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Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

Ciência e Tecnologia a serviço da vida

Histórico

Histórico do CTR


O Centro de Tecnologia das Radiações (CETER, ou CTR) foi fundado em 1972 no IPEN, para disseminar e consolidar as aplicações da radiação e de radioisótopos no Brasil. Hoje, tornou-se uma referência na área e possui um histórico de realizações importantes, nos mais diversos seguimentos das indústrias, da saúde e do meio ambiente.

O Centro foi criado com a denominação de Departamento de Aplicações na Engenharia e na Indústria – CARREI e a seguir com a terminologia TE e tinha as suas principais atividades voltadas para a aplicação de radiotraçadores e radioisótopos na Indústria e Engenharia. Na ocasião medida de vazão nas indústrias era problema fundamental em muitos campos, notadamente em engenharia e hidráulica. Incansáveis buscas experimentais e teóricas sobre o problema eram realizadas alcançando grande número de soluções aproximadas. Para cada aplicação em particular, técnica com sucesso limitado eram desenvolvidos. Assim, para suplantar essas limitações, técnicas radioisotópicas de medição de vazão foram desenvolvidas, com pioneirismo no CTR, utilizando-se a da identidade entre o agente marcado e o marcador, que pode chegar ao nível atômico e de um átomo do isótopo radioativo se comportar do mesmo modo que um átomo estável do mesmo elemento. A detecção do radioisótopo, também, pode alcançar níveis atômicos (os radioisótopos de vida curta, com períodos de 100 dias ou menos, podem ser detectados em quantidades pequenas como 10-16 ou 10-17 de gramas). Assim, a técnica possibilita medições "in situ" e vida limitada do radioisótopo, que pode ser escolhido de acordo com a duração prevista para a experiência. O CTR foi o pioneiro no Brasil na aplicação desta técnica em industrias, para o controle dos seus processos. Desde então, diversas técnicas foram desenvolvidas utilizando radiotraçadores e rotineiramente são oferecidos serviços de controle de processos às indústrias. As principais aplicações dos traçadores são na determinação de:
  • massa por diluição radioisotópica;
  • distribuição do tempo de residência em lagoas de tratamento de efluentes;
  • vazão líquida em canais;
  • tempo de trânsito em rios;
  • radioatividade natural em águas;
  • transporte de sedimentos por arraste de fundo dos rios;
  • análise de trítio ambiental por enriquecimento eletrolítico;
  • determinação de Massa Mercúrio nas Células Eletrolítica.
    Medida de Tempo de Trânsito em Rios
    Determinação de Massa Mercúrio
    rio mercurio


    No final da década de 70, acelerador industrial de elétrons modelo DC100/25/4 com energia máxima de 1,5MeV e corrente de feixe máxima de 25mA foi instalado no CTR, sendo o primeiro no Brasil. Na década de 80, iniciaram-se os primeiros ensaios e testes de irradiação para desenvolvimento e aprimoramento de fios e cabos elétricos reticulados por feixes de elétrons. Neste contexto, pode-se destacar o desenvolvimento de novos fios e cabos elétricos, utilizando o feixe de elétrons na reticulação do isolante, realizado em conjunto com a empresa Pirelli Cabos. Estes foram vistos como resultados da mais alta tecnologia e inovação, motivando muitas outras empresas afins a formarem parceria com o CTR, na pesquisa e desenvolvimento de novos produtos. No final da década de 80, o sucesso da inovação foi tão expressivo que a empresa Pirelliadquiriu o seu próprio acelerador de elétron para atender o mercado. O mesmo fenômeno ocorreu com a empresa Cofibam Condutores Elétricos, na década de 90, que em parceria com o IPEN instalou mais um acelerador no Brasil dedicado principalmente para irradiação de fios e cabos. Nos dias de hoje, a tecnologia de irradiação de fios e cabos é utilizada em escala comercial, sendo aplicada em vários seguimentos como: naval, automobilística, industrial e outros. O CTR continua oferecendo consultoria e parceria às empresas no desenvolvimento de novos produtos, como também, na instalação de aceleradores, como ocorreu recentemente na instalação de um acelerador de elétrons. Adicionalmente, o CTR oferece apoio à diversos institutos de pesquisa, universidades e empresas no desenvolvimento de pesquisas que utilizam a tecnologia de processamento por radiação com feixes de elétrons.

