Cíclotrons e a Produção de Radioisótopos
Valdir Sciani
Etapas de Produção
Produção do radioisótopo no ciclotron
✔
Marcação: síntese do radiofármaco
✔
Controle de qualidade
✔
Por que acelerar partículas?
Em princípio, um acelerador de partículas é
uma ferramenta ou instrumento de
manipulação
✔
Quanto menor o objeto a ser manipulado,
menor deve ser a ferramenta
✔
Max Planck (1900)
➢
E  h.(1)
(Fóton ou Quantum de Luz)
Albert Einstein (1905)
➢
E  p 2c 2  m2c4
2 4
2
pm

2

cE
c
Re pouso (p  0)  E  mc
Fóton (m  0)  E  pc
(1) : h  6,626x1034 J.s  4,141x10-15 eV.s
(2) : c  2,998x108 m/s
(2)
2
Louis DeBroglie (1923)
➢
E
p
(Einstein)
c
E  h. (planck)
h.
p 
c
c
 1
mas   


c 
h
h
p
ou  

p
Comprimento de onda associado à partícula que “viaja” com momentum “p”.
Henrique Barcellos de Oliveira
Exemplo
➢
Manipulação de uma partícula alfa.
Ferramenta: outro próton.
m p  1,6726 x10 27 kg
mn  1,6750 x10  27 kg
m  2.(m p  mn )  6,6952 x10  27 kg
h
34
6,626 x10
p  p
J.s / m
15

10
p
8
p  m.v  v   v  10 m / s
m
Correção Relativística
➢
m
m0
2

v
1 2
c
v  108 m/s
Ordem de grandeza da velocidade da luz.
Para que uma partícula exiba um comprimento de onda pequeno o
suficiente para interagir com outras partículas também muito
pequenas, menores do que o tamanho do núcleo atômico, ela deve
viajar à velocidades próximas à velocidade da luz.
Este é o principal motivo pelo qual partículas devem ser aceleradas.
Henrique Barcellos de Oliveira
Os Aceleradores
1895 a 1897:
Tubo de raios catódicos (primeiro acelerador por queda de
potencial elétrico)
✔Descoberta do elétron
✔Descoberta do Raio-X
✔
1911 a 1919:
Rutherford interpreta experimento de Geiger-Marsden
✔Modelo atômico mais realista
✔Estrutura interna leva à necessidade de partículas mais
energéticas
✔Energia da partícula-a muito baixa
✔
Descoberta do elétron
Tubo de Raios Catódicos
J. J. Thompson - 1895
Primeiro acelerador feito pelo homem.
Os Aceleradores
Queda de potencial
✔
Lineares
✔
Circulares
✔
Queda de Potencial
Cockcroft-Walton
Queda de Potencial
Cockcroft-Walton
Multiplicador de Voltagem
FERMILAB
Queda de Potencial
Cockcroft-Walton
Máxima Energia: 750 keV
✔Energia = e x ddp (Volt)
✔1932: Primeira desintegração Artificial
✔
1
1
H  Li  2. He
7
3
4
2
Queda de Potencial
Van De Graaf
Máxima Energia: 25 MeV
✔Energia = e x ddp (Volt)
✔Muito Grande (40 m de altura)
✔
Van De Graaf de Oak Ridge
Queda de Potencial
Tandem Van De Graaf
Máxima Energia: 500 MeV
✔Energia=e x ddp (Volt)
✔Mais Compactos
✔Produção de Urânio-235 para a Primeira Bomba Atômica (Oak Ridge
National Laboratory)
✔1974: IFUSP Opera o Primeiro Tandem da América Latina
✔
Aceleradores Lineares (LINAC´s)
- 1924: proposta do físico sueco G. Ising
- 1928: físico norueguês Rolf Wideröe constroi primeiro LINAC (elétrons)
- Partículas são aceleradas nos espaçamentos entre cavidades
consecutivas
- Cavidades interligadas por fonte de tensão oscilante (RF)
- RF fixa implica aumento das cavidades para compensar tempo de voô
- Altas energias implicam aceleradores muito longos (3 km ou mais)
Aceleradores Lineares (LINAC´s)

