ipen AUTARQUIA ASSOCÍADA À UNIVERSIDADE DE SAO PAULO

ipen

AUTARQUIA ASSOCÍADA À UNIVERSIDADE DE SAO PAULO

ESTUDOS DO EFEITO DA IRRADIAÇÃO EM UM REATOR

NUCLEAR, DE ALVOS CONTENDO Mo UTILIZADOS PARA O

PREPARO DO GEL DE ''Mo, MATERIAL CONSTITUINTE

DOS GERADORES DE "^Mo -"""Tc

RENATA CORRÊA NIETO

Tese a p r e s e n t a d a c o m o p a r t e d o s r e q u i s i t o s p a r a o b t e n ç ã o d o G r a u d e D o u t o r e m C i ê n c i a s na Á r e a d e T e c n o l o g i a N u c l e a r - A p l i c a ç õ e s . O r i e n t a d o r : Dr. J o ã o A l b e r t o Osso Jr. ).8.002

Sâo Paulo

2004

ESTUDOS DO

DA IRRADIAÇÃO

UM REATOR

NlíCLEAR, :DE ALVOS CONTENOO Mo LlTlLíZADOS PARA O

P R E P A R O

DO

CONSTITUINTE DOS

-''""Te.

RENATA C O R R E A NIETO

)Jl_^.V^\^

P R E P A R O D O G E L D E ' ' M O , M A T E R I A L C O N S T I T U I N T E D O S G E R A D O R E S D E

' ' M o - ' " " T e .

R e n a t a C o r r ê a N i e t o

R E S U M O

O radioisótopo mais utilizado na Medicina Nuclear é o ^^""Tc, na forma do gerador ^^Mo - ^^""Tc. O ^^Mo p o d e ser produzido por diversas r e a ç õ e s nucleares e m reatores e ciclotrón. A p r o d u ç ã o em um ciclotrón não é viável técnica e e c o n o m i c a m e n t e . No reator nuclear a produção pode ser feita de d u a s maneiras: pela fissão do uranio o u pela reação do ^^Mo (n,y) ^^Mo. No IPEN está sendo d e s e n v o l v i d o um projeto para a p r o d u ç ã o de ^^Mo pela ativação d e Mo e preparo de g e r a d o r e s tipo gel MoZr. Existem d u a s formas de preparo deste gel e posterior preparo dos geradores de ^^Mo - ^^""Tc: irradiando o M0O3 e p r e p a r a n d o o gel ou, p r e p a r a n d o o gel a frio e irradiando-o posteriormente. Este trabalho consiste no e s t u d o d o s efeitos da irradiação de diversos alvos c o n t e n d o Mo p a r a a p r o d u ç ã o de ^^Mo pela reação ^°Mo (n, y) ^'^Mo e posterior preparo do gel c o n t e n d o ^^Mo para uso c o m o u m gerador tipo gel de ^^Mo - ^^""Tc.

Os géis de molibdato de zircônio, titânio e cério f o r a m e s t u d a d o s e analisados quanto a sua morfología, estrutura no infravermelho e r e n d i m e n t o de eluição do ^^"^Tc.

Os melhores resultados foram os obtidos com g e r a d o r e s preparados com o gel de MoZr pós-formado, com estrutura amorfa e m e l h o r e s r e n d i m e n t o s de eluição. A forma do gel pré-formado induz cristalinidade e pior d e s e m p e n h o dos geradores.

M A T E R I A L T H A T C O N S T I T U T E S T H E ' ^ M o -'""""Tc G E N E R A T O R S .

R e n a t a C o r r ê a N i e t o

A B S T R A C T

T h e most used radioisotope in Nuclear Medicine is ^^'"Tc, obtained in the ^^Mo - ^^""Tc generator form. ^^Mo can be p r o d u c e d by several nuclear reactions in Cyclotron and Reactor. T h e production in Cyclotron is not technically a n d commercially feasible. T h e production in Nuclear Reactor c a n be m a d e in two w a y s : U fission a n d ^^Mo (n.y) ^^Mo reaction. A project a i m i n g the production of ^^Mo by activation of Mo is under w a y at IPEN, p r o d u c i n g a gel type M o Z r generator. T h e r e are two ways of preparing the gel and the generators: by irradiating M0O3 a n d preparing the gel or by the preparation of the gel and further irradiation. This work consists in the study of the irradiation effects in several targets containing Mo for the production of ^^Mo by the ^°Mo (n, Y)^^MO r e a c t i o n and further preparation of the gel for use as a gel type Mo - ^^'"Tc generator.

T h r e e rinds of gel w e r e studied: zirconium, titanium a n d cerium m o l y b d a t e , a n d their morphology, infrared structure a n d elution yield of ^^""Tc w e r e analysed.

T h e best results w e r e achieved with the generators prepared with MoZr post f o r m e d gel, with a m o r p h o u s structure a n d better elution yields. T h e pre f o r m e d gel induced cristanility a n d worst performance of the generators.

A o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares e, e m particular ao Centro de Radiofarmácia, pela o p o r t u n i d a d e concedida para a realização deste trabalho.

A F u n d a ç ã o de A m p a r o à Pesquisa do Estado de São Paulo - F A P E S P , pelo apoio financeiro.

A o Dr. João Alberto Osso Jr., pela ohentação deste trabalho, pelos c o n h e c i m e n t o s transmitidos, pela sincera amizade, pelo a p o i o prestado e m m o m e n t o s difíceis e por acreditar que este trabalho poderia ser concluído.

Ao Dr. Reginaldo pelos serviços prestados no d e p a r t a m e n t o da Metalurgia e pelos e n s i n a m e n t o s sobre E n g e n h a r i a dos Materiais.

A o meu marido, pela paciência e estímulo constantes, t o r n a n d o a realização deste trabalho mais confortável, muitas vezes a s s u m i n d o muito bem minha f u n ç ã o de mãe.

A o s m e u s pais, irmãos, c u n h a d a e tios pelas g r a n d e s dicas prestadas, contribuindo efetivamente para a c o n c l u s ã o deste trabalho.

À minha irmã Luciana Corrêa, pela amizade, pelo a p o i o e pela colaboração no desenvolver deste trabalho.

À Dr^. Constância P a g a n o G o n ç a l v e s da Silva, por tornar possível o d e s e n v o l v i m e n t o deste trabalho.

A o s funcionários do CR e em especial ao grupo A n a , Néstor, Regina, pela produção de todas as amostras de gel fornecidas e colaboração geral.

A o s m e u s a m i g o s do IPEN pelo incentivo, contribuição na elaboração deste trabalho e carinho s e m p r e presentes.

A o s funcionários da biblioteca e da p ó s - g r a d u a ç ã o , pelos serviços prestados.

A todos aqueles que, de uma f o r m a o u de outra ajudaram e acreditaram na realização deste trabalho.

P á g i n a

1 I N T R O D U Ç Ã O 1

1.1 ^ ^ " ^ T c - H i s t ó r i c o 1 1.2 ^^""Tc - Principais características físicas 3

1.3 Produção do ^^Mo 6

1.3.1 Produção e m ciclotrón 6

1.3.2 Produção em reatores 8

1.3.2.1 ^^Mo produzido por fissão 8

1.3.2.2 ^^Mo produzido por ativação de nêutrons do Mo 10

1.3.3 Escolha do método de produção de ^^Mo 11

1.4 Geradores cromatográficos tipo gel c o m ^'^Mo produzido por uma reação 17 (n,Y) e m M0O3

1.4.1 Geradores tipo gel 17

1.4.2 Breve Histórico - geradores tipo gel 17

1.4.3 Principais características dos geradores tipo gel 20

1.5 Justificativa 23

2 OBJETIVO 25

3 MATERIAIS E MÉTODOS 26

3.1 Preparo dos géis 27

3.1.1 Descrição das etapas de preparo do gel de MoZr 27

3.1.1.1 G e l de M o Z r c o m M0O3 27

3.1.1.2 Gel de M o Z r c o m Mo metálico 30 3.1.2 Descrição das etapas do preparo do gel de MoTi com M0O3 32

3.1.3 Descrição das etapas do preparo do gel de MoCe com M0O3 33

3.2 Detectores de Radiação G a m a 36

3.2.1 Calibração do detetor de Ge tiiperpuro 36

3.2.2 Detector de Ge hiperpuro 37

3.3 Determinação das Impurezas Radionuclídicas 39

3.3.1 M0O3 39

3.3.2 Mo metálico 41

3.3.3 Gel de MoZr 41

3.3.4 Gel de MoTi 41

3.4.2 O Fenômeno da Difração de raios-X 42

3.5 Medidas realizadas no espectrómetro de infravermelho 46

3.5.1 Análise do gel de MoZr 48

3.5.1 Análise do gel de MoTi 48

3.5.1 Análise do gel de MoCe 49

3.6 Determinação da quantidade de cátions 49

3.6.1 Desenvolvimento estabelecidos para os géis 49

3.7 Preparo dos geradores de ''^Mo - '^^"'Tc e avaliação de seu d e s e m p e n h o 51

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 53

4.1 Preparo dos géis 53

4.1.1 G e l d e MoZr 53

4.1.1.1 G e l de M o Z r c o m M0O3 53

4.1.1.2 Gel de M o Z r c o m Mo metálico 53

4.1.2 G e l d e MoTi c o m M0O3 53

4.1.3 G e l de MoCe c o m M0O3 55

4.2 Calibração do detector de Ge hiperpuro 56

4.3 Detemninação das Impurezas Radionuclídicas 58

4.3.1 M0O3 58

4.3.2 Mo metálico 59

4.3.3 Gel de MoZr c o m M0O3 59

4.3.4 Gel de MoTi 60 4.3.5 Gel de MoCe 60 4.4 Difração de Raios-X 61 4.5 Infravennelho 66 4.5.1 Gel de MoZr 66 4.5.2 G e l d e MoTi 68 4.5.3 G e l d e MoCe 70

