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Simultaneous Production of Molybdenum-99 and Actinium- 225 using Indonesia Research Reactor (RSG-GAS)

Este estudo demonstra que o reator de pesquisa RSG-GAS da Indonésia, utilizando uma cápsula de eletrodeposição de urânio de baixo enriquecimento modificada, pode produzir simultaneamente Molibdênio-99 e aumentar os rendimentos de Actínio-225 para 4,3 GBq através de irradiação otimizada e múltiplos ciclos de ordenha.

Autores originais: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Publicado 2026-07-07

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CC BY 4.0

Autores originais: Amila Amatullah, Naoyuki Takaki

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

A Visão Geral: Dois Medicamentos de uma Única Máquina

Imagine um reator de pesquisa nuclear como uma cozinha gigante e de alta potência. Normalmente, esta cozinha é usada para assar um tipo específico de "pão radioativo" chamado Molibdênio-99 (99Mo). Quando este pão "fica velho" (decai), ele se transforma em Tecnécio-99m, que os médicos usam para tirar imagens semelhantes a raios-X do interior do corpo humano (como verificar o coração ou os ossos). Este é o medicamento mais comum usado em imagem nuclear hoje em dia.

No entanto, há uma escassez de um tipo diferente de "medicamento" chamado Actínio-225 (225Ac). Este é usado para tratar o câncer, disparando partículas alfa pequenas e poderosas diretamente contra as células tumorais.

O Objetivo: Os pesquisadores queriam ver se poderiam assar ambos os tipos de medicamentos ao mesmo tempo na mesma cozinha (o reator RSG-GAS da Indonésia) sem quebrar o forno ou os ingredientes.

A Nova Ferramenta: Uma Cápsula de "Boneca Russa"

Para fazer isso, a equipe projetou um recipiente especial, que chamam de cápsula de eletrodeposição de LEU modificada. Pense nesta cápsula como um conjunto de bonecas russas ou um sanduíche em camadas:

A Camada Externa: Um recipiente de aço inoxidável.
O Recheio (A "Massa"): Uma camada muito fina de Urânio Baixo Enriquecido (LEU). Quando o reator dispara nêutrons contra esta camada, ela se divide (fissiona), criando o Molibdênio-99 necessário para o diagnóstico por imagem.
O Centro (O "Recheio"): Bem no meio da cápsula, cercado por gás hélio, encontra-se um pequeno alvo de Rádio-226.

Como funciona:
Quando a camada de Urânio se divide, ela não apenas produz Molibdênio; ela também dispara nêutrons "rápidos" (como balas de alta velocidade). Essas balas rápidas atingem o Rádio-226 no centro. Essa colisão transforma o Rádio em Rádio-225, que eventualmente decai no Actínio-225, que combate o câncer.

O Experimento: Encontrando a Espessura Perfeita

Os pesquisadores tiveram que descobrir quão espessa deveria ser a "massa" de Urânio.

Muito Fina: Se a camada de Urânio for muito fina, ela não cria nêutrons rápidos suficientes para transformar o Rádio em Actínio de forma eficiente.
Muito Grossa: Se a camada de Urânio for muito grossa, ela gera calor excessivo. Imagine colocar um bife gigante em uma frigideira pequena; a frigideira fica tão quente que pode derreter o cabo. Neste caso, o calor poderia derreter o alvo de Rádio, arruinando o experimento.

Os Resultados:

Eles simularam diferentes espessuras. Descobriram que tornar a camada de Urânio mais espessa aumentava a produção de ambos os medicamentos.
No entanto, eles atingiram um limite de "ponto de fusão". Se a camada fosse mais espessa que 0,04 cm, o calor seria alto demais para o Rádio sobreviver.
O Ponto Ideal: Eles determinaram que 0,04 cm é a espessura perfeita. É espessa o suficiente para produzir muito medicamento, mas fina o suficiente para evitar que o alvo derreta.

A Colheita: Ordenhando o Medicamento

Uma vez que a cápsula está no reator por 26 dias, o Rádio-226 se transforma em Rádio-225, que então se transforma em Actínio-225.

Os pesquisadores calcularam um cronograma de "ordenha" (como ordenhar uma vaca para obter leite). Eles descobriram que, se esperarem 17,5 dias e depois extraírem (separem) o Actínio, obterão o maior rendimento.