Princípio de Ising permite duas configurações (Topologias)
a) Estrutura de Alvarez (onda estacionária)
b) Efeito “surf” (onda propagante ou caminhante)

As duas topologias empregam o mesmo método construtivo,
o que muda é a fonte de RF
Circulares
Betatron
✔Ciclotron
✔Sincro-Ciclotron
✔Sincrotron
✔Tevatron
✔Microtron
✔
O Ciclotron
1932 - Lawrence construiu o primeiro ciclotron de frequência fixa
 Acelerou prótons até 1,25 MeV
 Transmutação nuclear semanas após os experimentos de
Cockroft-Walton
 Prêmio Nobel de 1939
 1939 – Berkeley: ciclotron de 4,7 m (184”) - prótons de 20MeV

RF Feed
Dee
Ion Source
Vacuum
Primeiro ciclotron (30 cm de diâmetro)
Ciclotron de 184” de Berkeley
O Ciclotron
Simplificação do interior de um ciclotron
Aceleração por campos magnéticos e
elétricos
 Campo magnético constante: responsável
pela trajetória circular (força de Lorentz),
não altera a energia
 Campo elétrico oscilante (RF): responsável
pela aceleração

Força de Lorentz
Aceleração e Curvatura
Crump Institute for Biological Imaging
http://www.crump.ucla.edu/lpp/lpphome.html
O Ciclotron
Aproximações:
- Movimento perfeitamente circular
- Campo magnético constante e uniforme
- Desprezando efeitos relativísticos
- Órbita (trajetória) arbitrária (n-ésima)
Movimento Circular
Uniforme (MCU)
O Ciclotron
Equações de movimento:
Movimento Circular
Uniforme (MCU)

 
 
F  q.v  B (Lorentz)  F  q.v.B ( v  B)


F  m.a (newton)
v2
v2
a  (M.C.U.)  q.v.B  m.
R
R
Soluções para v e R:
q.B.R
v
m
m.v
R 
q.B
O Ciclotron
Carga (q) e Campo Magnético (B) fixos (constantes):
q.B.R
v
m
m.v
R
q.B
- Quanto maior a carga, maior o raio
- Quanto maior a massa, maior o raio
- Limite ao tamanho do acelerador
- Limite à máxima energia possível
- Massa pequena limitada pela relatividade
2
q.B.R
v
v
e a
m
R
2
q.B 

a
 .R
 m 
Potência Irradiada:
2
q .a
P 2
c
2
4
 q.B  2
P
 .R
 m 
- Menor massa, maior potência irradiada (partícula sai do feixe)
O Ciclotron
“Frequência de Ciclotron”:
- n-ésima meia-volta
- Raio = R
- Tempo (meia-volta) = t
Espaço  .R (meia-volta)
tempo  t
.R
.R
v
t
t
v
q.B.R
.m
v
t 
(independe de R)
m
q.B
O tempo de voô é o mesmo para todas as órbitas!!!
A maior velocidade a cada meia-volta compensa o maior raio
O Ciclotron
“Frequência de Ciclotron”:
Como o tempo independe de qual volta a partícula está, definimos o PERÍODO (T):
2m
T  2.t  T 
qB
Lembrando:
1
  (Frequência)
T
  2 (Frequênci a Angular)

qB

2 m
qB

m
Frequência de
Ciclotron
Esta é a frequência que deve ser ajustada na fonte de RF para acelerar o
íon de carga “q”, massa “m” no campo magnético “B”.
O Ciclotron
“Frequência de Ciclotron”:
Frequência de ciclotron é inversamente proporcional à razão m/q e
diretamente proporcional à B.
Ion A tem menor razão m/q que o ion B (para o mesmo valor do campo
magnético
O Ciclotron
Extração do feixe:
Apenas íons negativos
 Mais eficiente
 Fácil focalização
 Baixa ativação (pouca massa)

Extração eletrostática
Íons positivos ou negativos
 Pouco eficiente
 Difícil focalização
 Ativação dos eletrodos
(grande massa)