4.6 Determinação da quantidade d e cátions 72

4.6.1 G e l d e MoTi 72

4.6.2 G e l de MoZr 74 4.7 Avaliação e desempenho dos geradores de °^Mo - ''''"'Tc 75

T A B E L A 1 Vantagens e desvantagens dos quatro tipos de técnicas de

preparo de geradores de ^^"^Tc 14 T A B E L A 2 Características dos Géis de MoZr preparados com IVI0O3 53

T A B E L A 3 Características dos Géis de MoZr preparados com Mo

metálico 53 T A B E L A 4 Características dos Géis de MoTi preparados com M0O3 54

T A B E L A 5 Massa final de lotes de gel de MoTi preparados com TÍO2 e

TÍCI3 54

T A B E L A 6 Características dos Géis de MoCe preparados c o m M0O3 55 T A B E L A 7 Equações para determinação da eficiência (y) do detector de

Ge Hiperpuro em diversos níveis 57 T A B E L A S Comparação dos alvos de M0O3 irradiados 58

T A B E L A 9 Alvo de Mo metálico 59 T A B E L A 10 Impurezas detectadas no gel pré-formado irradiado 59

T A B E L A 11 Impurezas detectadas no gel pré-formado irradiado 60 T A B E L A 12 Impurezas detectadas no gel pré-formado irradiado 60 T A B E L A 13 Comparação dos resultados entre métodos de análise dos

teores de Mo e Ti no gel 73 T A B E L A 14 Comparação de resultado entre métodos de análise dos

teores de Mo e Zr no gel 74 T A B E L A 15 Impurezas radionuclídicas encontradas no eluído do gel MoZr

pré-formado 79 T A B E L A 16 Impurezas radionuclídicas encontradas no eluído do gel MoZr

pós-formado 79 T A B E L A 17 Impurezas radionuclídicas encontradas no eluído do Mo

metálico 80 T A B E L A 18 Impurezas radionuclídicas encontradas no eluído do gel

T A B E L A 20 Impurezas radionuclídicas encontradas no eluído do gel

pós-formado MoTi 81

T A B E L A 21 Impurezas radionuclídicas encontradas no eluído do gel

pré-formado MoCe 81

T A B E L A 22 Impurezas radionuclídicas encontradas no eluído do gel

F i g u r a 2 Esquema de decaimento do IVlo 4 F i g u r a s Curva de crescimento e decaimento do Mo 5

Figura 4 Esquema de outros isotopos de Mo formados por fissão do

urânio 9 Figura 5 Seção de ctioque (n.y) do ^^Mo 11

F i g u r a 6 Cela de produção de geradores de ^ M o - ^^"'Tc tipo gel,

localizada no Centro de Radiofarmácia (CR) do IPEN 23

Figura 7 Diagrama de preparação do gel de MoZr 29 F i g u r a s Diagrama de preparação do gel de Mo metálico 31

Figura 9 Diagrama de preparação do gel de MoTi 33 F i g u r a 10 Diagrama de preparação do gel de MoCe 35 Figura 11 Calibrador de dose Capintec modelo CRC - 10BC 37

F i g u r a 12 O detector de G e Hiperpuro modelo G X 1 5 1 8 da Canberra, acoplado a um sistema de aquisição e tratamento de dados via

microcomputador contendo o programa GENIE - PC 38 F i g u r a 13 Difração de raios X por um cristal e a interferência entre os raios

em nivel planar 43 F i g u r a 14 Difratômetro de raios X localizado no departamento de Eng.

Metalúrgica do I P E N / C N E N - S P 44 Figura 16 (a) Difratômetro de raios X ; (b) Esquema da parte experimental

e funcionamento do equipamento utilizado 45 F i g u r a 16 Da esquerda para a direita temos os diversos tipos de pastilhas

obtidos, da melhor para a pior. Nota-se que quanto mais opaca a pastilha considera-se a existência de bolhas de ar e umidade.. 4 7 F i g u r a 17 Espectrómetro de infravermelho modelo FTIR - 8201 PC da

Shimadzu, utilizado na obtenção dos espectros dos géis 48 F i g u r a 18 Coluna de vidro utilizada para o preparo dos geradores ^ M o

-^^""Tc contendo o gel de MoTi preparado na forma pós-formado. 51

F i g u r a 20 Curva de Calibração do Detector de Germânio Hiperpuro 57 F i g u r a 21 Espectro de difração de raios-X do gel de MoZr preparado c o m

M0O3 61

F i g u r a 22 Espectro de difração de raios-X do gel de MoZr preparado c o m

Mo metálico 62

F i g u r a 23 Espectro de difração de raios-X do gel de MoTi preparado a

25''C 63

F i g u r a 24 Espectro de difração de raios-X do gel de MoTi preparado a

50°C 6 3

F i g u r a 25 Espectro de difração de raios-X do gel de MoCe preparado a

50°C 64

F i g u r a 26 Espectro de difração de raios-X do gel de MoTi preparado a

50°C na forma pós-formado 65

F i g u r a 27 Espectro de difração de raios-X do gel de MoCe preparado a

õO^C na forma pós-formado 65

F i g u r a 28 Espectro de Infravermelho do gel de MoZr pós- formado 66 Figura 29 Espectro de Infravermelho de gel de MoZr pré - formado 67 F i g u r a 30 Espectro de Infra-vermelho do gel de MoTi pré-formado

preparado a 25 X 68

F i g u r a 31 Espectro de Infra-Vermelho do gel de MoTi pré-formado

preparado a 50°C 69

F i g u r a 32 Espectro de Infra-Vermelho do gel de MoTi pós-formado

preparado a 50°C 69

F i g u r a 33 Espectro de Infra-Vermelho do gel de MoCe pré-formado

preparado a 50°C 70

F i g u r a 34 Espectro de Infra-Vermelho do gel de MoCe pós-formado

preparado a 50°C 71

F i g u r a 35 Curva de Calibração do Moíibdênio 72 Figura 36 Curva de Calibração do Titânio 72

F i g u r a 38 Curva de eluição de % de ^^""10 em função do volume para o

gerador de gel de MoTi na forma pré-formado 76

F i g u r a 39 Curva de eluição de % de ^^""Tc em função do volume para o

gerador de gel de MoTi 77

F i g u r a 40 Curva de eluição de % de ^ ^ T c em função do volume para o

gerador de gel de M o C e 77

F i g u r a 4 1 Curva de eluição de % de ^^""Tc em função do volume para o

1 I N T R O D U Ç Ã O

A partir de 1966, o uso de "^^""Tc tornou-se c o m u m e uma variedade de compostos m a r c a d o s foram desenvolvidos para aplicação na Medicina Nuclear e hoje cerca de 9 0 % dos procedimentos de diagnóstico são realizados c o m o ^^"^Tc, cujas características físicas de decaimento são favoráveis para as técnicas de diagnóstico: meia-vida curta (T1/2 = 6,02 h),decaimento por transição isomérica e emissão de um único raio-y de 141 keV, energia favorável para o uso com os detectores utilizados na Medicina Nuclear. •2,3,4,5]

Uma outra v a n t a g e m é a sua disponibilidade na forma de um gerador à classe médica, o n d e o ^^Mo decai com a meia-vida física de 66 horas para o

9 9 m j ^ 11.2,3,4,5]

Por e s s a s características, o ^^"'Tc p o d e ser utilizado em distâncias longas do centro produtor.

1.1 ' " " T c - H i s t ó r i c o

O tecnécio, c o n h e c i d o como elemento 43 da tabela periódica, foi descoberto em Palermo por Segré e Perrier em 1937, q u e utilizavam o cíclotron da Universidade da Califórnia em Berkeley''''^'.

Ségre, com a assistência de Cario Perner, t r a b a l h a n d o c o m vários fragmentos metálicos do interior do cíclotron, separou o tecnécio do molibdênio, q u e era um dos materiais que f o r m a v a m o defletor do cíclotron. Q u a n d o retornou para Berkeley, Ségre trabalhou com Seaborg para isolar e medir a meia-vida do ^^""Tc. O g r u p o de Oak Ridge usou muito dessas reações originais para caracterizar o Tc.

Por u m processo de eliminação executado minuciosamente, Perrier e Ségre eliminaram a possibilidade de a substância ser um radioisótopo de zircônio, niobio, molibdênio, rutênio ou m a n g a n ê s . Eles descobriram que a substância tinha propriedades químicas similares ao rênio. A identificação do elemento 4 3 foi possível sob circunstâncias difíceis, que foram a g r a v a d a s pelo fato de que a placa de Mo irradiada estava c o n t a m i n a d a c o m ^^P.