Ao repetir este processo 5 vezes, eles poderiam produzir um total de 4,32 GBq (uma medida de radioatividade) de Actínio-225.
Isso é cerca de 19% a mais do que obteriam se não utilizassem a camada de Urânio.

A Verificação de Segurança: Os Gases "Fantasmas"

Os pesquisadores também observaram o "lixo" ou impurezas criadas durante este processo.

O Problema do Radônio: Um dos subprodutos é o gás radônio. Especificamente, um tipo chamado Radônio-219. O artigo observa que, embora este gás seja radioativo, ele decai tão rapidamente (em segundos) que provavelmente não viajará longe o suficiente para ser inalado pelos trabalhadores se estiverem usando máscas padrão.
A Questão do Radônio-222: Outro tipo de radônio (Radônio-222) é produzido a partir do Rádio. Este é mais perigoso porque permanece por mais tempo e seus "filhos" (produtos de decaimento) podem causar danos pulmonares se inalados.
A Solução: O artigo sugere que as medidas de segurança padrão, como o uso de salas de pressão negativa (para que o ar flua para dentro em vez de para fora) e o uso de equipamentos de proteção completos, são suficientes para lidar com esses riscos.

A Conclusão

O artigo conclui que é possível usar o reator de pesquisa da Indonésia para produzir tanto o medicamento de imagem (Molibdênio-99) quanto o medicamento de tratamento de câncer (Actínio-225) simultaneamente. Ao utilizar uma cápsula especialmente desenhada com uma camada de Urânio de 0,04 cm de espessura, eles podem aumentar a produção do Actínio que combate o câncer sem derreter o alvo ou quebrar os limites de segurança do reator.

O que o artigo não diz:

Ele não afirma que este medicamento está pronto para ser injetado em pacientes amanhã.
Ele não discute como isso reduzirá o custo do tratamento do câncer globalmente.
Ele foca estritamente na física, nos cálculos de calor e nos números de produção dentro da simulação do reator.

Resumo Técnico: Produção Simultânea de Molibdênio-99 e Actínio-225 utilizando o Reator de Pesquisa da Indonésia (RSG-GAS)

Definição do Problema
A demanda global por Tecnécio-99m ( $^{99m}$ Tc), o produto de decaimento do Molibdênio-99 ( $^{99}$ Mo), representa mais de 80% dos radioisótopos de medicina nuclear utilizados para diagnóstico por imagem. Concomitantemente, o Actínio-225 ( $^{225}$ Ac), um promissor emissor alfa para Terapia de Radionuclídeos Alvo (TRT), enfrenta escassez significativa de produção. Os métodos atuais de produção de $^{225}$ Ac dependem de estoques limitados de Tório-229 ou métodos baseados em aceleradores (espalação, transmutação, reações fotonucleares). Este estudo aborda o desafio da produção simultânea de $^{99}$ Mo e $^{225}$ Ac dentro de um ambiente de reator de pesquisa térmico, especificamente o Reator de Pesquisa G.A. Siwabessy (RSG-GAS) na Indonésia, através da modificação de cápsulas de eletrodeposição de Urânio Baixo Enriquecido (LEU) existentes.

Metodologia
A pesquisa utilizou o código de transporte de partículas Monte Carlo OpenMC com a biblioteca de dados nucleares ENDF/B VIII.0 para modelar o primeiro núcleo de trabalho do RSG-GAS. A configuração do núcleo consiste em 12 elementos de combustível e 6 elementos de controle, utilizando U $_3$ O $_8$ disperso em uma matriz de alumínio com enriquecimento de 19,75% de $^{235}$ U.

Uma cápsula de eletrodeposição de LEU modificada foi projetada para irradiação na Posição de Irradiação Central (CIP). A modificação envolveu o implante de um alvo de 1 grama de Rádio-226 ( $^{226}$ Ra) no centro da cápsula, cercado por gás hélio e uma fina camada de LEU. O estudo hipotetizou que as reações de fissão dentro da fina camada de LEU gerariam nêutrons rápidos, aumentando assim a reação $^{226}$ Ra(n,2n) $^{225}$ Ra (limiar ~6,5 MeV), que subsequentemente decai para $^{225}$ Ac.