Extração por “stripper”
How are the Radioisotopes made
An accelerator shoots
a particle at high energy
+
+
+
The particle reacts with a
nucleus to form a new
radioisotope
David Schlyer
Secção de Choque da Reação Nuclear
a
+
a +
A
ELASTIC
SCATTERING
A
INELASTIC
SCATTERING
Aaa
b
+
b + c +
David Schlyer
B
NUCLEAR
REACTION 1
D
NUCLEAR
REACTION 2
Aceleradores - Aplicações
CICLOTRON – APLICAÇÕES
As aplicações de ciclotrons modernos, em particular, se estendem desde
pesquisas fundamentais em física até a produção de radioisótopos para
uso médico e usos industriais.
PESQUISAS NA ÁREA DE MATERIAIS
Análise: usado para determinar a composição de materiais, impurezas
(desejadas ou não), que foram introduzidas especialmente para mudar as

propriedades do material original.

Danos de Radiação: entendimento dos efeitos da irradiação e
encontrar materiais mais resistente à radiação.
Modificação de Materiais: criação de materiais com novas
propriedades, que não seriam obtidos de outra maneira ou melhorar as

propriedades já existentes do materiais em estudo.
Física do Estado Sólido: obter informações sobre as propriedades
internas dos sólidos ou dos defeitos internos na rede cristalina do

material.
ANÁLISE DE MATERIAIS
Análise por Ativação por Partículas Carregadas (Charged Particle
Activation Analysis) - Baseia-se no uso de reações nucleares com íons
para determinar a presença de determinados átomos em um material.
Alcança sensibilidades de 1 a 10ng/g. Aplicação: dispositivos

semicondutores.
Estudo do Desgaste por Ativação Superficial (Thin Layer Activation)
– Caso especial de Análise por Ativação, tem sido usado como
ferramenta de pesquisa para medir o desgaste de componentes e/ou

partes de máquinas. Aplicação: indústria automobilística.

Radiografia com Nêutrons (Neutron Radiography) Feixes intensos
de prótons em alvos de Be produzem nêutrons.
ANÁLISE DE MATERIAIS
Retroespalhamento de Rutherford (Rutherford Back Scattering).
Método mais antigo utilizando feixe de íons: é baseado no
retroespalhamento elástico de íons da superfície ou do interior do
material (foi usado por Rutherford nas pesquisas sobre a estrutura do
átomo). O método fornece informações dos diferentes átomos que

compõem o material.

Análise de Detecção do Recuo Elástico (Elastic Recoil Detection
Analysis). Bastante similar ao anterior.
Emissão de Raios X induzida por íons (Particle Induced X-ray
Emission). Usa feixe de prótons com baixa energia. Detecta quase todos