C o m o desenvolvimento d o reator nuclear, foi possível produzir o e l e m e n t o 4 3 pela fissão do urânio. A s s i m , o elemento 4 3 r e c e b e u o n o m e d e "tecnécio", por ser produzido artificialmente

Por vários anos, a p ó s a descoberta do tecnécio, este p e r m a n e c e u somente c o m o u m a curiosidade científica.

A partir de 1950, o c a m p o de M e d i c i n a Nuclear foi modificado c o m o desenvolvimento do gerador de ^^Mo/^^'^Tc. No p r o c e s s o de s e p a r a ç ã o d o s produtos de fissão, o grupo d e B r o o k h a v e n d e s e n v o l v e u o gerador d e '^^Te-^^^l. Este gerador consistia do produto de fissão ^^^Te adsorvido n u m a coluna de alumina e o ^^^1 eluído da coluna com hidróxido d e a m o n i o diluído. O ^^^1 continha traços de ^^""Tc e, desta forma, o g r u p o d e B r o o k a v e n deduziu q u e o ^^Mo s e g u i a a química d o Te''*'.

O primeiro gerador de ^^"'Tc foi idealizado por W a l t e r Tucker e Margaret Guine, responsáveis por um p r o g r a m a de isotopos desenvolvido pelo grupo de Tucker.''*'

V á r i o s encontros foram realizados por P. Richards para a discussão da produção de radioisótopos. N e s s e s encontros tornou-se claro que o ^^'"Tc possuía características físicas ideais para vários procedimentos de diagnóstico, utilizados em Medicina Nuclear''*'

C o m o a u m e n t o do interesse m é d i c o pelos geradores, o trabalho do grupo de B r o o k h a v e n resultou uma g r a n d e melhora na pureza d o produto de fissão ^^Mo e e m um melhor arranjo para o gerador. A solução do eluído foi modificada d e uma solução d e ácido nítrico para uma s o l u ç ã o salina fisiológica.

Esses desenvolvimentos resultaram na diminuição no nível d e c o n t a m i n a ç ã o dos eluídos d o ^^""Tc c o m ^^Mo e outros radionuclídeos para um nível abaixo d e 1 0 " ^

N e s t e período (1960), o grupo de B r o o k h a v e n t a m b é m d e s e n v o l v e u um n ú m e r o d e c o m p o s t o s m a r c a d o s c o m t e c n é c i o e técnicas para s e u uso, incluindo o enxofre coloidal m a r c a d o c o m ^^""Tc, D T P A m a r c a d o c o m ^^'"Tc, o primeiro conjunto de reativos liofilizados ("kit") instantâneo e a aplicação da cromatografía de gel para o esclarecimento da c o m p o s i ç ã o d o s radiofarmacos marcados c o m ^^"^Tc ''*'.

O ^^""Tc c o m o pertecnetato foi e s t u d a d o pela primeira v e z por Harper e c o l a b o r a d o r e s como u m possível traçador biológico; e este trabalho permitiu sua

s u b s e q u e n t e utilização na localização d e tumores cerebrais e em i m a g e n s da tireóide.

Richards, Harper e Atkins d e s e n v o l v e r a m um método para o preparo do enxofre coloidal marcado c o m ^^""Tc, q u e resultou e m um radiofármaco utilizado para m a p e a m e n t o do fígado, b a ç o e m e d u l a óssea.

A partir de 1966, os g e r a d o r e s d e ^^""Tc p a s s a r a m a ser produzidos e distribuídos, e nesta é p o c a foi desenvolvido um g e r a d o r e n c a p s u l a d o e esterilizado por E. R. Squibb e Sons.

D e s d e então, o ^^""Tc tornou-se c o m u m e uma variedade de compostos m a r c a d o s f o r a m desenvolvidos para aplicação na medicina nuclear e hoje cerca de 9 0 % dos procedimentos de diagnóstico são realizados c o m o ^^'"Tc.

1,2 ^^""Tc - P r i n c i p a i s c a r a c t e r í s t i c a s f i s i c a s

O ^^'"Tc, por apresentar um d e c a i m e n t o favorável, é um dos radioisótopos mais e m p r e g a d o s e considerado "ideal" para a técnica d e diagnóstico S P E C T (tomografia c o m p u t a d o r i z a d a d e e m i s s ã o d e fóton único). Ele t e m u m a meia-vida física de 6 horas e decai 1 0 0 % por transição isomérica, para ^^Tc conforme a Figura 1. 9ym 4^ T c 99

l

Neste e s q u e m a a energia 72 é a principal emissão, cuja energia é d e 140 keV ( 8 7 , 5 % ) . Esta energia é ideal para penetração nos tecidos e para o uso n o s detectores utilizados na Medicina Nuclear, cuja faixa de o p e r a ç ã o é entre 100 e 3 0 0 keV. ^'•^•'•'•'^

S e m a e m i s s ã o de radiação corpuscular, o q u e permite à administração d e maiores atividades a o paciente c o m baixa d o s e d e radiação, as

imagens são obtidas c o m u m a boa resolução'^'.

A l é m dessas características, o ^^""Tc possui a v a n t a g e m d e ser obtido de maneira relativamente fácil a partir de geradores, pois é um produto de desintegração d o ^^Mo (ti/2 = 6 6 horas). No sistema de gerador, o ^^Mo é retido, decai para o ^^'"Tc, q u e é então separado sob a forma de pertecnetato de sódio. O médico nuclear p o d e e n t ã o marcar uma série de moléculas c o m o ^^'"Tc, e essa m a r c a ç ã o ocorre pela simples adição do pertecnetato a um conjunto de reativo liofilizado, que já fica a disposição para o médico.

Por essas características, o ^^""Tc p o d e ser utilizado a distâncias longas d o centro produtor.

Para o decaimento do ^^Mo para o ^^"^Tc, a Figura 2 c o m p r o v a q u e a atividade do ^^"^Tc n u n c a excederá a atividade do "^^Mo, pois a p e n a s 8 7 , 5 % de 9 9 r desintegrações do ^^Mo resultam e m ^^"^Tc. 99mn

9 9 n T (66,02 h) 87,5% J3-12,5% T c (6,02 h) T. ^^Tc 2,14 X t o l a n o s 99 Ru (estável) F i g u r a 2 - E s q u e m a d e d e c a i m e n t o d o M o - 9 9 p a r a o T c - 9 9 m .

A curva de c r e s c i m e n t o e decaimento do sistema ^^Mo-^^'^Tc m o s t r a d a na Figura 3 estabelece q u e o tempo m á x i m o d e crescimento d o ""Tc é de a p r o x i m a d a m e n t e 23 horas.

A t i V i d d 10 9 S 7 6 5 4 3 Tc máx ri1o-99 i "~ "-"-=7 / ! T c - 9 9 m / ! " / I

• i

A dose d e radiação a o paciente devido à f o r m a ç ã o de ^^Tc é insignificante, uma v e z que a sua meia-vida longa é de 2,14 x 10^ anos. Por e x e m p l o , 3,7 x 10*° Bq (1 Ci) d e ^^Mo produziria a p e n a s 1,48 x 10^ Bq (4 x 10"® Ci) d e ^^Tc, d e acordo c o m o e s q u e m a d e d e c a i m e n t o d o ^ M o (Figura 2). A s s u m i n d o q u e 8 7 , 5 % do ^^Mo d e c a i para o ^^"^Tc, então, a p r o x i m a d a m e n t e 3,22 x 10*° Bq (0,87 Ci) de ^^"'Tc p o d e ser relacionado c o m 1,48 x 10^ Bq (4 x 10"® Ci) de ^^Tc. E m outras palavras, para cada 3,7 x lO'* Bq (1 m C i ) de ^^'^Tc, haverá 17,02 X IO''* Bq (4,6 x 10"® m C i ) d e ^^Tc, valor estimado insignificante quanto ao a s p e c t o dosimétrico.

O ^^Mo pode ser p r o d u z i d o por diversas reações nucleares e m reatores e cíclotrons. A produção em cíclotron é possível pela irradiação d o molibdênio altamente enriquecido em *°°Mo c o m prótons ou d ê u t e r o n s A s d e s v a n t a g e n s são o alto custo do processo, a seleção d e u m alvo q u e suporte o calor g e r a d o nas irradiações e a o b t e n ç ã o d o ^ M o c o m baixa atividade específica. Sua p r o d u ç ã o é de fácil e x e c u ç ã o , pois não são f o r m a d o s outros radioisótopos, isto é.

não exige separações químicas complexas e n e m há a necessidade de um alvo especial para sua irradiação.

No reator nuclear, a produção p o d e ser feita de duas formas: pela fissão d o ^^^U o u pela reação d o ^®Mo (n, y) ^^Mo. No p r o c e s s o de fissão do ^^^U, obtém-se o ^^Mo c o m alta atividade específica, mas é g e r a d o um n ú m e r o g r a n d e de radioisótopos d e fissão, o q u e exige uma s e p a r a ç ã o química c o m p l e x a d o ^^Mo e altas d o s e s de radiação'®'^'. G e r a l m e n t e é feito um gerador cromatográfico, no qual o ^^Mo liga-se fortemente a uma c a m a d a de a l u m i n a e o ^^""Tc é eluído c o m solução salina. Essa separação se d e v e a uma g r a n d e c a p a c i d a d e de troca iónica da alumina, que libera o ^^"^Tc na f o r m a de pertecnetato, que c o m b i n a d o com outros c o m p o s t o s químicos proporciona o diagnóstico de diversos órgãos.