    Década de 70

    2016

    Acel dec 70 Ac


    Paralelamente a instalação do primeiro acelerador de eletrons, ainda no final da dédaca de 70, o CTR iniciou a pesquisa e o desenvolvimento da tecnologia de processamento por radiação gama, utilizando irradiadores de 60Co de pequeno porte, tipo Gamma-cell e Panorâmico, para diferentes aplicações, principalmente para fins de pesquisa e ensino. Em 2002, objetivando difundir o processamento por radiação nos processos produtivos industriais, foi iniciado o projeto e construção no IPEN, de um irradiador multipropósito de 60Co, com tecnologia nacional. Esta unidade se encontra em operação desde 2004, o qual apresenta sistemas revolucionários, tanto no controle automático dos parâmetros operacionais, como nos de segurança, sendo estes totalmente desenvolvidos no Brasil. Esta instalação tem uma capacidade licenciada pela CNEN de 37PBq (1MCi), e uma atividade instalada de aproximadamente 12,3PBq (0,3MCi) em 2015. O porte deste irradiador não só permite processar quantidades semi-industriais de materiais com objetivos de otimização, validação de processos dosimétricos e códigos de simulação computacionais, como também, permite irradiar quantidades em condições industriais. Desta forma, esta instalação tem apoiado, mediante o processo de irradiação, tanto a pesquisa, como a inovação, ou seja, o setor produtivo. Além disso, mais de cem pesquisas relacionadas a mestrados e doutorados de universidades de todo o Brasil utilizou essa tecnologia. A radiofarmácia do IPEN é o usuário principal desta tecnologia, onde continuamente são esterilizados os materiais médico-descartáveis usados na fabricação de radiofármacos e radioisótopos utilizados na medicina nuclear, como é o caso do 99mTc. Também são desinfestados maravalha e ração animal utilizados em biotérios, eliminando assim, a transmissão de doenças provocadas por bactérias e fungos.

    Irradconstr irradpronto

    O CTR criou em 1991 um grupo dedicado ao estudo do uso da radiação ionizante de fontes gama ou proveniente de feixe de elétrons no processamento de produtos alimentícios. O IPEN realiza trabalhos em conjunto com outras instituições, mas também focaliza colaborações com produtores e empresas que necessitam bases científicas para o desenvolvimento de novos produtos. Dessa maneira, o instituto não só contribui para o avanço do conhecimento na área, como esclarece e direciona pesquisas de interesse do país. Por outro lado, tem papel relevante na assistência a produtores e empreendedores tanto na área de produtos agrícolas como de produtos pronto para o consumo. Atualmente, estão disponíveis uma série de processos aplicáveis em alimentos, alguns muito antigos e tradicionais, e outros que foram sendo incorporados no decorrer dos avanços tecnológicos, todos com faixas de aplicação específicas, vantagens e restrições. A indústria de alimentos é uma das indústrias mais dinâmicas e ávidas por novidades. O processamento por radiação é conhecido por décadas, mas é pouco aplicado comercialmente, salvo por aqueles envolvidos no tratamento de certos produtos como especiarias.

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    Em 1992, o CTR iniciou o desenvolvimento de uma tecnologia alternativa para águas residuais e de tratamento de efluentes industriais, principalmente para a degradação de poluentes, utilizando a radiação de um acelerador de feixe de elétrons de alta energia. Com o apoio da AIEA foi instalada uma planta piloto e obteve dados para determinar a viabilidade técnica e econômica do uso de tratamento de efluentes industriais utilizando feixes de elétrons. Foi também criado o laboratório de análises e caracterização de compostos orgânicos, dedicado para estudar o efeito da radiação ionizante em moléculas orgânicas poluentes, como hidrocarbonetos, pesticidas e compostos aromáticos, por meio da análise das espécies químicas geradas após a irradiação e caracterização de subprodutos. Inúmeros experimentos foram realizados em escalas de laboratório e de planta piloto no IPEN, a fim de estudar a eficiência de remoção e degradação de poluentes tóxicos e refratários (compostos orgânicos principalmente de origens industriais) e de desinfecção de microrganismos patogênicos nas águas residuais, efluentes industriais e lamas. O estudo de viabilidade econômica e os resultados dos testes realizados podem ser usados para dimensionar-se de uma planta de demonstração em uma base comercial. Atualmente, o objetivo principal é a construção da unidade móvel constituído de acelerador de elétrons para a demonstração da tecnologia in situ e a preparação para transferir a tecnologia às indústrias e empresas de saneamento visando a utilização dessa tecnologia para o tratamento dos seus efluentes nas suas plantas antes de lançamentos para os rios ou para o reuso.