Os parâmetros de simulação incluíram:

Irradiação: 26 dias a uma potência térmica constante de 15 MW.
Resfriamento: 7 dias pós-irradiação.
Variável: A espessura da camada de LEU foi variada entre 0,01 cm e 0,25 cm para avaliar os impactos na reatividade, geração de potência, fluxo de nêutrons e viabilidade do alvo.
Análise Térmica: Uma equação de condução de calor de Fourier 1D em coordenadas cilíndricas foi aplicada para calcular as distribuições de temperatura, garantindo que o alvo de $^{226}$ Ra (ponto de fusão 973 K) não derretesse.
Simulação de Ordenha (Milking): A produção de $^{225}$ Ac foi modelada ao longo de 120 dias com cinco ciclos de separação (ordenha) ocorrendo a cada 17,5 dias.
Análise de Impurezas: As densidades de radionuclídeos foram analisadas para estimar as doses de radiação de impurezas, focando especificamente em isótopos de Radônio ( $^{222}$ Rn, $^{219}$ Rn) e progênie de Polônio.

Resultos Principais

Neutrônica e Reatividade: O aumento da espessura da camada de LEU correlacionou-se com maior inserção de reatividade e geração de potência total. Na espessura máxima testada de 0,25 cm, a camada de LEU gerou aproximadamente 1000 kW com uma inserção de reatividade de ~1,13$, aproximando-se dos limites de criticidade de prontidão. Camadas mais espessas também produziram um espectro de nêutrons mais "duro", aumentando o fluxo de nêutrons rápidos favoráveis para a reação (n,2n).
Rendimento de Produção:
- $^{225}$ Ra: A produção aumentou aproximadamente 68,27% quando a espessura do LEU foi aumentada de 0,02 cm para 0,25 cm.
- $^{99}$ Mo: A produção aumentou aproximadamente 400% a 0,25 cm em comparação com 0,02 cm.
Viabilidade do Alvo: Cálculos térmicos indicaram que espessuras de LEU de 0,04 cm ou superiores causaram a temperatura do alvo de $^{226}$ Ra a exceder seu ponto de fusão (973 K). Consequentemente, 0,04 cm foi identificado como a espessura máxima aceitável para manter a integridade do alvo.
Produção Otimizada: Na espessura ótima de 0,04 cm, a produção total de $^{225}$ Ac após cinco ciclos de ordenha atingiu 4,32 GBq. Isso representa um aumento de 19% em comparação com uma cápsula sem uma camada de LEU e um aumento de 12% em comparação com uma camada de LEU de 0,02 cm.
Impurezas: A análise identificou o $^{219}$ Rn como tendo a maior dose de inalação entre os isótopos de radônio devido à geração de $^{227}$ Ac a partir da irradiação de $^{226}$ Ra, embora sua meia-vida curta limite o risco. O $^{222}$ Rn e sua progênie ( $^{218}$ Po, $^{214}$ Po) apresentam riscos significativos de câncer de pulmão se inalados, necessitando de controles rigorosos de ventilação e pressão negativa em hot cells. Emissores beta de vida longa, $^{227}$ Ac e $^{210}$ Pb, foram identificados como exigindo contenção cuidadosa de resíduos.

Significância e Alegações
O artigo afirma que a cápsula de eletrodeposição de LEU proposta oferece um método viável para a produção simultânea de $^{99}$ Mo e $^{225}$ Ac dentro de um reator de pesquisa térmico. O estudo demonstra que a utilização dos nêutrons de fissão de uma fina camada de LEU pode aumentar efetivamente a produção de precursores de $^{225}$ Ac sem comprometer a produção primária de $^{99}$ Mo.

Os autores concluem que, embora camadas de LEU mais espessas gerem taxas de produção mais altas, as restrições térmicas limitam a aplicação prática. Uma espessura de LEU de 0,04 cm fornece o equilíbrio ideal entre o aumento da produção de $^{225}$ Ac (via aumento do fluxo de nêutrons rápidos) e a segurança do alvo. A pesquisa sugere que esta abordagem pode ajudar a aliviar a escassez global de $^{225}$ Ac, mantendo simultaneamente as capacidades de suprimento doméstico de $^{99}$ Mo para a Indonésia. Os autores observam que estudos futuros devem abordar o método logístico para substituir a camada de LEU a cada 6 dias, uma vez que o $^{99}$ Mo requer um tempo de irradiação mais curto (6 dias) em comparação ao $^{225}$ Ra (26 dias).