O processo da ativação do molibdênio natural ou enriquecido em ^®Mo pela reação (n, y) produz ^^Mo c o m baixa atividade específica, menor quantidade de impurezas, c o n s e q u e n t e m e n t e gera u m a q u a n t i d a d e menor de rejeitos''''. Neste caso, deve-se usar um outro tipo d e gerador, pois o gerador cromatográfico exige a p r e s e n ç a de uma g r a n d e c a m a d a d e alumina, prejudicando o perfil de eluição do ^"^Tc, que poderia ser m e l h o r a d o pelo uso de ^®Mo enriquecido e irradiação c o m u m fluxo e x t r e m a m e n t e intenso d e nêutrons, porém isto elevaria e n o r m e m e n t e o custo d o processo.'*'^'^'^'

1.3 P r o d u ç ã o d o ^^Mo

O ^^Mo p o d e ser produzido por diversas reações nucleares e m cíclotrons e reatores nucleares.

Existem vários métodos d e s e p a r a ç ã o d o ^^'"Tc d o ^^Mo, e a escolha d e s s e s m é t o d o s d e p e n d e do modo de preparo e d a s características do ^^Mo.

1.3.1 P r o d u ç ã o e m c í c l o t r o n

A c e l e r a d o r e s o u cíclotrons são fontes de feixes de partículas carregadas c o m o prótons, dêuterons, ^He e alfa.

O cíclotron foi o primeiro acelerador a produzir partículas de alta energia s e m necessitar de altas voltagens. U m feixe de partículas carregadas acelerado por um cíclotron gera uma q u a n t i d a d e de calor muito elevada numa

p e q u e n a área do alvo. Desta maneira, é preciso q u e o material alvo tentia um alto ponto de fusão e uma alta condutividade térmica, a fim d e n ã o fundir e dissipar o calor gerado '*°'.

A refrigeração do alvo é realizada c o m á g u a e é preferível q u e este seja de material sólido metálico o u u m c o m p o s t o d e alto ponto d e fusão.

A e s p e s s u r a do alvo t a m b é m é importante, pois pela reação escolhe-se a melhor faixa d e energia para maximizar a p r o d u ç ã o do radioisótopo de interesse e minimizar a quantidade de impurezas radioativas no processo; esta faixa d e energia define a espessura. T a m b é m é n e c e s s á h a a irradiação de isótopos separados, ou seja, alvos enriquecidos a u m e n t a m o rendimento de produção e diminuem a q u a n t i d a d e de contaminantes.

A s v a n t a g e n s d a p r o d u ç ã o de radioisótopos e m cíclotron sâo a flexibilidade d a s condições de irradiação, uma p r o d u ç ã o livre d e carregador e produtos deficientes e m nêutrons, decaindo em geral por (3* ou captura eletrônica, q u e são maneiras ideais de d e c a i m e n t o para o u s o e m diagnóstico '*°'.

A s d e s v a n t a g e n s são o alto custo d o processo e a seleção de u m alvo q u e suporte o calor g e r a d o nas irradiações '*°'.

No cíclotron, a p r o d u ç ã o de ®^Mo é possível pela irradiação de M o altamente enriquecido e m *°°Mo c o m prótons o u dêuterons ou pela ativação d o Zr.

Essas r e a ç õ e s p o d e m ser descritas da seguinte forma:

^®Zr (a, n) ^^Mo

*°°Mo (p, pn) ^^Mo *°°Mo (d, dn) ^^Mo

A d e s v a n t a g e m deste m é t o d o de preparo do ^^Mo é o s e u alto custo e a obtenção de ^^Mo com baixa atividade específica e baixa c o n c e n t r a ç ã o radioativa.

1.3.2 P r o d u ç ã o e m r e a t o r e s

O reator nuclear é visto c o m o u m a fonte d e feixe de nêutrons para a área d e produção de radioisótopos. A g r a n d e v a n t a g e m do uso de reator nuclear é a facilidade de irradiação, já q u e não ê gerada alta quantidade de calor no alvo.

E m geral, os radioisótopos produzidos são ricos em nêutrons, d e c a i n d o por p~, que é o modo de decaimento a d e q u a d o para o uso em terapia. Os radioisótopos, em geral não sâo livres de carregadores.

No reator nuclear, a produção p o d e ser feita de d u a s maneiras: pela fissão do urânio ou pela reação ^®Mo (n, y) ^^Mo.'*°'

1.3.2.1 '^Mo p r o d u z i d o p o r f i s s ã o

Esta p r o d u ç ã o ocorre de acordo c o m a reação;

^^^U (n,f) ^^Mo

A fissão do ^^^U produz uma série grande de isótopos e radioisótopos de diferentes elementos, dentre eles, o ^^Mo, cujo rendimento de fissão é de 6 , 1 % .

Outros isotopos d e molibdênio p o d e m ser f o r m a d o s na fissão do urânio, c o m o é mostrado na Figura 4.

^^^U {n,f) . . . ' ' Z r (16,8 h) 9 4 , 6 % ^^^U ( n , f ) . . . ^®Nb-"""^Nb (60 s) ^ ' N b -(72,1 min) - > ^ ' M o (estável) produto de fissão 5,9%

-p, ^®Mo: produto de fissão 5,9 % (estável)

235

U ( n , f ) . . . *°°Mo produto de fissão 6 , 3 % (estável)

F i g u r a 4 - E s q u e m a d e o u t r o s i s ó t o p o s d e M o f o r m a d o s p o r f i s s ã o d o

u r a n i o .

O resultado d e s s a s reações é u m a r e d u ç ã o n a atividade específica de

99

ÍVlo.

A grande v a n t a g e m d e s s e método é a o b t e n ç ã o d o ^^Mo c o m alta atividade específica, de 1x10^ G B q / g , característica ideal q u a n d o do preparo d o gerador de ^^'"Tc. Por outro lado, a g r a n d e dificuldade d e s s e processo é o g r a n d e número de produtos d a fissão do urânio, que torna necessária uma c o m p l e x a s e p a r a ç ã o química e a purificação do ^^Mo; isso gera uma altíssima d o s e de radiação de todos os produtos radioativos, elevando o custo do processo, principalmente no tocante ao g e r e n c i a m e n t o d e s s e s rejeitos tóxicos.'*°'

Das impurezas radionuclídicas presentes após a irradiação as q u e p o d e m a c o m p a n h a r o ' ^ M o são: *^^Te, * ^ * l , *°^Ru e o '^Zr.

1.3.2.2 ^^Mo p r o d u z i d o p o r a t i v a ç ã o d e n ê u t r o n s d o M o

O ^^Mo p o d e ser produzido pela irradiação do Mo com neutrons, de a c o r d o com a reação.

"®Mo (n,Y) ' ' M o

A seção de choque na ativação de nêutrons térmicos é de 0,14 barns; entretanto a seção de choque pode ser muito maior, q u a n d o há u m fluxo d e nêutrons epitérmicos, causando a captura de nêutrons por ressonância, c o m o mostra a Figura 5.

A irradiação do M o natural n u m reator p r o d u z ' ' M o c o m baixa atividade.

O uso de um alvo com ^®Mo enriquecido p r o d u z um a u m e n t o na atividade específica, a qual é proporcional ao fator de e n n q u e c i m e n t o e à m u d a n ç a na seção de choque efetiva.

Durante a irradiação d o Mo, u m n ú m e r o de r e a ç õ e s nucleares ocorrem, s e n d o que algumas delas g e r a m i m p u r e z a s radionuclídicas, que p o d e m ser transferidas para o eluído de ^^""Tc d u r a n t e o processo de separação.

Os produtos das reações (n,p) e (n,a) do Mo não afetam significativamente a qualidade do ^^""Tc s e p a r a d o ; devido à escolha cuidadosa do alvo a ser irradiado, pode-se minimizar as impurezas q u í m i c a s e radionuclídicas do Mo.

A s v a n t a g e n s são as facilidades de irradiação e do preparo do alvo e a baixa quantidade de impurezas, resultando uma dose total de radiação bem inferior a do processo de fissão e, c o n s e q ü e n t e m e n t e , uma p e q u e n a quantidade de rejeitos.

A s desvantagens estão nos valores da secção de c h o q u e , que são baixos para os isotopos naturais, o q u e pode ocasionar uma n e c e s s i d a d e de f l u x o s e l e v a d o s e o uso de isótopos enriquecidos.'^*'^^'

10^ 10' ê 10'^ Oí 6 10-' Ta

t

O s alvos utilizados f r e q ü e n t e m e n t e são M0O3 e o Mo metálico, s e n d o q u e a m b o s necessitam de irradiações e m fluxo alto.'^'

Ganiev e Somerville foram os primeiros a irradiar o M o no reator e a realizar uma série de p r o c e s s a m e n t o s diferentes, v i s a n d o o preparo de geradores.

1.3.3 E s c o l h a d o m é t o d o d e p r o d u ç ã o d e ®^Mo

A definição do m é t o d o d e p r o d u ç ã o está intimamente ligada ao tipo de gerador a ser utilizado. O critério para a escolha do método de p r o d u ç ã o do ' ' M o deve incluir: economia, tipos de recursos e a maneira de utilização.