os elementos.
APLICAÇÕES NA MEDICINA
A produção de radioisótopos para uso em medicina é um dos mais
lucrativos negócios envolvendo ciclotrons.
Estas aplicações sustentam diversos fabricantes de ciclotrons e justificam
o desenvolvimento de máquinas dedicadas.
USO DE CICLOTRONS EM MEDICINA
CAMPO DA MEDICINA: diagnóstico e terapia
DIAGNÓSTICOS IN-VIVO:
emissores gama – reatores e aceleradores
emissores de pósitrons – somente aceleradores
USO DE CICLOTRONS EM MEDICINA
TERAPIA COM HADRONS (nêutrons e partículas carregadas):
a) diretamente com íons acelerados
b) com nêutrons gerados como produtos secundários em aceleradores
RADIOTERAPIA INTERNA:
envolve o uso de radionuclídeos com características convenientes
introdução no local do tumor pode ser feita mecanicamente, na forma de
sementes ou stents (braquiterapia)
ou pode seguir um caminho bioquímico (endoradioterapia)
USO DE CICLOTRONS EM MEDICINA
TERAPIA COM RADIAÇÃO
TERAPIA PADRÃO: envolve o uso de:
elétrons de baixa e alta energia
raios-X
raios-
fótons de alta energia
nêutrons lentos
TERAPIA POR CAPTURA DE NÊUTRONS LENTOS
(BNCT)
Nesta terapia, um composto químico contendo Boro (10B) é introduzido
na corrente sanguínea, o qual por suas características é metabolizado
mais rapidamente pelas células cancerosas. O tumor é então irradiado
com nêutrons lentos. Por causa da elevada secção de choque de
absorção (~3800 barn), a reação nuclear entre o nêutron e o 10B
ocorre com bastante eficácia {10B(n,α)7Li} e como resultado dará
origem à uma radiação do tipo- com energia 1,47MeV a qual possui
um curto alcance nos tecidos do corpo(~m) e um poder de dano
biológico cerca de 20 vezes superior ao das radiações-. Devido à alta
toxicidade do Boro, a técnica precisa de rigoroso controle. Outro
isótopo usado é o 155Gd e 157Gd. Tem uso limitado, pois envolve o
estabelecimento de uma instalação médica ao redor do reator.
TERAPIA COM HADRONS
TERAPIA COM HADRONS: APLICAÇÃO DE CICLOTRONS
HADRONS: nêutrons e partículas carregadas, ambos produzidos em
ciclotrons
Considerações importantes:
Transferência linear de energia (linear energy transfer – LET)
Eficiência biológica relativa (relative biological efficiency – RBE)
Vantagem: Uso de Hadrons, em comparação à terapia convencional,
pode ter a vantagem de seletividade física melhor, isto é, um
perfil de dose melhorado e uma eficiência biológica maior,
correspondente a maior exterminação do tumor
TERAPIA COM HADRONS
Para feixes de íons, os valores se referem a partículas de altas energias.
Para uma determinada dose, uma radiação com LET alto significa maior
efetividade para matar células que uma radiação com LET baixo
TERAPIA COM NÊUTRONS
são radiações altamente ionizantes e possuem valores LET altos
seus efeitos biológicos vem de seus espalhamentos por átomos de
hidrogênio e também da emissão de partículas carregadas em
suas interações com C, N e O do corpo
nêutrons rápidos podem ser gerados em ciclotron pela irradiação de
prótons em alvos de Be
para geração de nêutrons, normalmente se usam dêuterons de
energia 50 MeV e prótons de 65 MeV e correntes de até 50 μA
é efetivo para tratamento de tumores resistentes
TERAPIA COM PRÓTONS
ao contrário de nêutrons, tem baixos valores LET
prótons depositam quase toda a energia no final da penetração no
tecido: possuem uma região constante e de valores relativamente
baixos de dose, seguido de um pico acentuado no final de sua
trajetória, onde perde a maior parte de sua energia (pico de
Bragg)
a maior vantagem está no tratamento de tumores profundos,
próximos a estruturas críticas, devido à alta seletividade do pico
de Bragg. Variando-se a energia, chega-se a um efeito
terapêutico em diversas profundidades no tecido afetado: o pico
de Bragg pode ser variado, cobrindo todo o volume do tumor
na terapia com prótons utiliza-se energias entre 60 e 250 MeV. Em
geral, é um feixe colimado e de alta qualidade. As correntes de
feixe estão no intervalo entre 5 e 10 nA. Em 2001, cerca de 30
centros utilizavam este tipo de terapia
TERAPIA COM HADRONS
Produção de Radioisótopos
Considerações Importantes

radioisótopos de ciclotrons possuem a atividade específica
alta e a dose de radiação baixa, comparados aos de reatores

conhecimento de dados nucleares, para otimização do método
de obtenção do radioisótopo.

conhecimento das propriedades químicas e mecânicas do
material alvo.

capacidade do alvo agüentar altas correntes de feixe.

facilidade de separação química do produto radioativo.

recuperação do material alvo, no caso de alvos enriquecidos.

reatividade química e atividade específica do produto.
Escolha da Reação Nuclear
Existem diversas rotas para a produção de um determinado
radioisótopo, que leva às seguintes considerações:

tipo de acelerador adequado: partícula, energia, corrente
de feixe.

tipo de material alvo: grau de enriquecimento, estado físico
(sólido, líquido, gasoso).

tipo de sistema de irradiação conveniente para as irradiações:
confinamento, possibilidade de refrigeração conveniente,
facilidade de manutenção, colocação e remoção do material alvo.

facilidade de separação química do radioisótopo obtido.
a rota deve permitir uma produção em quantidade suficiente.