    esqtrat Tratagu

    Dentro desta temática a aplicação de ensaios ecotoxicológicos em efluentes críticos teve início no CTR em 2003, motivada pela pesquisa em que se emprega o acelerador de elétrons para tratamento de rejeitos indústrias, da SABESP com forte presença de efluentes industriais e de surfactantes, além de efluentes têxteis. Até o momento, os estudos demonstraram ser possível reduzir a carga tóxica de efluentes irradiados e que outros benefícios podem ser atingidos com dose média de 5,0 kGy. Entretanto, alguns efluentes necessitam de doses superiores. O emprego da ecotoxicologia na avaliação de efluentes trouxe informação relevante ao projeto. O controle ecotoxicológico, hoje, é uma recomendação/obrigatoriedade da legislação federal e estadual e por esse motivo também foi realizado forte trabalho para consolidar metodologia nacional padronizada, pela ABNT, com base nas normas internacionais, mas empregando organismos nativos, sempre que possível. No CTR a avaliação de toxicidade foi realizada, principalmente, com o microcrustáceo D. similis, a bactéria luminescente V. fischeri e o peixe P. reticulata. Mais recentemente a irradiação tem sido aplicada em estudos que consideram os efeitos de medicamentos dispersos como contaminantes das águas, que incluem a redução da toxicidade induzida pela radiação. Dentre os parceiros importantes conta-se com a SABESP, CETESB, IPT, EPUSP, Instituto Butantã e o SENAI e diversas indústrias do ramo químico e farmacêutico. Durante esse período foram desenvolvidas pesquisas com formação de recursos humanos, além de prestação de serviços oferecidos nessa área a diversas empresas e a metodologia está pronta para ser transferida ao setor privado.

    A radioesterilização de tecidos biológicos teve início no Brasil com um projeto, em 1998, financiado pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), que previa a implantação de um banco de tecidos que fosse referência para o armazenamento destes tecidos esterilizados por radiação ionizante. Inicialmente foram radioesterilizadas peles provenientes de doadores multi-orgãos, mas atualmente esta tecnologia é principalmente utilizada para a esterilização de ossos, podendo também esterilizar tendões, cartilagens, âmnion (membrana que envolve o feto), etc. O Hospital das Clínicas (HC) e o IPEN, em 2000, assinaram o convênio para a criação do banco de tecidos do Instituto Central do HC de São Paulo. De lá para cá, as instalações foram montadas no HC e houve treinamento dos pesquisadores do HC e do IPEN, financiados pela AIEA. Trata-se do primeiro banco de tecidos com peles irradiadas, que atende a cidade de São Paulo e outras do país, de acordo com as normas que regem os transplantes. Os primeiros bancos musculoesqueléticos do país, como o Banco de Tecidos Musculoesqueléticos do Instituto Nacional de Traumatologia e Ortopedia, Banco de Tecidos Musculoesqueléticos do Instituto de Ortopedia e Traumatologia do Hospital das Clínicas da FMUSP, Banco de Tecidos Musculoesqueléticos do Hospital de Clínicas da UFPR, iniciaram as parcerias com o IPEN inicialmente para projetos de pesquisa, como objetivo de estudar os efeitos da radiação ionizante em ossos congelados ou liofilizados e posteriormente alguns destes Bancos iniciaram o envio de seus tecidos rotineiramente para serem radioesterilizados no irradiador multipropósito do IPEN. O Banco de Tecidos Salvador Arena da Santa Casa de São Paulo, após sua inauguração em 2005, também passou a esterilizar seus tecidos por irradiação ionizante, além de manter estreita parceria em pesquisas nesta área, tornando cada vez mais eficiente este processo. Entre as inúmeras vantagens de utilizar a radiação ionizante no processo de esterilização dos tecidos, podemos citar como a mais importante, o aumento da segurança do transplante, pois a radioesterilização é feita na embalagem final, ou seja, este tecido não será mais manipulado até o momento do transplante.



