUGAS NACIONAIS
UF6
AUMENTO DA CAPACIDADE PRODUTIVA DE 6 PARA 10EC; PRIMEIRO ELEMENTO DE U3Si2 2,3GU/CM3 COM PÓ IMPORTADO
RECONVERSÃO DE 20KG UF6 (U3O8) ADQUIRIDO NO MERCADO INTERNACIONAL
• DESENVOLVIMENTO DO PROCESSO DE UF6 A U3O8
• DESENVOLVIMENTO DO PROCESSO DE RECUPERAÇÃO DE REFUGOS DA FABRICAÇÃO EC
PRIMEIRO EC PARA O REATOR IEA-R1, PRODUÇÃO ROTINEIRA INICIADA
1988
1988
1994
1996
EXPERIÊNCIA PRÉVIA E STATUS TECNOLÓGICO
- AUMENTO DA CAPACIDADE PRODUTIVA DE 6 PARA 10EC; - PRIMEIRO ELEMENTO DE U3Si2 2,3gU/CM3 COM PÓ IMPORTADO
1997
1999 DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO DO PÓ DE U3Si2 BUSCANDO NACIONALIZAÇÃO (AIEA BRA 4/047)
PRIMEIRO ELEMENTO COMBUSTÍVEL U3Si2 NACIONAL
PRIMEIRO LOTE DE PÓ DE U3Si2 NATURAL - DOMINADO O CICLO SILICETO DE URÂNIO
URÂNIO METÁLICO 2002
2004
2006
EXPERIENCIA PREVIA E STATUS TECNOLOGICO
PRODUÇÃO ROTINEIRA DE ELEMENTO COMBUSTÍVEL PARA O REATOR IEA R1.
- ELEMENTO COMBUSTÍVEL INSTRUMENTADO – EC IEA 208 (07/01/2010) - DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO DO COMBUSTÍVEL U3Si2 COM 4,8g/cm3
PRIMEIRO EC U3Si2 COM TECNOLOGIA e UF6 ENRIQUECIDO NACIONAL/ EC IEA 202 (26/07/07)
2007
2010
2011-2016
1,9 gU/cm3 U3O8 – Al
REATOR IEA R1
U3O8 – Al
U3Si2 - Al
U3Si2 - Al
2,3 gU/cm3
3,0gU/cm3
4,8gU/cm3 (domino da tecnologia)
25 EC
37 EC
55 EC
EC 208 (U3Si2 – Al 3.0g/cm3) Instrumentado
QU
AN
TITY
FU
EL E
LEM
ENT
Combustíveis para reatores de PESQUISA
Combustível – U3Si2-Al
● Números de elementos
combustíveis –8 ECs;
● Número de placas por
elemento – 17 placas;
PROJETO ELEMENTO COMBUSTÍVEL
REATOR ARGONAUTA
DESENVOLVIMENTO
NOME UTILIZAÇÃO POTÊNCIA LOCALIZAÇÃO INICIO OPERAÇÃO
TIPO
IPEN/MB-01 unidade critica núcleo PWR
100W IPEN/CNEN-SP São Paulo
1988 Núcleo aberto-Vareta
ARGONAUTA Pesquisa ensino
500W IEN/CNEN-RJ Rio Janeiro
1965 Argonaut
IPR-R1 Pesquisa ensino
100W CDTN/MG Belo Horizonte
1960 TRIGA MARK- I
IEA R1 Pesquisa e prod. radioisótopos
5MW (2MW)
IPEN/CNEN-SP São Paulo
1957 Reator MTR Piscina aberta
Reatores Nucleares de Pesquisa no BRASIL
Unidade critica núcleo MTR
Núcleo aberto placa
100%
U
100% Gd
Micrografia eletrônica de varredura da interface UO2.Gd2O3
Taxas de densificação derivadas Curva de sinterização de pastilhas de UO2-7%Gd2O3 macroestruturado e nanométrico
Combustíveis nucleares com elevada taxa de queima: fabricação e desempenho do combustível _CAPES /ELETRONUCLEAR
Er
Gd
DESENVOLVIMENTO DE NOVOS COMBUSTÍVEIS
PARA E REATORES DE POTÊNCIA
Tecnologia Nuclear a Serviço da Vida
O RMB dotará o Brasil de uma
infraestrutura fundamental para o
desenvolvimento nacional das atividades
do setor nuclear nas áreas de:
• aplicações sociais,
• estratégicas e industriais,
• desenvolvimento científico e
tecnológico.