Atualmente, existem quatro tipos diferentes de preparo d e geradores d e ""^Tc, b a s e a d o s nas técnicas de separação:

<$> extração por solvente u s a n d o metiletilacetona;

<5> s u b l i m a ç ã o d o heptaóxido de tecnécio;

<S> eluição d e gel contendo M o : M o Z r e M o T i . '^"^

A técnica de gerador por sublimação é utilizada a p e n a s c o m ' ' M o d e baixa atividade específica. O ^^"^Tc é s e p a r a d o c o m alta c o n c e n t r a ç ã o radioativa e livre d e impurezas químicas e radioquímicas, p o r é m requer a p a r a t o s complicados, o q u e eleva o tempo d e s e p a r a ç ã o e a eficiência de s e p a r a ç ã o é menor.

Já a técnica d e extração por solvente é utilizada c o m o " M o de baixa atividade específica e o ^^"^Tc é eficientemente separado c o m a c o n c e n t r a ç ã o radioativa e pureza radionuclídica altas. Esta técnica requer a p a r a t o s sofisticados e complicados, além d e um p e s s o a l altamente qualificado e treinado. Existem riscos d e incêndio devido a o s v a p o r e s de M E K (metiletilcetona), além d a possibilidade d e interferência devido à f o r m a ç ã o d e r e s í d u o s poliméricos orgânicos.

Para se obter g e r a d o r e s viáveis c o m baixa atividade específica d e

" M O, pesquisadores d e s e n v o l v e r a m u m g e r a d o r no qual o " M o é incorporado a um gel insolúvel, q u e q u a n d o pronto e eluído, a p r e s e n t a eficiente perfil de eluição de ' " ^ T c .

Q u a n d o o " M o é p r o d u z i d o pela reação (n, y), a técnica de preparo do g e r a d o r mais e m p r e g a d a é a eluição d e um gel d e Mo. Estes g e r a d o r e s s ã o fáceis d e operar e livres dos p r o b l e m a s inerentes a o s produzidos c o m " M o d e fissão. O " ' " T c é separado c o m b o a eficiência (70 - 8 0 % ) , pureza radionuclídica alta e perfil d e eluição b o m {- 10 m L ) , q u e é u m p o u c o maior d o q u e no gerador cromatográfico c o m alumina q u e usa " M o de fissão.

Esta técnica está s e n d o estudada e m alguns p a í s e s c o m o o Vietnã, índia. Austrália e China Desta técnica, dois tipos d e gel mostraram bons resultados: o d e MoZr e o d e MoTi.'®'*"'

O gel preparado c o m Z r mostra u m d e s e m p e n h o melhor, devido a u m a c o n t a m i n a ç ã o menor d o " ' " T c e l u í d o c o m " M o '*°'. U m outro g e l p r e p a r a d o foi c o m alvo d e molibdênio metálico, cujo perfil d e eluição d o s g e r a d o r e s e a pureza radionuclídica d o " ' " T c f o r a m b e m inferiores d o q u e os obtidos c o m M0O3 c o m o alvo. Q u a n t o à irradiação, d u a s técnicas p o d e m ser e m p r e g a d a s : irradiando M0O3

e posterior preparo do gel ("gel pós-formado") e p r e p a r a n d o - s e o gel c o m M0O3 a frio e posterior irradiação ("gel pré-formado").'*°'

O gerador cromatográfico tipo gel funciona de maneira a n á l o g a a o cromatográfico q u e utiliza o " M o d e fissão, m a s n ã o permite u m a a d s o r ç ã o química para imobilizar o radionuclídeo pai, ao contrário, incorpora o " M o p r o d u z i d o pela reação (n, y) no gel de MoZr insolúvel q u e f u n c i o n a c o m o u m a coluna d e troca iónica.

De maneira diferente d o gerador cromatográfico d e fissão, o " M o é q u i m i c a m e n t e c o m b i n a d o na estrutura d o gel e não simplesmente retido pelas forças d e adsorção instáveis e assim n ã o p o d e ser eluído d a matriz. E m relação ao alvo de trióxido d e molibdênio (M0O3, s e n d o 6 6 % d e molibdênio) é c o m p r o v a d a m e n t e um alvo estável para o alto fluxo de irradiação.

Avaliando a literatura a maioria d o s trabalhos q u e referenciam o preparo d e um gel que contém molibdênio utilizam M0O3 c o m o material alvo n a s irradiações e m reator. A l é m disso, são t a m b é m relatadas as seguintes c o m p o s i ç õ e s d e gel: molibdato de zircônio (MoZr), molibdato d e titânio (MoTi), f o s f o m o l i b d a t o d e zircônio, molibdato d e zircônio e cério ( M o Z r C e ) . E m alguns casos são relatadas as irradiações d e gel d e molibdênio pré-formado, q u e o c u p a mais v o l u m e d e irradiação e as altas t e m p e r a t u r a s durante a irradiação p o d e m causar m u d a n ç a s em s e u rendimento d e eluição, devido a possíveis m u d a n ç a s na estrutura d o gel.'*^'

Comparativamente, a T a b e l a 1 apresenta a l g u m a s v a n t a g e n s e d e s v a n t a g e n s d e cada um d o s g e r a d o r e s produzidos m u n d i a l m e n t e .

T A B E L A 1 - V a n t a g e n s e d e s v a n t a g e n s d o s q u a t r o t i p o s d e t é c n i c a s d e p r e p a r o d e g e r a d o r e s d e ^^"'Tc. Geradores cromatográficos Gerador cromatográfico de 9Í Mo produzido por fissão Vantagens Desvantagens

O uso de geradores de menor volume, por causa da alta atividade específica do ^^Mo, permite uma concentração de ^^"^ Tc máxima, além de reduzir a massa da blindagem;

Custo alto do processamento do

Operação simples e fácil;

O ^°"'Tc separado é eficiência alta (>90%);

Ótimo perfil de eluição.

de

^"Mo;

Devem ser elaborados processos de precaução, a fim de evitar a contaminação do °"Mo com produtos de fissão ou transurânicos e, conseqüentemente, do °°'"Tc;

Custo alto por mCi de Tc;

Tratamento de rejeitos (problemas ambientais). Gerador cromatográfico de "'IVlo produzido por uma reação (n,}j Vantagens Desvantagens Processamento 99 simples do Mo;

Operação simples e portátil;

99mn

Tc é separado rendimento elevado;

com

• Custo baixo, pois o Mo é de atividade específica baixa.

Perfil de eluição baixo, resultando num volume grande para os eluídos; o perfil melhora com o Mo enriquecido;

Tamanho grande da coluna de alumina diminuí a concentração radioativa do ^""Tc;

Material alvo muito caro, no caso do Mo enriquecido há necessidade da recuperação deste alvo;

Geradores sublimação j

Vantagens Desvantagens

Gerador • utilização de '""'iVIo com Equipamento complexo e tempo sublimação atividade específica baixa; longo para separar "^'"Tc do ^^Mo;

• Não há necessidade de um • Equipamentos adequados para o

de _{processamento químico do uso em pequenos laboratórios de}

°°i\^o; medicina nuclear ainda não foram

desenvolvidos; "Mo produzido • Capaz de produzir em escala de

desenvolvidos; "Mo produzido

até kCi; • Eficiência baixa da separação entre

por reação

até kCi; Eficiência baixa da separação entre

25 - 50%, além disso, necessário Pureza química elevada;

25 - 50%, além disso, necessário Pureza química elevada;

utilizar ciclos especialmente

• Concentração radioativa programados para prevenir a

bastante alta; deterioração da eficiência.

• Pureza radionuclídica elevada;

• Custo baixo por mCi de ^^'"Tc.

Geradores extração por solvente

Gerador

Vantagens Desvantagens

Gerador • Apenas o °^Mo de atividade • Aparatos complicados,

extração por solvente

de

3i _{Mo produzido}

por reação

específica baixa é utilizado;

• Capacidade de produção em pequena e grande escala, dependendo da necessidade;

• Concentração radioativa alta do ^^"^ Tc obtido;

• Pureza radionuclídica alta;

• Eficiência de separação

elevada;

• Custo baixo por mCi de Tc.

necessitando de um pessoal

altamente treinado;

• metiletilcetona (MEK) altamente

inflamável;

• Possibilidade da presença de resíduos orgânicos poliméricos na solução de "^'"Tc que podem causar alterações indesejáveis nas propriedades biológicas do ^ Tc.

Geradores tipo gel Vantagens Desvantagens Gerador tipo gel de as _{Mo produzido} por reação Ohjj

Utiliza ^'"'MO de baixa atividade específica;

Uso de pequenos geradores devido à da alta quantidade de Mo no gel (> 250 nng/g de gel);

O processamento do gel não necessita de um método elaborado;

Alta pureza radionuclídica;

Os rejeitos formados no

processamento são considerados triviais;

O processamento do gel não coloca em risco o meio ambiente com as descargas gasosas;

O gerador pode ser apresentado

de foinia poitátil e operação simples como o cromatográfico;

• O ^""'Tc é separado com alta

Volume de eluição maior;

Necessidade de melhora na eficiência de eluição.

eficiência entre 70 e 80%;

• Bom perfil de eluição e pequeno

volume de eluido (==10 mL);

• Baixo custo da planta de processamento;

1.4 G e r a d o r e s c r o m a t o g r á f i c o s t i p o g e l c o m ^^Mo p r o d u z i d o p o r u m a r e a ç ã o (n.y) e m M0O3

1.4.1 G e r a d o r e s t i p o g e l

Q u a n d o o " M o é produzido pela ativação de Mo no reator, a técnica mais e m p r e g a d a é a eluição de um gel de Mo. Essa técnica está s e n d o estudada em alguns países c o m o Vietnã, índia e Austrália'*^'; a Ctnina'*^'*'' j á iniciou u m programa de p r o d u ç ã o rotineira de geradores tipo gel.

