Reator Multipropósito Brasileiro
Radiofármacos – uma colaboração para a medicina brasileira
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
www.ipen.br
FAAP – 25/05/2011
Nilson Dias Vieira Junior
ÁREA E LOCALIZAÇÃO
O IPEN está localizado no campus da USP,
na Cidade Universitária, São Paulo, ocupando uma área
próxima de 500.000 m2, ou 1/5 deste campus.
Incubadora
IPEN
CTM/SP
A INSTITUIÇÃO
- do IEA ao IPEN -
Fundado em 31 de agosto de 1956 como IEA,
o IPEN é hoje uma Autarquia Estadual vinculada
à Secretaria de Desenvolvimento do Estado de São
Paulo, gerida técnica, administrativa e
financeiramente pela
CNEN, órgão do MCT,
e associada à USP para fins de pós graduação.
Autarquia estadual= órgão conveniado da CNEN
A área Nuclear Brasileira
Presidência da República
Ministério da
Ciência e Tecnologia
Institutos
de C&T
IPEN
Ministério de Minas
e Energia
CNEN
INB
Eletronuclear
Nuclep
Angra 1
Angra 2
Ministério das
Relações
Exteriores
(com a AIEA)
Ministério da Defesa
Aeronáutica
Exército
CTA
CTEX
Marinha
MEC e Estados
da União
Usuários Medicina
e Indústria
CTMSP
Universidades
Pesquisa
Principais laboratórios e instalações
Nucleares e Radioativas do IPEN/CNEN
n
n
n
n
n
n
Dois reatores nucleares,o IEA-R1, de 5MW e
outro reator IPEN – CNEN/SP-MB/01,
moderado a água leve, potência de 100 W;
Um laboratório de termo hidráulica com um
circuito experimental de 70 bar;
Dois aceleradores de elétrons de 1,5 MeV;
Dois cíclotrons, 1 de 18 e outro de 30 MeV;
Irradiadores de cobalto-60;
Equipamentos de análise e diagnósticos
variados
Principais laboratórios e
instalações Nucleares e Radioativas do
IPEN/CNEN
n
n
n
n
n
n
Usinas piloto nas áreas do ciclo do combustível
nuclear;
Unidade de tratamento e armazenamento de
rejeitos radioativos;
Laboratório de calibração, de dosimetria,
ambiental;
Laboratório de produção de fontes seladas;
Laboratório de descontaminação radioativa;
Vários laboratórios de processamento e
caracterização química, isotópica e física de
materiais, etc.
Distribuição de servidores do IPEN
quanto à formação
Colaboradores
Pós doutorandos: 59
Colaboradores eventuais: 92
Alunos:
•Iniciação Científica:
215
•Mestrado :
218
•Doutorado:
222
(total de colaboradores: 806)
Evolução da formação de
pós-graduação do IPEN – nota 6 (CAPES)
Pesquisadores e orientadores com
premiações na iniciação científica
1.814 títulos outorgados:
1.238 mestrados e 576
doutorados
Pesquisadores e bolsistas do
instituto apresentam algumas das
pesquisas do Ipen no Parque do
Ibirapuera
PRODUÇÃO CIENTÍFICA
relatórios técnicos
1200
livros e capítulos de livros
1000
resumoperiódicos nacionais
800
600
resumo periódicos internacionais
resumos em eventos nacionais
Publ. Inter.
resumos em eventos
internacionais
400
trabalhos em eventos nacionais
Publicações
200
trabalhos em eventos
Internacionais
internacionais
periódicos nacionais
0
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
periódicos internacionais
PATENTES - acumulado
80
70
60
•Concedidas
50
patentes concedidas
•Definitivo
patentes protocolo INPI definitivo
40
•Provisório
patentes protocolo INPI provisório
30
patentes protocolo internacional
•internacional
20
10
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
Membrana de hidrogel promove a liberação controlada de
fármaco e pode auxiliar na cicatrização dos ferimentos do
tipo cutâneo da doença (pedido de patente depositado - 2008)
Tecnologias
das Radiações
Reator de
Pesquisas
Química e
Meio Ambiente
Metrologia
Das Radiações
Lasers e
Aplicações
Engenharia
Nuclear
Combustíveis
Nucleares
Células a Combustível e Hidrogênio
Ciência e Tecnologia de Materiais
Biotecnologia
UNIDADES DE PESQUISA
CENTROS
Centros e suas funções
APLICAÇÕES
Radiofarmácia
ENERGIA
Tecnologias
das Radiações
Combustíveis
Nucleares
Radioproteção
Engenharia
Nuclear
Reator de
Pesquisas
Metrologia
das Radiações
SEGURANÇA
Células a
Combustível e
Hidrogênio
Rejeitos
Radiativos
CORRELATOS
Lasers e
Aplicações
Ciência e
Tecnologia de
Materiais
Química e
Meio Ambiente
Biotecnologia
A Medicina Nuclear no Brasil
O IPEN
(antigo Instituto de Energia Atômica )
completou 54 anos e
a Radiofarmácia do IPEN tem
51 anos !