Porque um Novo Reator de Pesquisa?
Autonomia nacional na produção de radioisótopos para aplicações na saúde,
indústria, agricultura e meio ambiente
Ênfase na produção do radioisótopo Mo-99 para assegurar o abastecimento
do radiofármaco com tecnécio-99m
Ampliação da medicina nuclear no país
em benefício da sociedade
RMB é fundamental para
garantir segurança no
suprimento radioisótopos
para aplicação na
medicina
OBJETIVOS DO EMPREENDIMENTO RMB
Aplicações sociais
Aplicação Radioisótopo Forma de Produção Frequência de
Produção(1) Produção Anual(2) (Ci)
Radiofármacos
Injetáveis
Mo-99 Irradiação U-235 S 54.000
I-131 Irradiação U-235 S 5.400
I-131 Irradiação de Te-130 S 2.700
Cr-51 Irradiação Cr-50 Q 5,4i
Sm-153 Irradiação de Sm-152 Q 108
Lu-177 Irradiação de Lu-176 S 270
Ho-166 Irradiação Ho-165 S 5,4
Y-90 Irradiação de Y-89 S 5,4
W-188 Irradiação de W-186 M 1,2
P-32 Irradiação de S-32 Q 5,4
Braquiterapia
I-125 Irradiação de Xe-124 S 120
Ir-192 Irradiação de Ir-191
(sementes) S 12.000
Ir-192 Irradiação de Ir-191 (fios) M 20 fios (atividade variável)
Radioterapia Co-60 Irradiação de Co-59 A 15
Indústria
Ir-192 Irradiação Ir-191 (discos) Q 30.000
Co-60 Irradiação Co-59 T 2,5
Se-75 (3) Irradiação Se-74 M 6.000
Traçadores
Br-82 Irradiação Br-81 T 0,2
Hg-203 Irradiação Hg-202 T 15
I-131 Irradiação de Te-130 S Sob demanda
(1) Produção: S : Semanal Q: Quinzenal M: Mensal T: Trimestral A: Anual
(2) 1 Ci equivale a 3,7 x 1010 desintegrações por segundo (Becquerel – Bq)
(3) A produção de 75Se dependerá de uma análise mais detalhada a ser realizada durante o projeto detalhado.
PRODUÇÃO DE RADIOISÓTOPOS PELO RMB
Gerar uma capacidade nacional para testar e qualificar:
Combustíveis nucleares para reatores de potência e de propulsão naval;
Novos combustíveis para reatores de pesquisa e
Materiais para serem utilizados em reatores nucleares
RMB é fundamental para o
desenvolvimento nacional de
combustíveis nucleares e
materiais para o uso em
reatores
OBJETIVOS DO EMPREENDIMENTO RMB
Estratégicos e Industriais
Ampliação na capacidade nacional existente em pesquisa e em aplicações de
técnicas nucleares
Laboratório de análise por ativação disponível à comunidade científiva nacional;
Criação de um Laboratório Nacional de pesquisas com feixes de nêutrons para
complementar as pesquisas feitas no lab. Nacional de Luz
Sincrotom –LNLS/|CNPEM
RMB amplia a capacidade nacional em ciência,
tecnologia e inovação.
OBJETIVOS DO EMPREENDIMENTO RMB
Desenvolvimento Científico e Tecnológico
ETAPAS DE IMPLANTAÇÃO
2008 2017 2024
PROJETO DETALHADO DO REATOR
Empreendimento
08 Dezembro, 2016 31 Augusto, 2017 Inauguração da
cascata de enriquecimento
CTMSP – Aramar
* Comissionamento CNEN
Primeiro combustível nuclear tipo placa
para o Reator Nuclear IPEN / MB-01
* Comissionamento
pelo CNEN
Desenvolvimento do Combustível
30 Setembro , 2018
Finalizado a Produção dos 19 EC tipo placa
para o Reator Nuclear IPEN / MB-01
* Comissionamento pelo CNEN
Em execução o projeto de R$ 25M (FINEP) para adequação da fabricação de combustíveis e alvos; e modificação do Reator IPEN/MB-01 para núcleo tipo placa como o RMB.
