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Elita F.Urano Carvalho IPEN/CNEN-SP
P&D E O CICLO DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR NO BRASIL - PRESENTE E FUTURO
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• Combustíveis para reatores de PESQUISA • Alvos de urânio para produção de Mo-99 • Desenvolvimento de novos combustíveis
para e reatores de POTÊNCIA
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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
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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)
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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
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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
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Combustíveis para reatores de PESQUISA
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Combustível – U3Si2-Al
● Números de elementos
combustíveis –8 ECs;
● Número de placas por
elemento – 17 placas;
PROJETO ELEMENTO COMBUSTÍVEL
REATOR ARGONAUTA
DESENVOLVIMENTO
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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
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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
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Tecnologia Nuclear a Serviço da Vida
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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?
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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
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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
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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
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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
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ETAPAS DE IMPLANTAÇÃO
2008 2017 2024
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PROJETO DETALHADO DO REATOR
Empreendimento
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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
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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
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Levantamento topografico Torre meteorológica Sondagem
Licenciamento ambiental
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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”
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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
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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
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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
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CICLO DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR NO BRASIL – CICLO ABERTO
mineração conversão enriquecimento fabricação combustível
reator estocagem temporária
repositório
UF6
#
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Obrigada
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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