O que é Medicina Nuclear ?
É a especialidade da Medicina que utiliza
materiais radioativos para diagnóstico ou
terapia de diversas doenças ou disfunções
do corpo humano.
RADIOFÁRMACO
Toda substância que, por sua forma farmacêutica,
quantidade e qualidade de radiação emitida por um
radioisótopo constituinte, pode ser utilizada na
Medicina Nuclear no diagnóstico e terapia,
independente da forma ou via de administração
(intravenosa, oral, inalação, intersticial,, etc.)
Os radioisótopos são incorporados a moléculas
que são metabolizadas e incorporadas
temporariamente ao organismo
Duas possibilidades de uso:
•Imagem de sua emissão gama que atravessa o
corpo humano –Diagnóstico
•Destruição de tecidos circunvizinhos para terapia
(câncer hemofilia, etc.)- Terapia
Radioisótopos
n
Isótopos (átomos com mesma carga) de núcleos estáveis
que são produzidos artificialmente, diretamente por
reações nucleares ou indiretamente através do decaimento
de um núcleo pai.
Reações Nucleares
n
n
n
n
Reações entre feixes de partículas e núcleos (alvos),
produzindo novos núcleos e partículas.
Ocorrem em
Reatores Nucleares ou
Aceleradores de partículas carregadas (tipo Cíclotron, por
exemplo)
Similaridades com reações químicas:
18O
+ p ® 18F + n
ou
p(18O, 18F)n
Diretoria de Radiofarmácia
Desenvolve e produz
radioisótopos e
radiofármacos para
realização de
diagnósticos e terapia
em medicina nuclear.
nProdução
e controle de qualidade
de radiofármacos operando 2
aceleradores cíclotron
nBoas Práticas de Fabricação
Aplicadas à produção de
radiofármacos
nPesquisa e Desenvolvimento de
novos radiofármacos
Centro do Combustível Nuclear
n
Produção de Elementos Combustíveis tipo placa com
teor de enriquecimento de 19,75% (U3Si2)
Elemento combustível do Reator IEA-R1
montagem final
Centro do Reator de Pesquisas
Opera o Reator Nuclear
IEA-R1 de forma segura
e sustentável, realiza
pesquisa básica e
aplicada e produz
conhecimento científico e
tecnológico nas áreas de:
física nuclear, física da
matéria condensada,
análise por ativação
de nêutrons, etc..
53 anos
Infraestrutura para Produção e Pesquisa
IPEN – REATOR NUCLEAR,
IEA- R1
Características técnicas
n Reator tipo piscina
n Potência: 2MW – 5 MW
n Fluxo neutrons térmico =1- 4x1013
n/cm2.s
n 235U enriquecido: 19,75%
n Fluxo = 1,17x1014 n/cm2.s @ 5MW
n Refletor: grafite
n Moderador: água
n Crítico: 1957
n Fabricante: Babcock & Wilcox Co
Operação continua: 64hs / semana
INFRA-ESTRUTURA PARA
PRODUÇÃO
Celas de processamento
Centro de Tecnologia das Radiações
Esterilização de material clínico
•Desinfestação de
produtos agrícolas
•Radiografia Industrial
•P&D
Irradiador
Multipropósito do
IPEN
Centro de Biotecnologia
Estudos de biodistribuição
Áreas:
biotecnologia e saúde,
especificamente com:
Biofármacos;
Hormônios Hipofisários;
e Biotério para criação e
manutenção de animais de
laboratório. Desenvolvendo
competência científica e
tecnológica, formando
recursos humanos e
gerando produtos e serviços
para a sociedade brasileira.