    Tecidos1 Tecido humano
    Tecidos2

    A partir de 2005 o irradiador multipropósito tem contribuído para beneficiamento e/ou preservação de diferentes bens culturais e transferindo esta tecnologia para a sociedade. Objetos de valor cultural tais como livros, pinturas, molduras, esculturas, tecidos, etc. são desinfestados e desinfectados por processamento por radiação gama. O CTR possui a tecnologia de higienização e descontaminação de acervos culturais diversos. A tecnologia está pronta para ser transferida ao setor privado. Com ela, já foram beneficiadas várias instituições, como a Biblioteca Mário de Andrade, o Museu de Arte Moderna de São Paulo, o Museu Afro Brasil, o Instituto Tomie Ohtake e a Pinacoteca do Estado de São Paulo, entre outros. Também foram realizados trabalhos em parceria com o Instituto de Estudos Brasileiros da USP, o SENAI e restauradores profissionais. Também estão sendo tratados objetos de valor histórico do acervo do palácio do Governo do Estado de São Paulo, onde foram detectadas infestações de cupim em diversas obras, principalmente em painéis de madeira de artistas como Volpi, Ohtake etc., cujas dimensões são relativamente grandes, chegando a quatro metros de comprimento. Outra vantagem técnica de irradiação é que obras com essas características são processadas sem ser retiradas das caixas utilizadas como embalagem para transporte, evitando assim possíveis acidentes na movimentação das mesmas. Outra atuação importante desta tecnologia diz respeito a acervos bibliotecários. Atualmente, 800mil fascículos do acervo da biblioteca Terezine Arantes Ferraz do IPEN estão em processo de higienização no irradiador multipropósito de 60Co. Um trabalho que levaria meses, talvez anos, para ser concluído num processo convencional, passa, com a tecnologia de irradiação a ser executado em questão de horas.

     

    Livro1 Livro2


    Para ampliar as suas atividades com novas tecnologias, em 2007, o CTR iniciou o desenvolvimento de tomógrafos computadorizados para análise de processos multifásicos industriais, com o apoio da AIEA, CNPq e Petrobras. O IPEN tem desenvolvido tomógrafos de primeira e terceira gerações com sucesso. Estes tomógrafos são aplicáveis a sistemas estáticos e dinâmicos, determinando a estrutura e distribuição interna dos materiais que compõem os objetos. A tecnologia dos tomógrafos de primeira e terceira geração possibilitam a análise de sistemas multifásicos (dinâmicos) em termos médios. No entanto, quando se necessita obter a geração da imagem em tempo real on line, esses tomógrafos não são adequados, devido: (i) ao tempo requerido para o rotacionamento e translacionamento do conjunto de detectores e da fonte de radiação ser muito lentos em comparação aos movimentos dinâmicos que ocorrem no interior dos objetos e (ii) por ser difícil o seu transporte e sua adaptação aos objetos localizados nas indústrias. Deve, também, ser ressaltado que nos processos industriais, os fenômenos transientes ocorrem rapidamente, requerendo que sejam detectados instantaneamente. Para contornar essas limitações, encontra-se em desenvolvimento um tomógrafo de quarta geração que utiliza um arranjo composto de vários detectores montados em um anel com um conjunto de fontes radioativas sem necessitar movimentá-los ao redor do objeto (p.ex., colunas de refino), como também, um sistema com alta velocidade de aquisição. Dessa forma pode-se visualizar o interior da coluna ou reator químico e acompanhar o processo da obtenção do produto, em tempo real, sem paralisar a produção. A eletrônica associada e os sistemas de aquisição no nível de hardware e software foram também, desenvolvidos para integrar o sistema tomográfico proposto.

     

    Tomógrafo de terceira geração

    Tomógrafo de quarta geração

    tomo1 tomo2


    Outra importante e tradicional atividade do CTR é o desenvolvimento e produção de fontes seladas para a Saúde e Industria.

    Neste contexto, na década de 80 foi criado o Laboratório de Produção de Fontes Seladas para fins Industriais (LPFI), com o intuito de desenvolver fontes radioativas seladas para serem utilizadas em gamagrafia industrial. Desde então em parcerias com as indústrias tem produzido e fornecido para as indústrias as fontes seladas, dano sup orte para a sua aplicação nas plantas industriais.