Conhecimento de Dados Nucleares
A = N0sIf (1 - e-t)
A: quantidade do produto
No: número de átomos do alvo
s: seção de choque (depende da energia)
If : número de partículas incidentes
(1 - e-t): termo de correção do decaimento
Rendimento de Produção:
Calculado a partir da curvas de função de excitação
SECÇÃO DE CHOQUE NUCLEAR
-s
A = N0sIf (1 - e-t)
•
•
•
•
Cada núcleo possui sua secção de choque para a reação
A secção de choque é a probabilidade da reação ocorrer
É uma propriedade inerente, que não pode ser alterada
A unidade é barns (10-24 cm2)
NÚMERO DE PARTÍCULAS INCIDENTES - If
A = N0sIf (1 - e-t)
Como pode ser determinado este termo?
1.
2.
3.
4.
Pode ser medido pela corrente incidente no alvo.
Corrente (medida em amperes) é a quantidade de carga
depositada no alvo por segundo (medida em Coulombs).
Carga do elétron: 1.6 x 10-19 Coulombs
Número de partículas incidente (supondo partícula próton) é
corrente (A)/1.6 x 10-19
Rendimento da Reação
Corrente do feixe
dn  I 0 NAdss ab
Secção de choque
dn = número de reações que ocorrem por segundo
I0 = número de partículas incidentes no alvo por segundo
NA = número de núcleos de alvo por grama
ds = espessura do material em gramas por cm2
σab = secção de choque, expressa em unidades of cm2
Conhecimento de Dados Nucleares
Funções de excitação:
Técnica de empilhamento (stacked foil):
Folhas finas (formando um conjunto compacto) do material alvo
de interesse são irradiadas simultaneamente. Posteriormente, é medida a
atividade de cada folha. A degradação de energia é determinada
colocando-se folhas de material de seções de choque bem conhecidas
(reações monitoras).
Reações monitoras: Cu, Ni, Ti, Al
Técnica de empilhamento (stacked foil):
Monitoração do feixe de prótons, com energias entre 4 e 33MeV, via
reações nucleares em Cobre: Cu(p,x)58Co, 63Cu(p,2n)62Zn e 65Cu(p,n)65Zn:
Trabalho de P. Kopecký (1985)
Escolha das reações em Cobre:
a) espectro gama dos radionuclídeos monitores
ser avaliados facilmente.
58Co, 62Zn
e
65Zn
podem
b) tanto ao corrente como a energia do feixe podem ser determinados de
medidas da atividade de uma “única folha” de Cobre, desde que dois
radionuclídeos monitores são produzidos simultaneamente.
Função de excitação da reação nuclear:
75As(p,xn)72,73,75Se
Função de excitação da reação nuclear:
75As(p,xn)72,73,75Se
O rendimento de obtenção de 73Se no intervalo de
energia entre 45 e 24 MeV é de 57 mCi/μAh. Entretanto,
as contribuições de 72Se e 75Se, como impurezas, são 0,37
e 0,05%, respectivamente.
No intervalo de energia entre 40 e 30 MeV, o rendimento
de obtenção de 73Se é de 38 mCi/μAh, menor que no caso
anterior.Porém, as contribuições de 72Se e 75Se
correspondem a 0,11 e 0,05%, respectivamente.
Função de excitação da reação nuclear:
75As(p,xn)72,73,75Se
Conclusões:
a) O intervalo de energia entre 40 e 30 MeV é considerado como o
ideal para a produção de 73Se, em função do baixo nível de
impurezas.
b) A energia do feixe incidente deve ser de 40 MeV e a espessura do
alvo de As deve degradar a energia até 30 MeV.
c) O nível de impurezas isotópicas pode ser reduzido também
usando-se isótopos enriquecidos como material alvo.
Exemplo
Produção de 123I
Na literatura são encontrados cerca de 25 processos nucleares
para obtenção do 123I, que podem ser agrupados em dois conjuntos
principais:
Processos Indiretos

