Projeto e análise neutrônico-termoidráulica de um reator homogêneo aquoso usando combustível de baixo enriquecimento para a produção de radioisótopos usados na Medicina

Abstract

Dos mais de 200 radioisótopos que são utilizados regularmente na medicina nuclear, é o Tecnécio-99 metastável (99mTc) o mais amplamente utilizado, visto que é empregado em 80% de todos os procedimentos de diagnóstico realizados neste ramo da medicina, o que implica anualmente em 30-40 milhões de procedimentos em todo o mundo. Embora, o 99mTc possa ser produzido diretamente em um cíclotron ou acelerador de partículas, ele é quase exclusivamente produzido a partir do decaimento beta do radioisótopo Molibdênio-99 (99Mo). Atualmente, a maior parte da produção de 99Mo para atender a demanda global estimada em 9400 seis dias Curie por semana depende de um reduzido grupo de reatores de pesquisa heterogêneos, a maioria deles com mais de 50 anos de operação. Por conseguinte, é esperado que problemas de disponibilidade ocorram, devido à necessidade de paradas prolongadas para trabalho de manutenção planejada e não planejada, causando prejuízos no mercado do 99Mo e de outros radioisótopos, tornando a cobertura da demanda e seu crescimento anual um desafio para toda a cadeia de fornecimento de 99Mo. A produção de 99Mo em Reatores Homogêneos Aquosos (AHR) é uma alternativa atraente em comparação com o método tradicional de irradiação de alvos em reatores heterogêneos devido ao seu baixo custo, pequena massa crítica, segurança passiva inerente e características simplificadas de manuseio, processamento e purificação do combustível. Embora a utilização de AHR na produção de isótopos médicos seja potencialmente vantajosa, o uso de combustível de Urânio de baixo enriquecimento (LEU), impõe um número de desafios que deve ser levado em consideração quando o reator é projetado. Assim sendo, a presente pesquisa tem como objetivo o projeto e análise de um projeto conceitual de AHR, baseado no reator ARGUS, que usa combustível LEU para a produção de isótopos médicos que responde à demanda regional. Para alcançar esse resultado foram otimizadas as características do projeto conceitual do núcleo do reator visando garantir as condições de operação seguras e a produção prevista, através do desenvolvimento e implementação de uma metodologia computacional baseada em avançados modelos e códigos de computador acoplados baseados na teoria de Monte Carlo e na Dinâmica de Fluidos Computacional para o estudo das características físico-neutrônicas e termoidráulicas. Os resultados obtidos na presente pesquisa contribuem para demonstrar a viabilidade do uso de AHR para a produção de isótopos médicos, em especial a produção de 99Mo.