Dos e s t u d o s realizados, dois tipos de gel mostraram bons resultados: o de molibdato d e zircônio ( M o Z r ) e o d e molibdato d e titânio ( M o T i ) . ^^'^^^^

1.4.2 B r e v e H i s t ó r i c o - g e r a d o r e s t i p o g e l .

Um p r o g r a m a de pesquisa realizado na Austrália (1978 - 1988) iniciou este processo, no qual o " M o produzido por uma r e a ç ã o (n, y) é incorporado e m um gel de molibdato d e zircônio, criando-se u m g e r a d o r de o p e r a ç ã o fácil q u e contém " M o de atividade específica baixa, o q u e possibilitaria o seu e m p r e g o e m países com infra -estrutura nuclear limitada.'"'^'

O gerador cromatográfico tipo gel f u n c i o n a de uma maneira análoga ao cromatográfico, m a s n ã o permite uma a d s o r ç ã o química para imobilizar o radioisótopo pai; ao contrário, incorpora o " M o produzido por reação (n, y) c o m uma atividade específica muito baixa no gel de MoZr insolúvel ( 2 5 % M o pelo peso), que funciona c o m o uma coluna de troca-iônica.'*°'**'*^'

Este g e r a d o r é de o p e r a ç ã o simples e é feito e m um sistema f e c h a d o , a fim de manter a esterilidade e a pureza alta d o produto.

O preparo d o gel de molibdato d e zircônio é possível de ser feito sob várias condições. G e r a d o r e s c o m propriedades satisfatórias são e n c o n t r a d o s q u a n d o a relação de Mo/Zr é mantida estritamente eqüimolar. O e x c e s s o de zircônio reduz a eficiência para liberar íons d e pertecnetato, ao passo q u e um excesso de molibdênio leva a uma elevada c o n t a m i n a ç ã o do " ' " T c c o m o "M O . ' * ^ '

O gel é p r e d o m i n a n t e m e n t e um trocador catiônico c o m uma estrutura aberta a qual o íon d e pertecnetato difunde livremente e dessa maneira, o eluído apresenta um r e n d i m e n t o alto num v o l u m e relativamente pequeno.'^*"'**'

Diferentemente do gerador cromatográfico, o " M o é químicamente c o m b i n a d o na estrutura d o gel, e n ã o simplesmente retido pelas forças de a d s o r ç ã o instáveis, não p o d e n d o ser eluído da m a t r i z . ' ' ' * " " '

A síntese do gel e n v o l v e reações entre u m a solução d e trióxido de molibdênio irradiado e u m a solução d e nitrato de zirconila. O molibdato d e zircônio precipitado é filtrado e c u i d a d o s a m e n t e s e c a d o e m u m a t e m p e r a t u r a

baixa, f o r m a n d o uma massa de gel amorfa.

A s e c a g e m correta apresenta uma coloração a m a r e l a brilhante clara no gel e pedaços quebradiços deste. Depois d e seco, o gel t e m u m a a p a r ê n c i a o p a c a . '**'

A pressão interna q u e s e d e s e n v o l v e durante a s e c a g e m f o r m a u m a m o n t o a d o d e gel que se desintegra e m contato c o m a á g u a .

U m a alteração na síntese do gel é a substituição d e 5 % molar d e Z r com Ce(IV), q u e se mostra útil contra as perdas de eficiência da eluição p r o v o c a d a pela radiólise. ' " • ^-^^ ^"'l

O gerador de gel d e molibdato de zircônio foi primeiramente descrito por E v a n s e colaboradores '*°' e t e m sido patenteado e m diversos países. ' * ^ * ' '

Evans e Matthews, d e s e n v o l v e r a m , e m 1 9 8 2 , na C o m i s s ã o d e Energia A t ô m i c a d a Austrália, u m g e r a d o r utilizando u m gel d e M o Z r insolúvel p r e p a r a d o c o m u m a estrutura aberta, q u e permite u m a d i f u s ã o livre dos íons de

pertecnetato.'*°'2^'2^-25'2®l

Narasimhan e colaboradores, e m 1983, d e s e n v o l v e r a m u m gel a partir de oxicloreto de zircônio, q u e impedia o uso d e a ç o inoxidável na planta d e produção. Eles notaram q u e as características do gel f o r a m afetadas por variações leves nas condições d e precipitação, tal c o m o a alcalinidade.'*^'

Boyd e colaboradores, e m 1984, participaram d e u m a conferência o n d e os principais geradores radionuclídicos foram discutidos; e o gerador tipo gel d e MoZr foi t a m b é m relatado c o m o u m sistema n o v o p r o p o s t o para aplicação e m medicina nuclear. '*^'

Boyd, em 1986, publicou um relatório c o m p a r a n d o o gerador tipo gel desenvolvido e m Lucas Heights c o m os outros geradores. Concluiu que o gerador gel t e m a v a n t a g e m d e ser portátil e de o p e r a ç ã o simplificada, c o m o acontece c o m o gerador cromatográfico e m geral. '*^'

M o o r e e pesquisadores da C o m i s s ã o de Energia A t ô m i c a da Austrália, e m 1986, produziram g e r a d o r e s tipo gel de " " " T c a partir d e " M o ativado via r e a ç ã o (n, y) c o m uma o p e r a ç ã o simplificada, sem ocorrência da c o n t a m i n a ç ã o por produtos de fissão ou actinídeos.

B o y d , e m 1987, analisou o gerador tipo gel preparado a partir da ativação neutrônica do " M o e o p e r a d o a partir de uma técnica s i m p l e s de eluição e verificou q u e o " " " T c s e p a r a d o n ã o apresenta c o n t a m i n a n t e s radioativos e n e m i m p u r e z a s químicas. '*^'

Aliludin e colaboradores, e m 1988, no Instituto d e Pesquisas de Energia Atômica do J a p ã o , relataram u m gel de MoZr c o m excelentes características. Neste trabalho, o gel M o Z r foi p r e p a r a d o sob c o n d i ç õ e s diversas, tais como: p H entre 2,5 - 7,0, t e m p e r a t u r a de s e c a g e m e m torno de 2 0 0 ° C , t e m p o d e s e c a g e m de 1h a 2 5 h. O gerador foi preparado como u m molibdato de zircônio amorfo, contendo traços de " M o . A eficiência de eluição foi e m torno de 9 0 % para 6 mL do eluído. A s i m p u r e z a s radionuclídicas e n c o n t r a d a s nos eluídos f o r a m zircônio e molibdênio abaixo d o nível permitido. '^^'

M e l i c h a r e colaboradores, e m 1990 na C h e c o s l o v a q u i a , d e s e n v o l v e r a m um gerador c o m matriz tipo gel para o b t e n ç ã o do " ' " T c . Este g e r a d o r é afetado por condições de preparo do molibdato de zircônio, tais c o m o pela d e n s i d a d e d o fluxo de nêutrons (0,7 - 2,2 x 10*^ n/cm^s), pelo t e m p o de irradiação e pela t e m p e r a t u r a da água durante a irradiação. A s e c a g e m o c o r r e u n u m a t e m p e r a t u r a em torno d e 4 0 - 100°C, s e n d o o perfil de eluição e s t u d a d o a partir destas

variações.P4'25-2®i

Neste m e s m o a n o e c o m o m e s m o grupo, Melichar e s t u d o u a c o m p o s i ç ã o do gel de molibdato de zircônio c o m difração de raios -X e c o m infravermelho. '^®'

E m 1994, o m e s m o grupo da C h e c o s l o v a q u i a , c o m a n d a d o por Melichar, desenvolveu uma matriz d e Ti - M o para o m e s m o gerador, entretanto, o g r u p o p e r c e b e u que este alvo era muito sensível à radiação e temperaturas elevadas. T e m p e r a t u r a s muito altas resultaram na destruição da estrutura zeolita da matriz e na aparição d e íons Mo""^ na matriz, c a u s a n d o uma d i m i n u i ç ã o significativa no rendimento do gerador. '^^'

Em 1995, Saraswathy e c o l a b o r a d o r e s do D e p a r t a m e n t o d e Energia A t ô m i c a , e m M u m b a i , na índia, p a s s a r a m a desenvolver um g e r a d o r b a s e a d o em u m a coluna matriz de molibdato de zircônio, e s t u d a n d o dois m é t o d o s de s e c a g e m diferentes para o gel de MoZr: m i c r o o n d a s e ar quente.'^'''

Em 1996, o grupo de El - Kolaly, do Departamento de Energia A t ô m i c a do Cairo, d e s e n v o l v e r a m um gerador tipo gel, utilizando molibdêniofosfato de zircônio, no qual o " " " T c pode ser facilmente eluído com á g u a destilada ou salina. O gel foi preparado via reação química entre o cloreto de zirconila e o fosfato de molibdênio - " M o . O fosfato de molibdênio - ^^P foi utilizado para determinar a quantidade de fósforo contida no gel e no eluído de " " " T c . '^®'

1.4.3 P r i n c i p a i s c a r a c t e r í s t i c a s d o s g e r a d o r e s t i p o g e l .

De a c o r d o com as principais v a n t a g e n s e d e s v a n t a g e n s dos g e r a d o r e s

tipo gel:

V a n t a g e n s

<$> utiliza " M o d e baixa atividade específica;

<$> uso de p e q u e n o s geradores devido à da alta quantidade de Mo no gel (> 2 5 0 mg/g de gel);

<<> o p r o c e s s a m e n t o do gel não necessita de um método elaborado; <$> alta pureza radionuclídica;

<$> os rejeitos f o r m a d o s no p r o c e s s a m e n t o são c o n s i d e r a d o s triviais;

<í> o p r o c e s s a m e n t o do gel não coloca e m risco o meio a m b i e n t e com as d e s c a r g a s gasosas;

<3> o gerador pode ser apresentado de f o r m a portátil e o p e r a ç ã o simples c o m o o cromatográfico;

<í> o " ' " T c é s e p a r a d o com alta eficiência entre 70 e 8 0 % ; <$> bom perfil de eluição e p e q u e n o v o l u m e de eluido ( « 10 mL); <$> baixo custo da planta de p r o c e s s a m e n t o ;

<í> baixo custo por mCi de " " " T c .