Processos Diretos

fazem uso do sistema precursor
123Xe  123I.
utilizam prótons ou dêuterons, induzindo
reações nucleares em isótopos de
Telúrio enriquecido (124Te).
Exemplo
Produção de 123I
Os principais processos para produção rotineira e comercial são:
124Te
127I
124Xe
(p,2n)  123I
(p,5n) 123Xe  123I
(p,2n) 123Cs  123Xe  123I
124Xe
(p,pn) 123Xe  123I
Função de excitação da reação nuclear 124Te(p,xn)123,124I
Para decrescer o nível impurezas isotópicas na produção de
123I, é essencial a utilização de material altamente
enriquecido (124Te).
Entretanto, devido à competição da reação 124Te(p,n)123I, não é
possível eliminar a impureza 124I completamente, mesmo usandose 124Te com enriquecimento de 100%.
O intervalo de energia conveniente de produção está
compreendido entre 25 e 18 MeV, isto é, a energia incidente deve
ser de 25 MeV e a espessura do alvo de 124Te deve degradar a
energia até 18 MeV.
Nestas condições, obtém-se um nível da impureza
1%.
124I
menor que
Por outro lado, se o interesse estiver na produção de 124I, a energia
dos prótons incidentes deve ser menor que 15 MeV.
Produção de 82mRb e 81Rb
Produção de 82mRb
Função de Excitação: 18O(p,n)18F
Os fabricantes de Ciclotrons procuram sempre o desenvolvimento de:

Ciclotrons com correntes de feixe cada vez maiores.

Sistemas de irradiação que permitem uma melhor remoção do
calor depositado pelo feixe no alvo.
Principais Fabricantes:
GE
 SIEMENS
 IBA
 ACS