CTMSP – adequação de
uma linha exclusiva de
enriquecimento a 20% para
atender o RMB
IPEN – adequação do
Centro do Combustível
Nuclear (CCN) para
atender o RMB
IPEN – projeto, fabricação,
licenciamento e operação
de um núcleo tipo placa
combustível (tipo RMB) no
reator IPEN/MB-01
NOVO NÚCLEO PARA O REATOR IPEN MB 01 • 19 ELEMENTOS COMBUSTÍVEIS 15 Elementos padrão com veneno queimável 04 Elementos Combustíveis com placa desmontagem e veneno queimável
Levantamento topografico Torre meteorológica Sondagem
Licenciamento ambiental
6 dias EOB
5979Ci 5006Ci 3112Ci 1000Ci 2131Ci 2743Ci
7 dias 12 h
DECAIMENTO ALVO
16 h
RENDIMENTO 75%
PROCESSAMENTO QUÍMICO
40/48h
PREPARO GERADORES
USO CLÍNICA
12h 72h
28 h
MATERIA PURIFICADO E
EMBALADO
MDS-Nordion (Canadá)- 5%, NTP (Africa Sul)-27%, CNEA(Argentina)- 27%, JSC(Rússia)-41%
Fabricação Alvos U
Enriquecimento urânio
CTMSP e INB
CNEN
CNEN CNEN CNEN CNEN CNEN
SMN Publico e privados
ETAPAS DA CADEIA DE SUPRIMENTO DO Mo-99
mineração
conversão
“Ciclo social do Ciclo do Combustível”
99Mo (131 I)
CQ
Geradores 99Mo/99mTc (131 I)
CQ
Clientes Brasil
Dissolução Básica
Dissolução ácida rejeito rejeitos
Tratamento Tratamento
Fissão 235U (Enr <20%)
Alvos UAlx
Alvos U metálico
ALVOS DE URÂNIO PARA PRODUÇÃO DE MO-99
ALVOS DE UALX –AL PARA PRODUÇÃO DE MO-99 POR FISSÃO
TECNOLOGIA FABRICAÇÃO
TESTE DE IRRADIAÇÃO
0 2 4 6 8 10
0
20
40
60
80
100 UAl
2
UAl3
UAl4
[Alu
min
ides]
Transformation Time (h)
Desenvolvimento da tecnologia de fabricação de alvos de dispersão de UAlx-Al para produção de Mo-99 em reatores produtores de radioisotópos
Os alvos de folhas finas consistem de uma folha fina de urânio metálico, com 125 a 150 um de espessura, embrulhada com folhas de níquel e encapsulada num tubo de alumínio. O projeto cilíndrico é utilizado para garantir, a integridade estrutural do alvo, aumentar a transferência de calor e facilitar a desmontagem do alvo após a irradiação.*
TECNOLOGIA FABRICAÇÃO
TESTE DE IRRADIAÇÃO
ESPECIFICAÇÃO
ALVOS TUBULARES DE FOLHAS FINAS DE URÂNIO A 19.75% 0.20 EM PESO DE U235
CICLO DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR NO BRASIL – CICLO ABERTO
mineração conversão enriquecimento fabricação combustível
reator estocagem temporária
repositório
UF6
#
Obrigada
Principais Radioisótopos Utilizados na Medicina
Radioisótopo Meia Vida Forma de Produção Aplicação Situação no Brasil
99mTc 66 h (99Mo)
6 h (99mTc) Produção de 99Mo em reator nuclear de pesquisa Diagnóstico
100% importado
Gerador produzido no IPEN
131I 8,02 d Produção em reator nuclear de pesquisa Diagnóstico
Terapia
100% importado
Processado no IPEN
51Cr 27,70 d Produção em reator nuclear de pesquisa Diagnóstico 100% importado
153Sm 46,27 h Produção em reator nuclear de pesquisa Terapia 100% nacional
Produzido no IPEN
90Y 64,1 h Produção em reator nuclear de pesquisa Terapia 100% importado
177Lu 6,71 d Produção em reator nuclear de pesquisa Terapia 100% importado
125I 59,41 d Produção em reator nuclear de pesquisa Braquiterapia 100% importado
Processado no IPEN
192Ir 73,83 d Produção em reator nuclear de pesquisa Braquiterapia 100% importado
60Co 5,272 a Produção em reator nuclear de pesquisa Teleterapia 100% importado
18F 109,7 m Produzido em Cíclotron Diagnóstico 100% nacional
123I 13,2 h Produzido em Cíclotron Diagnóstico 100% nacional
111In 2,81 d Produzido em Cíclotron Diagnóstico 100% importado
67Ga 78,3 h Produzido em Cíclotron Diagnóstico Parcialmente nacional
201Tl 73,1 h Produzido em Cíclotron Diagnóstico Parcialmente nacional
Principais Radioisótopos Utilizados na Medicina