D e s v a n t a g e n s

<$> v o l u m e de eluição maior;

<$> n e c e s s i d a d e d e meltiora na eficiência de eluição.

A estabilidade química do gel é d e m o n s t r a d a pelo nível constantemente baixo d e " M o e n c o n t r a d o nos eluídos tanto para os geradores p e q u e n o s como para os grandes.

O s níveis elevados são explicados pela p r e s e n ç a de partículas finas de gel nos eluídos. Uma adição d e óxido de zircônio o u óxido de alumínio no gerador tanto reduz os níveis de " M o dissolvido c o m o t a m b é m elimina o " M o pela c o n t a m i n a ç ã o dos particulados.'**'

A l é m do "M O, outras impurezas p o d e m ocorrer c o m o resultado de reações secundárias e n v o l v e n d o isótopos de molibdênio, ativação de impurezas no óxido de molibdênio e decaimento radiativo d o s filtios no gel.'**'

Vários radionuclídeos já f o r a m d e t e c t a d o s a partir do filtrado até o preparo d o gel, bem c o m o no próprio gel e nos eluídos.

Impurezas no gel preparados c o m M o Z r incluem *®' W e Nb c o m cerca de 10"* % da atividade total de " M o c o m traços d e ^* Cr, Fe, ^ Co, ®^ Z n , **^ Sn, Sb e *"" La, c o m cerca de IO"'* a 10"^ % da atividade total de " M o . '**'

O tungstênio, q u e é químicamente similar ao molibdênio, é fixado no gel, e n q u a n t o que o rênio, que se c o m p o r t a similarmente ao tecnécio, é rapidamente removido por lavagem.'**'

O '^"^ Nb p o d e aparecer nos eluídos pela reação ' ^ M o (n, p) '^"^ Nb e sua concentração d e v e ser abaixo d o limite d e d e t e c ç ã o de 10"^ % da atividade total de " ' " T c .

Contagens mais longas detectaram traços de radionuclídeos de m e i a -vida longa, tais como: " Fe, ^® Ni, ^° Co e *^'' Cs, s e n d o as ati-vidades muito baixas.'**'

Impurezas n o gel preparados c o m M o T l incluem Hf, " Zr, " Nb e Hf c o m cerca de 10"* % da atividade total d e " M o e os p r e p a r a d o s c o m M o C e incluem ^^''"Ce, * " C e , ^«Ce.l*^*^'

A f o r m a ç ã o d o gel, atualmente p o d e consistir na reação química d o molibdênio c o m outros elementos, tais c o m o zirconio, titânio, estanho, cério para formar molibdatos metálicos precipitados e s e u a p r o v e i t a m e n t o c o m o

carregamento de coluna cromatográfica envolve etapas de filtração, s e c a g e m e f r a g m e n t a ç ã o e s p o n t â n e a e m partículas c o m t a m a n h o inferior a 1 m m ,

carregamento das colunas e eluição .

Dos estudos realizados, três tipos d e gel m o s t r a r a m bons resultados, o molibdato d e Zircônio (MoZr), o molibdato d e Titânio (MoTi) e o molibdato d e Cério ( M o C e ) . O gel p r e p a r a d o c o m o Zr mostra melhor d e s e m p e n h o do q u e o preparado c o m titânio e o cério, principalmente por ter m e n o s c o n t a m i n a ç ã o d o " ' " T c eluido c o m " M o t * ° - * ® l

Por razões técnicas e e c o n ô m i c a s o sistema de gerador tipo gel de molibdato d e zircônio é a primeira escolha desenvolvida para produzir o gerador de " ' " T c para uso na medicina nuclear e m larga escala na China

O teor de " M o no eluido d e p e n d e f u n d a m e n t a l m e n t e da razão molar Zr : Mo e do p H da solução durante o preparo d o gel. Geralmente é d e 0,001 a 0 , 0 0 6 % q u a n d o o p H da mistura é de 2 a 7, ( q u a n d o a r a z ã o molar Zr: Mo é 1,0

-1,1). Se for de 4 a 5 é melhor esse teor se m a n t é m por volta de 0,002%, nestas c o n d i ç õ e s se lavarmos b e m o gel c o m á g u a destilada ou solução salina para remover ácidos livres, sais solúveis e partículas superfinas após o gel seco e granulado e colocar cerca de 1 a 2 g de AI2O3 no f u n d o da coluna pode aumentar o pH do eluido d e 3 para a p r o x i m a d a m e n t e 6 e absorver o " M o livre diminuindo para m e n o s q u e 0 , 0 0 0 2 % a razão molar no eluido.''*'

A etapa de s e c a g e m d e m a n d a um t e m p o maior no preparo do gel.

A temperatura de s e c a g e m do gel d e v e ser controlada abaixo de 110 °C, se for controlada entre 80 °C e 100 °C melhora a eficiência e o perfil de eluição

Este trabalho está sendo desenvolvido no IPEN para a produção desses g e r a d o r e s tipo gel que faz parte da política d e nacionalização da p r o d u ç ã o d e radioisótopos, conforme p o d e ser visto na Figura 6.

F i g u r a 8. C e l a d e p r o d u ç ã o d e g e r a d o r e s d e ®^Mo= ^®'"Tc í i p o g e i , f o c a l i z a d a n o C e n t r o d e R a d i o f a r m á c i a ( C R ) d© I P E N .

1 . 5 J U

Q u a n d o o " M o é p r o d u z i d o pela ativação de Mo no reator, a técnica mais e m p r e g a d a é a eluição d e um gel de M o . O gel é p r e d o m i n a n t e m e n t e u m trocador catiônico c o m u m a estrutura aberta a qual o íon d e pertecnetato d i f u n d e livremente e d e s s a m a n e i r a , o eluído apresenta um r e n d i m e n t o alto n u m v o l u m e relativamente pequeno.'*"^'

Este g e r a d o r é d e o p e r a ç ã o simples e é feito e m u m sistema f e c h a d o , a fim de manter a esterelidade e a pureza alta d o produto.

U m p r o g r a m a de p e s q u i s a realizado na Austrália (1978 - 1988) iniciou este p r o c e s s o n o v o , no qual o " M o p r o d u z i d o por uma r e a ç ã o (n, y) é i n c o r p o r a d o com u m gel d e molibdato d e zircônio, criando-se u m g e r a d o r de o p e r a ç ã o fácil que contém " M o d e atividade específica baixa, o que possibilitaria o seu e m p r e g o e m países c o m infra -estrutura nuclear limitada.

E m r e s u m o , t o d o s os trabalhos que referenciam o p r e p a r o de um gel c o n t e n d o m o l i b d ê n j o utilizam M 0 O 3 c o m o material alvo nas irradiações e m reator. Em n e n h u m trabalho d e literatura foi e s t u d a d o o efeito da irradiação nos a l v o s c o n t e n d o Mo, este estudo é importante para a definição de uma m e l h o r c o n d i ç ã o de p r o d u ç ã o , a s s i m c o m o para o e n t e n d i m e n t o dos resultados q u e m o s t r a m , e m

literatura q u e a técnica de preparo do gel pré - f o r m a d o resulta em g e r a d o r e s de

" M O - " ' " T e c o m o pior d e s e m p e n h o do q u e o pós - formado.

No preparo dos geradores tipo gel a partir do " M o produzido pela reação ^®Mo (n, y) " Mo, duas técnicas de irradiação p o d e m ser e m p r e g a d a s : a irradiação d o Mo na forma de M0O3, c o m posterior preparo do gel ( g e l p ó s

f o r m a d o ) , ou então, no preparo do gel a frio, c o m posterior irradiação ( g e l p r é -f o r m a d o ) . A primeira o p ç ã o é a pre-ferida e m literatura, pois, ao se irradiar o gel, a

d o s e de radiação será maior devido à ativação do Zr ou do Ti ou do Ce; além disso, o gel é sensível à temperatura e d e v e ser refrigerado durante a irradiação.