Uso de Ciclotrons na Medicina
Energia
Principais radioisótopos produzidos
(MeV)
Classificação
Caracteristicas
Level I
Single particle (d)
<
4
15
Level II
Single particle (p)
≤ 12
11
O
C, 13N, 15O, 18F
11
C, 13N, 15O, 18F, 86Y, 124I, 89Zr, 64Cu
67
Ga, 111In)
Level III
Single or two particle (p,d)
≤ 20
Level IV
Single or multiple particle
(p, d, 3He, 4He)
≤ 40
Level V
Single or multiple particle
(p, d, 3He, 4He)
≤ 100
28
Mg, 72Se, 82Sr, 117mSn, 123I
Level VI
Single particle (p)
≤ 100
67
Cu, 68Ge, 82Sr, etc.
38
(123I,
K, 73Se, 75 - 77Br, 123I, 81Rb, (81Kr), 67Ga 111In,
201
Tl, 22Na, 57Co, 44Ti, 68Ge, 72As, 140Nd
Reações de Produção de Radioisótopos
Flúor-18
18
Iodo-123
124
Gálio-67
68
Tálio-201
203
Índio-111
18
O( p, n) F
Xe( p,2n) Cs Xe I
123
123
67
Zn( p,2n) Ga
Tl ( p,3n) Pb Tl
201
112
201
Cd ( p,2n)111In
123
Reações de Produção de Radioisótopos
11C
14
N ( p,  )11C
13N
16
O( p,  ) N
15O
15
N ( p, n) O
14
N (d , n)15 O
18
O( p, n)18 F
18F
13
15
20
Ne(d ,  )18 F
Ciclotron RDS 111
Ciclotron GE - PETtrace
Ciclotron GE – PETtrace
Ciclotron IBA – C18
Ciclotron EBCO – TR19
Ciclotron EBCO – TR19
Ciclotron CV-28
Ciclotron CV-28 (The Cyclotron Corporation) – USA
Ciclotron CV-28
Ciclotron CV-28 (The Cyclotron Corporation) – USA
Ciclotron CV-28
Ciclotron CV-28 (The Cyclotron Corporation) – USA
Ciclotron CV-28
Ciclotron CV-28 (The Cyclotron Corporation) – USA
CAC/IPEN
Ciclotron CV-28
Ciclotron CV-28 (The Cyclotron Corporation) – USA
Ciclotron CV-28
Ciclotron CV-28 (The Cyclotron Corporation) – USA
APLICAÇÕES NA MEDICINA - IPEN
Com o início de operação do cíclotron CV-28, no final de 1983, diversos
radioisótopos de interesse em diagnósticos médicos foram produzidos
experimentalmente, a saber:
1984: 67Ga a partir da irradiação de natZn com prótons.
1984: 201Tl a partir da irradiação de natHgO e natTlNO3 com prótons
1985: 18F a partir da irradiação de H2O com 3He++.
1989: 123I a partir da irradiação de natTeO2 com prótons.
1989: 51Cr a partir da irradiação de natV com prótons.
1991: 111In a partir da irradiação de natCd com prótons.
Além dos experimentos citados anteriormente, ainda no cíclotron CV-28,
foram iniciadas produções rotineiras comerciais de:
1988: 67Ga a partir da irradiação de 68Zn com prótons.
1991: 123I a partir da irradiação de 124TeO2 com prótons.
1997: 18F a partir da irradiação de H218O com prótons.
Cyclone 30 do IPEN
PARTÍCULA
ACELERA H EXTRAE H +
ENERGIA (MeV)
MAX.: 30
MIN.: 15
CORRENTE (µA)
350
NÚMERO DE FEIXE
2
FONTE DE ÍON
“MULTICUSP”
EXTRAÇÃO
FOLHA DE CARBONO
Extração
“stripper”
Ciclotron
Neutron
“shutter
Parede de
Concreto
Visor
Faraday
Distruidor
Magnético
Alvo
Lentes Magnéticas
Quadrupolares
Linha de
Feixe
Linha de
Feixe
Cyclone 30 do IPEN
Cyclone 30 do IPEN
Cyclone 30 do IPEN
Cyclone 30 do IPEN
Cyclone 30 do IPEN
Cyclone 30 do IPEN
Cyclone 30 do IPEN
Cyclone 30 do IPEN
Alvos Sólidos
67Ga
201Tl
Alvo
68Zn
203Tl
Energia
(MeV)
26,5
28
Corrente
(A)
200
200
Alvos Sólidos
Sistema de Irradiação de Alvos Sólidos
Alvos Sólidos
Radioisótopos de Cu emissores de pósitrons
ISÓTOPO
MEIA VIDA
FÍSICA
MODO DE
DECAIMENTO
PRODUÇÃO
60Cu
23,7 min.
β+ 93%; CE 7%
60Ni(p,n)60Cu
3,35 h.
β+ 60%;
CE 40%
61Ni(p,n)61Cu
62Cu
9,7 min.
β+
Gerador
62Zn-62Cu
64Cu
12,7 min.
CE 43%;β- 38%; β+ 19%
64Ni(p,n)64Cu
61Cu
Alvos Sólidos – Produção de 123I e 124I
Porta-alvo para a produção de 124I (IBA)