Gerência de Metrologia das Radiações
Metrologia para padronização
e garantia da qualidade
Desenvolve e mantém
padrões e métodos de
medição de grandezas
associadas à radiação
ionizante, gera
conhecimento científico e
tecnológico, contribuindo
para a formação de
recursos humanos e para
a melhoria da qualidade
de vida da população
brasileira.
Gerência de Radioproteção
nControle
radiológico das
instalações radiativas e
nucleares do Ipen,
do público e
do meio ambiente;
nAtender emergências
radiológicas e nucleares no
Estado de São Paulo;
nAtuar no transporte de
material radioativo;
nAtuar na formação de
recursos humanos e em
assessoria de radioproteção.
Gerência de Rejeitos Radioativos
Célula de desmontagem
de fontes radioativas
Armazenamento
INFRA-ESTRUTURA PARA
Controle de Qualidade de
Radiofármacos
Aplicações do 99mTc
em diagnóstico
TIREÓIDE
99mTc Pertecnetato
LINFOGRAFIA
99mTc Dextran 500
SISTEMA ÓSSEO
99mTc Metileno
Difosfonato
RINS
99mTc DTPA
99mTc Citrato Estanoso
99mTc DMSA
99mTc Etilenodicisteína
ESTÔMAGO
99mTc
Pertecnetato
CÉREBRO
99mTc DTPA
99mTc
Elinododicisteina
Dietilester
GLÂNDULAS SALIVARES
99mTc Pertecnetato
PULMÃO
99mTc Macroagregado de
Soro Albumina Humano
CORAÇÃO
99mTc Pirofosfato
99mTc MIBI
FÍGADO
99mTc Estanho Coloidal
99mTc Enxofre Coloidal
99mTc Fitato, 99mTc
Diisopropil minodiacético
Radiofármacos Aplicados em
Terapia – Atividade alta
TIREÓIDE
131I NaI
131I Capsula
SISTEMA ÓSSEO
153Sm EDTMP
TUMORES
NEUROENDÓCRINOS
177LU
DOTATATE
111In DOTATOC
131I MIBG
FÍGADO
131I Lipiodol
SINOVECTOMIA
153Sm - Hidroxiapatita
90Y -Hidroxiapatita
90Y - Hidroxiapatita
Gerador de 99Mo/99mTc
Tempo de vida Tc99m= 6h
- Até 300 geradores/semana
- (250,500,750,1000,
1250, 1500 e 2000 mCi)
Produção ajustada para
toda segunda-feira
100% produzido no IPEN/CNEN, com Mo99 importado
SPECT(single photon emission computerized
tomography) cerebral com ECD- 99mTc
tridimensional
cortes
Cintilografia e SPECT ósseo com MDP99mTc (inserido em 2010 nos serviços de saúde)
(inserido em 2010 nos serviços de saúde)
Distribuição regional dos
radiofármacos produzidos pelo IPEN
Cerca de 330
clínicas no Brasil
2%
14%
Estimativa de
6%
64%
1,5 milhões de
atendimentos
por ano
14%
Distribuição de importações de radioisótopos
Total de importação: 10,6 + 0,6 (geradores) =
11,2 milhões de dólares
Receita de Produtos e Serviços
50% do Gerador de Tc 99m
A Medicina Nuclear no Mundo
n
Segunda técnica de diagnóstico por imagem mais usada no
mundo, após a tomografia computadorizada (mais usada que
NMR)
n 25 a 30 milhões com Tc-99m ( 80 % dos procedimentos)
n 2 milhões com F18-FDG
n 5 milhões com os demais
NO MUNDO
– 44% nos E.U.A. (População: 309 milhões de pessoas)
– 4.4 % no Brasil (População: 185 milhões de pessoas)
– 2,4 % na Argentina (Popul.: 041 milhões de pessoas)
– Portanto, nossa taxa de atendimento populacional é de 5,9
vezes inferior à americana e 2, 6 vezes inferior à argentina
Importância do Mo 99
n
n
n
n
80 % de todos os procedimentos de
medicina nuclear;
Tem papel fundamental no diagnóstico de
câncer, doenças cardiológicas, renais, etc.;
Procedimentos alternativos são menos
eficazes, menos efetivos e não universais;
Tendência de aumento de uso em
decorrência do maior envelhecimento
populacional;
Transformação do Mo-99
(6 horas)
Anos)
(Estável)
Produção de Mo 99 via fissão
Reação Nuclear
neutron
131I
Mo99
•235U tem
• 92 prótons e 143 nêutrons
Distribuição dos produtos de fissão
do 235U
Cadeia de produção industrial do Mo 99
ProcessaReator
mento Mo 99
Gerador de
Tc 99m
Farmácia
Nuclear
paciente
Fluxo de 3 a 4 dias
Etapas críticas: irradiação de 235 U em Reator Nuclear
Processamento do elemento irradiado
Toda a atividade do consumo anual mundial corresponde a
~1,2 g de Mo 99 !!!