2. O B J E T I V O

O instituto d e Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) iniciou as atividades de p r o d u ç ã o de radioisótopos para uso na Medicina Nuclear em fins de 1959, distribuindo a primeira partida de *®*l para diagnóstico da f u n ç ã o tireoidiana.

A partir de 1 9 8 1 , o IPEN c o m e ç o u a produzir g e r a d o r e s de " M o - " ' " T e v a l e n d o - s e de "M O de fissão importado e da técnica d e cromatografia em coluna de alumina. Atualmente, sete tipos de geradores são oferecidos à classe médica, c o m atividades de " " " T c d e 9,25, 18,5, 27,75, 37, 46,25, 55,50 e 74 GBq.

Dentro da politica de nacionalização da p r o d u ç ã o d e radioisótopos — q u e será viabilizada pelo a u m e n t o da potência do reator lEA - R1 d e 2 para 5

M W, c o m o p e r a ç ã o contínua — optou-se por desenvolver um projeto d e produção de "M O a partir da irradiação do M0O3 e do preparo dos g e r a d o r e s pela técnica de eluição de um gel.

O objetivo deste trabalho é o estudo dos efeitos da irradiação de diversos alvos contendo M o para a produção d e " M o pela r e a ç ã o " M o (n, y) " M o e posterior preparo d o gel c o n t e n d o " M o p a r a uso c o m o um g e r a d o r tipo gel de " M o - " - " T c .

Os alvos a serem e s t u d a d o s serão: molibdênio metálico em pó, trióxido de molibdênio (M0O3) em pó, e os géis de: molibdato d e zircônio (MoZr), molibdato d e titânio (MoTi) e molibdato de cério ( M o C e ) .

Em n e n h u m trabalho de literatura foi e s t u d a d o o efeito d a irradiação nos alvos que contém molibdênio.

Este estudo é importante para a definição de uma m e l h o r condição de produção, assim c o m o para o entendimento dos resultados q u e mostram, e m literatura que a técnica d e preparo do gel pré - f o r m a d o resulta em g e r a d o r e s d e " M o - " " " T c c o m o pior d e s e m p e n h o do que o pós - formado.

3. M A T E R I A I S E M É T O D O S

E q u i p a m e n t o s

T o d a s as irradiações foram realizadas no reator I E A R 1 , do IPEN -C N E N / S P , na potência d e 2 M W e no irradiador EIGRA.

A s análises de espectroscopia-7 foram realizadas no detector d e G e r m â n i o hiperpuro (HP), m o d e l o G X 1 5 1 8 da Canberra, a c o p l a d o a u m sistema de aquisição e tratamento d e d a d o s via m i c r o c o m p u t a d o r c o n t e n d o o p r o g r a m a G E N I E - P C .

Para as medidas d a s atividades, foi t a m b é m utilizado u m calibrador de dose, modelo CRC - 10BC da Capintec, nas p o s i ç õ e s de " ' " T c e Moassay; n e s s a última, usou-se uma b l i n d a g e m de c h u m b o para eliminar as c o n t a g e n s de " ' " T e .

Para as medidas no infravermelho usou-se u m e s p e c t r õ m e t r o modelo FTIR - 8201 PC da S h i m a d z u e a técnica d o disco p r e n s a d o q u e consiste n u m a mistura p o r m o a g e m c o m KBr e o gel e esta é prensada f o r m a n d o discos transparentes e m m o l d e s especiais, d e n o m i n a d o s pastilhas sob pressão d e 7 0 0 -1050 k g / c m ^ .

Para a difração de raios-X, utilizou-se o e q u i p a m e n t o do d e p a r t a m e n t o de Engenharia Metalúrgica (ME) do I P E N / C N E N - SP, o qual possui uma f o n t e de Cu, cuja energia é de 4 0 KV e a intensidade de corrente elétrica igual a 2 0 mA, feixe m o n o c r o m a d o r e fixo, placa de vidro (amorfo), a l é m d o filtro K a e uma j a n e l a c o m feixe de 1 m m (1 - 1 - Ni - 0,1).

T o d a s as etapas analíticas e de p r e p a r a ç ã o do gel e gerador foram realizadas nos laboratórios d o Centro de Radiofarmácia do I P E N - C N E N / S P .

R e a g e n t e s

Os reagentes utilizados para o preparo d o s géis f o r a m : <$> Trióxido de molibdênio, ( M 0 O 3 ) , Fluka;

<3> Oxicloreto de zircônio octa-hidratado, (ZrOCl2.8 H2O), Carlo Erba; <$> Óxido de titânio (TÍO2), da Merck e cloreto de titânio (TiCb) da Merck;

<$> Hidróxido de sódio e m lentilhas PA, ( N a O H ) , Merck; <í> Á c i d o clorídrico PA, (HCI), Merck;

Ácido nítrico PA, ( H N O 3 ) , Merck; <3> Á c i d o sulfúrico PA, ( H 2 S O 4 ) , Merck; <$> Ácido ascórbico PA, Merck;

<í> Peróxido d e hidrogênio 30 %, (H2O2), Merck;

<$> Xylenol orange, (C31 H28 N2 Na4 O13 S), Riedel - de Haen;

<$> Tiocianato de Potássio PA, ( K C S N ) , Merck;

<$> Solução parenteral d e cloreto d e sódio, (NaCI, 0 , 9 % ) , Sanobiol; <$> Carbonato d e sódio, ( N a 2 C 0 3 ) , Carlo Erba;

<$> Óxido d e alumínio, ( A I 2 O 3 ) , Merck; <í> Sulfato de Cério, (CeS04)2, Merck;

• A água utilizada c o m o solvente, foi a p e n a s destilada.

3.1 P R E P A R O D O S G E I S

O método estabelecido para a preparação dos géis de molibdato de zircônio (MoZr), molibdato de titânio (MoTi) e molibdato d e cério ( M o C e ) c o m

M 0 O 3 sâo os citados a seguir.

3.1.1 D e s c r i ç ã o d a s e t a p a s d e p r e p a r o d o g e l d e M o Z r

3.1.1.1 Gel d e M o Z r c o m M 0 O 3

<$> Dissolver o M 0 O 3 c o m N a O H 2 M e ajustar para p H 4,0 com H N O 3 2 M ;

<í> Dissolver o Z r O C l 2 . 8 H 2 0 c o m H 2 O destilada e elevar para p H > 1,5 c o m N a 2 C 0 3 3 M ;

<$> A q u e c e r a solução de Zr a 2 5 e 50°C c o m agitação;

<t> Ajustar o pH final a 4,5 ± 0,2 c o m N a O H 2 M ; <5> Filtrar;

<$> Secar a quente;

<$> Q u e b r a r com solução salina a frio; <«> Secar a quente.

Na Figura 7 é apresentado u m e s q u e m a das e t a p a s para o preparo do gel de MoZr.

NaOH 2 M

^

Aqv»c9r a 50 'C com aglUçto

ZiOCMHjO dissalvido ZrOCI,.8H,0 pH«1,5 Na,C03 3 H È- ^ NaOH 2 M Secar J F i g u r a 7 - D i a g r a m a d e p r e p a r a ç ã o d o g e l d e M o Z r .

3.1.1.2 G e l d e M o Z r c o m M o m e t á l i c o

<$> Dissolver o Mo metálico com H2O2 3 0 % e ajustar a p H 4,0 com N a O H 2 M . <$> Dissolver o Z r O C l 2 . 8 H 2 0 com H2O destilada e elevar a pH > 1,5 c o m

Na2C03 3 M .

<í> A q u e c e r a solução de Mo metálico a 50°C c o m agitação. <$> Adicionar á solução de Mo metálico a solução de Zr; <$> Ajustar o pH final a 4,5 ± 0,2 c o m N a O H 2 M ;

<$> Filtrar;

<3> Secar a quente;

<S> Quebrar com s o l u ç ã o salina a frio; <S> Secar a quente.

Na Figura 8 é apresentado um e s q u e m a das etapas para o preparo do gel de Mo metálico.

Mo metáiico ZrOCIz.SHiO MaOH2|Í mfttáiico dla>olvMo V. \ / ZrOCIj.SHjO dissolvicio ^: / Na,Mo04 \

AqtMcor »3û'C com agltt^

H,0

^ Secar ^

3.1.2 D e s c r i ç ã o d a s e t a p a s d o p r e p a r o d o g e l d e M o T i c o m M 0 O 3

<$> Dissolver o M 0 O 3 c o m N a O H 2 M e ajustar para pH 4,0 c o m H N O 3 2 M ;

<3> Dissolver o T Í C I 3 c o m H2O destilada e elevar para p H > 1,5 c o m N a 2 C 0 3 3 M ;

<í> Adicionar à solução de M 0 O 3 a solução de Ti;

<$> A q u e c e r a solução de Mo a 2 5 e 5 0 ° C c o m agitação;

<t> Ajustar o pH final a 4,5 + 0,2 c o m N a O H 2 M ;

<$> Filtrar;

<$> Secar a quente;

<$> Quebrar com s o l u ç ã o salina a frio; <^ Secar a quente.

N a Figura 9 é a p r e s e n t a d o um e s q u e m a das etapas para o preparo do gel

NaOH 2 M H N O , 2 M Na^MoO^ nck >*-TICI, dit»«(vk>O H2O F i g u r a 9 - D i a g r a m a d e p r e p a r a ç ã o d o g e l d e M o T i .