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    Atualmente, fontes radioativas seladas, com radioisótopo de 60Co, 75Se ou 192Ir, que apresentam-se hermeticamente fechadas em uma cápsula metálica de aço inoxidável, não estando em contato direto com o meio externo. As principais aplicações que empregam fontes seladas são: (a) · medidores de espessura; (b)· medidores de nível; (c) · controle de desgaste de materiais refratários e (d)· gamagrafia industrial. O LPFI produz estas cápsulas para empresas nacionais a partir de fontes radioativas importadas e também fontes ativadas pelo reator de pesquisa IEA-R1, instalado no ipen. Estas instalações também são utilizadas para manutenção de blindagens utilizadas em gamagrafia e recebimento das fontes exauridas para o correto encaminhamento deste rejeito radioativo.

    A partir da metade dos anos oitenta, avanços tecnológicos e novos produtos renovaram o interesse no uso da braquiterapia, em implantes permanentes com sementes de Iodo-125, para tratamento de câncer de próstata. Seguindo essa tendência, na década de 90 foi criado no CTR o Grupo de Braquiterapia para a pesquisa e produção de Sementes de Iodo-125 para tratamento de câncer. Os implantes com sementes oferecem um tipo de terapia menos invasiva, caracterizando-os como um procedimento não cirúrgico. Pequenas sementes são injetadas diretamente na próstata com a ajuda de uma fina agulha através da pele, entre o reto e o escroto. Uma grande dose de radiação é liberada apenas na próstata atacando o tumor. A técnica exige, em geral, a aplicação de 80 a 120 sementes por paciente. As sementes são constituídas de uma cápsula de titânio de 0,8mm de diâmetro externo, 0,05mm de espessura de parede e 4,5mm de comprimento. O interior da cápsula acomoda um fio de prata contendo o Iodo-125 adsorvido. As vantagens da técnica são: a) a acentuada diminuição da dose fora da área do implante, poupando tecidos sadios; b) menor incidência de efeitos colaterais como impotência e incontinência urinária comparada aos tratamentos convencionais e c) o paciente pode retornar a atividade normal dentro de um a três dias. O IPEN instituiu um projeto para desenvolvimento tecnológico e produção das sementes de Iodo-125 com a finalidade de nacionalizar o produto tornando-o disponível a classe médica.

    Células de Produção de semente de 125I

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    Ainda na área de braquiterapia, são produzidos no IPEN fios de Irídio-192 para tratamento de câncer, que consiste na inserção de fios radioativos diretamente em tumores. Esses fios colocados em contato direto com o tumor possibilitam uma irradiação em doses mais elevadas pois sendo uma irradiação localizada, o tecido periférico ao tumor estará parcialmente protegido.

    O desenvolvimento da produção de fontes seladas de 133Ba, 57Coe 137Cs foi iniciado no IPEN, em escala laboratorial, para calibração ou aferição de equipamento utilizado na medicina nuclear. Em meados de 2010 teve início a produção das fontes em grande escala, as quais começaram a ser manufaturadas e comercializadas pelo instituto (Inovação Tecnológica), já em 2012, em substituição as fontes seladas adquiridas por importação. Essas foram as primeiras fontes produzidas com tecnologia nacional, até então todas as fontes necessitavam serem importadas. As fontes seladas de referência fazem parte das exigências da CNEN para o licenciamento e funcionamento das instalações de medicina nuclear, imagens e afins. Estas fontes são utilizadas na verificação de medidores de atividade. Esses equipamentos todo centro de medicina nuclear deve ter disponível, segundo recomendação da norma CNEN-NN-3.05 "Requisitos de Radioproteção e Segurança para Serviços de Medicina Nuclear”, para verificação da atividade de radiofármacos, que serão administrados nos pacientes para fins de diagnóstico e terapia. Atualmente, as fontes seladas de 133Ba,57Co e 137Cs, cujas tecnologias de fabricação estão totalmente dominadas, são produzidas com geometria padrão de frasco cintilador com volume radioativo de 20cm3, diâmetro de 27mm e comprimento de 61mm, requeridas na calibração ou aferição de curiômetros usuais da medicina nuclear e distribuídas em diversos hospitais e clinicas do Brasil.

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    Em 2019, o acrônimo do Centro de Tecnologia das Radiações passou de CTR para CETER, para se adequar à implantação do SEI na CNEN.


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