Brasil
Europa
Ásia
USA
Outros
Atividade
semanal
Anos
Consumo mundial semanal de Mo 99
Consumo do Brasil é 16,6 TBq ou 4,4% do total mundial
5 Reatores produzem 95% do suprimento mundial
Surgimento do reator nuclear OPAL, na Austrália
Problemas internacionais na
produção de radiofármacos
O Reator Nuclear Canadense, NRU,
Responsável pela produção de ~40% do Mo
99 do mundo,
parou a operação em maio de 2009!
Ainda em 2009, o Reator Holandês também
parou!
(2/3 do Mo 99)
Problema conuntural!
Idade dos reatores produtores de Mo 99
Problema estrutural!
LOCAL
CANADÁ
BÉLGICA
ÁFRICA DO
SUL
HOLANDA
FRANÇA
NOME DO
REATOR
NRU
BR2
SAFARI-1
IDADE
HFR
47
OSIRIS
42
51
47
43
Reator Opal, Australiano, iniciou operação
Responsabilidades
para a área de saúde
n
n
Preparação para atender uma população
longeva
Aumentar a disponibilidade de Mo 99/Tc99m para atender a População brasileira
num patamar mais adequado
Argentina: crescer 2,6 USA: crescer 5,8
Acompanhado de um esforço da classe médica
e dos hospitais e clínicas
Necessidade de autonomia
Reator Multipropósito Brasileiro
RMB
Reator Multipropósito Brasileiro - RMB
Independência na Produção de Mo99
Reator Multipropósito Brasileiro (RMB)
Participantes da primeira reunião para o projeto do reator
nuclear multipropósito nacional, em 3 de setembro de 2008
RMB: Escopo do projeto
INSUMOS
PRODUÇÃO DE RADIOISÓTOPOS
RH PARA OPERAÇÃO E
MANUTENÇÃO DO REATOR E
INFRA-ESTRUTURA
RADIOISÓTOPOS
PARA SAÚDE
UF6
20% ENRIQUECIDO
Ci
E rcu
Te xpe itos
de ste rim
M Co de enta
at
er mb Irra is p
iai us di ar
s
t ív a ç a
eis ão
e
RADIOISÓTOPOS
TRAÇADORES
TESTE DE COMBUSTÍVEIS
E MATERIAIS
TESTE DE IRRADIAÇÃO
DE COMBUSTÍVEIS
APLICAÇÃO DE FEIXE
DE NÊUTRONS
ANÁLISE POR
ATIVAÇÃO
TRANSMUTAÇÃO
E DOPAGEM
ENSINO E
TREINAMENTO
FÍSICA
NUCLEAR
CIÊNCIA DOS
MATERIAIS
CIÊNCIAS
BIOLÓGICAS
uporte
t órios S rsas
Labora
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a Ativid r
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TESTE DE IRRADIAÇÃO
DE MATERIAIS
REATOR
RMB
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Queim
FABRICAÇÃO DE
ELEMENTOS
COMBUSTÍVEIS
In
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do ç p
Re ão ara
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or
Edifício com Guias
de Nêutrons e Hall
de Experimentos
RADIOISÓTOPOS
PARA INDÚSTRIA
RECURSOS ORÇAMENTÁRIOS
PARA UTILIZAÇÃO, OPERAÇÃO
E MANUTENÇÃO
s
uente
las Q seio de
u
l
é
C
Manu
para isótopos
o
Radi
LICENCIAMENTO
DEFINIÇÃO NORMAS DE
PROJETO
DO LOCAL
Cé
lu
Pr las Q
oc
ue
e
Mo ssam ntes
-99 en pa
e I to d ra
-13 e
1
LICENCIAMENTO LICENCIAMENTO
AMBIENTAL
NUCLEAR
PROJETO / CONSTRUÇÃO /
COMISSIONAMENTO
RH PARA
PROJETO
PROJETO
DETALHAMENTO
(CONTRATOS)
APLICAÇÕES
TECNOLÓGICAS
COMISSIONAMENTO
RECURSOS ORÇAMENTÁRIOS
PARA PROJETO E CONSTRUÇÃO
PARCERIAS
NACIONAIS
PROJETO
CONCEPÇÃO /
BÁSICO
CONSTRUÇÃO
(CONTRATOS)
PARCERIAS
INTERNACIONAIS
Modelo para o RMB
Reator de pesquisa com piscina aberta
como a do Reator Opal
(Reactor Hall)
Posições de
Irradiação
para testes de
materiais e
Produção de
Radioisótopos
Teste de Irradiação de
Combustíveis e Materiais
Materiais
Combustível
Aspectos
Objetivos do Teste
Otimização das
características de
comportamento do
combustível
· Verificar comportamento durante
irradiação (operação normal e transientes);
· Verificar comportamento de combustíveis
com altas taxas de queima: distribuição de
temperatura, liberação de gases de fissão,
densificação, inchamento, deformação do
revestimento, corrosão do revestimento,...
· Qualificação e caracterização de novos
combustíveis
· Desenvolvimento de materiais para
revestimento otimizados em relação
ao comportamento e resistência à corrosão
Materiais
Aspectos
Objetivos do Teste
·
Estruturais
Extensão da vida
Útil de
centrais nucleares
de potência
·
·
Segurança
·
Verificar comportamento das estruturas
internas do reator: corrosão,
crescimento devido à irradiação,
cinética de deformação lenta (creep)
Verificar comportamento de materiais de
vasos de reatores e de componentes
internos do reator para extensão do
período de operação: mudanças nas
propriedades mecânicas dos aços
de vasos, resistência à corrosão
Reações dos combustíveis em situações
acidentais
Verificar comportamento de itens específic
os (região de solda, por exemplo)
Aplicações Científicas
Neutrons livres duram 15 minutos
(vida média)
Nêutrons e Raios X
Representação* das amplitudes de espalhamento atômico e nuclear para alguns
átomos e seus isótopos.
•Atomos vizinhos
•Átomos leves
(principalmente H)
•Átomos leves e pesados
Marcação com deutério
Z
H
A
1
scoerente
sincoerente
sabsorção
(barns)
(barns)
(barns)
1,757
80,26
0,333
1H
1
1,758
80,27
0,333
2H
2
5,592
2,05
0,0005
3H
3
2, 893
0,14
0
Pela substituição de H por D,
Altera-se a razão sinal/ruido
do feixe transmitido!
H 100%
D 100%
Cold Neutron source
Espectro mais intenso e estreito: Mais densidadade espectral
Tempo de experimento
e razão sinal/ruído ordens
de magnitude melhoradas
Imageamento com Neutrons no IPEN-CNEN/SP
Por que nêutrons? Eles podem ver o que raios-X e radiação gama não podem!!
raios-X
neutrons
água em uma cavidade de alumínio
Tomografia Digital com neutrons: IPEN 2010 - Reator Nuclear IEA-R1
(Imagens obtidas no IPEN pelo grupo do Dr. Reynaldo Pugliesi)
Perspectivas do imageamento com neutrons no Brasil
Aplicações: Líquidos, adesivos, explosivos(mesmo envoltos por espessas camadas de
metais), materiais radioativos, hidretos metálicos, corrosão em metais, células de
combustível, materiais biológicos, air bag, pás de turbina, etc
RMB: excelente fonte intensa de neutrons, fundamental para obter imagens de alta
qualidade e portanto novas parcerias em pesquisa e em desenvolvimento tecnológico
X-rays and neutrons for diffraction studies
Property
X-rays
Neutrons
General
nature of
scattering by
atoms
Electronic
ü Regular increase of
Nuclear
ü Irregular variation of
Magnetic
scattering
scattering amplitude
(f) with atomic number
(Z), calculable from
known electronic
configurations.
scattering amplitude (b)
with Z. Dependent on
nuclear structure and
only determined
empirically by
experiment.
ü No differences
among isotopes.
ü Scattering amplitude
is different for different
isotopes.
No additional
scattering.
Additional scattering by
atoms with magnetic
moments:
(1) Diffuse scattering by
paramagnetic materials
(2) Coherent diffraction
peaks from
ferromagnetic and
antiferromagnetic
materials.
Nuclear is Good for
light Atomos
Marking with
isotopes is
feasible
Good for
magnetic
materials
Difratrômetro de neutrons com alta resolução para pós*
(localizado no IPEN/CNEN)
*C.B.R. Parente, V.L. Mazzocchi, J. Mestnik Filho, Y.P. Mascarenhas, R. Berliner. Aurora
- A high-resolution powder diffractometer installed on the IEA-R1 research reactor at
IPEN-CNEN/SP. Nucl. Instr. and Meth. A (2010)
O propósito da uso científico do reator
premissas
•O Brasil tem tradição em alguns usos de feixes de neutrons
(espalhamento elástico, neutrongrafia )
•O Brasil desenvolveu uma comunidade científica de usuários
de “facilities” ou laboratórios nacionais, como o LNLS;
•Espalhamento de nêutrons apresenta “complementaridade”
com o de raios X, sendo mais sensível a massa
•Possui a vantagem adicional da técnica permitir a
deuteração específica de moléculas orgânica – grande
potencial para uso biológico.
O propósito da uso científico do reator
Possíveis linhas de feixe
•Powder diffractometer (high intensity, thermal neutrons,
large focusing monochromators and a large detector)
•SANS (small angle neutron scattering) machine with cold
neutron beam
•Laue diffractometer - thermal or cold neutrons. (cold neutron
machine dedicated to biology
•Imaging station with thermal neutrons
•Reflectometer with cold neutrons
•Residual stress instrument (thermal neutrons)
•??? – contribuição da comunidade científica
•O estágio do Projeto do RMB
(fase inicial adiantada)
•Definição da área física civil em Aramar, com todas as
vantagens da já existência de um sítio Nuclear da Marinha;
•Complementação da área com recursos do governo do
estado de São Paulo (5 milhões), além de outras
possibilidades de investimento (FAPESP, S.S.);
•Definição de grupos de trabalho especialistas ( ~100
pesquisadores) e identificação das competências existentes e
as deficitárias;
•Definição das necessidades para o Projeto Básico e as
necessidades orçamentárias (50 milhões de reais)
O estágio do Projeto: fase inicial adiantada
•Definição da área física civil em Aramar, com todas as
vantagens da já existência de um sítio Nuclear da Marinha;
•Complementação da área com recursos do governo do
estado de São Paulo (5 milhões), além de outras
possibilidades de investimento (FAPESP, S.S.);
•Definição de grupos de trabalho especialistas ( ~100
pesquisadores) e identificação das competências existentes e
as deficitárias;
•Definição das necessidades para o Projeto Básico e as
necessidades orçamentárias (50 milhões de reais)
•Total do projeto (PGV):
US$ 500 milhões
Recursos financeiros
n
n
n
n
n
n
O Brasil importa atualmente 13 milhões de
dólares de rdiosiótopos produzidos em Reator
Nuclear
Podemos crescer facilmente 2,6 vezes
Atingiremos importações de 30 milhões de
dólares/ano
Um reator de pesquisa dura ~50 anos
O custo estimado do Reator é 500 milhões de
dólares
Somente com radiofármacos o Reator se pagará
em 1/3 da vida útil!
Obrigado pela atenção!
Nilson Dias Vieira Junior
69
www.ipen.br
Utilização científica de Feixe de Nêutrons
“Layout” do reator de Grenoble – Inst. Laue-Langevin
750 pesquisas com 1200 pesquisadores por ano