Alvos Gasosos
Heat Transfer in Gas Targets
 Density
Reduction is a
result of
target heating
 The heating is
Beam
not uniform in
the beam
strike area.
D. Schlier – Apresentação
IPEN
Heselius, S.J., Lindblom,
P., and Solin, O., 1982
123I
Alvo
Porta Alvos para Irradiação
124
Xe
124Xe (GÁS)
Energia
(MeV)
30
Corrente
(A)
50
Alvos Gasosos
Alvos Gasosos
Porta Alvos para Irradiação
H218O
18F -
Alvo
H218O
Energia
(MeV)
18
Corrente
(A)
50
Porta Alvos para Irradiação H218O
18
Porta Alvos para Irradiação H2 O
Porta Alvos para Irradiação H218O
Proton
H218O
Ciclotron Cyclone 18+
PARTÍCULA
ACELERA H EXTRAE H +
ENERGIA (MeV)
18
CORRENTE (µA)
150
NÚMERO DE SAÍDAS
8
FONTE DE ÍON
“PIG”
EXTRAÇÃO
FOLHA DE CARBON0
Cyclone 18+ do IPEN
Cyclone 18+ do IPEN
Cyclone 18+ do IPEN
Cyclone 18+ do IPEN
Cyclone 18+ do IPEN
Células de Processamento
18
F-FDG
Módulo de Síntese
18
F-FDG
Células de Processamento
18
Controle de Qualidade ( F-FDG)
DADOS
Aspecto visual
Especificações / Método*
límpido
Pureza Radionuclídica
> 99,8 % -
Ge (Li)
Pureza Radioquímica
> 95,5 % (18F-FDG)
TLC
Kriptofix (g/ml)
< 100 g/mL
TLC
Pirogênio
negativo
-
Esterilidade
estéril
Meios de cultivo
*Conforme farmacopeia
-
Limulus test
Evolução das Produções de
18
F
-
Evolução das Produções de Flúor-18
700
587
600
519
Número de Irradiações
500
434
381
400
329
300
244
252
2003
2004
200
100
0
2005
2006
Ano
2007
2008
2009
Evolução das Produções de
18
F
-
Corrente Integrada nas Produções de Flúor-18
Corrente Integrada ( Ah)
50000
47614,9
40000
36905,6
33739,9
30053,3
30000
21704,7
20000
13412,2
10000
8110,9
0
2003
2004
2005
2006
Ano
2007
2008
2009
Evolução das Produções de
18
F
-
Tempo de Irradiação de H218O
1200
1061
1000
858
Tempo (h)
800
887
871
2007
2008
731
600
450
400
306
200
0
2003
2004
2005
2006
Ano
2009
Atividades de
Atividades de
18
F
-
18 -
F
3200000
2879579
2800000
2556750
Atividade (mCi)
2400000
2192440
2000000
1845080
1600000
1290910
1200000
821000
800000
474000
400000
0
2003
2004
2005
2006
Ano
2007
2008
2009
Evolução da Comercialização de 18F-FDG
12000
10826
10165
10000
Doses de FDG
8085
8000
7335
6105
6000
4023
4000
2150
2000
0
2003
2004
2005
2006
Ano
2007
2008
2009
Moléculas marcadas com 18F
18O(p,n)18F
18F
– FDG
18F
- FLT
18F - FCHOLINE
18F - FDOPA*
18F - MISO
18F - FET
18F - FHBG
18F - FES
18F - FB-CHO
18F – FACETATE
*Com F2
TRACElab FX F-N
Radioisótopos para Aplicação em PET
64Cu
64
Ni( p, n)64 Cu
124I
124
124
89Zr
89
66Ga
66
Te( p, n)
I
Y ( p, n)89 Zr
Zn( p, n)66 Ga
Geradores de Radionuclídeos para PET
Pai/filho
T1/2 Pai/filho
Modo decaim. filho
44Ti/44Sc
48a / 3,92h
β+/CE
52Fe/52Mn
8,27h /21,1 min
β+/CE
62Zn/62Cu
9,13h /9,8min
β+
68Ge/68Ga
278d / 68min
β+/CE
82Sr/82Rb
25d / 76s
β+/CE
118Te/118Sb
6,0d / 3,5min
β+/CE
122Xe/122I
20,1d / 3,6min
β+/CE
128Ba/128Cs
2,43d / 3,8min
β+/CE
Gerador
68Ge/68Ga
Em andamento no IPEN:
• Aquisição de geradores e sistema purificação e síntese
• Preço gerador: 30 mCi - U$ 19,000
• Preço do sistema de síntese: entre U$ 20,000 e U$ 80,000
• Exemplos de Moléculas Marcadas:
– DOTANOC
68Ga – DOTA - Anti CD20
68Ga
• Estudos de marcação e controle de qualidade
• Estudos de estabilidade
Gerador
82Sr/82Rb
• Características: Produto obtido em ciclotron 70 Mev
• Reação:
85Rb(p,4n)82Sr
• Preço gerador:
U$ 31,570
• Sistema de infusão:
U$ 72,000
Sistema para eluição e aplicação de Rb-82
Gerador de Sr-82/Rb-82
Sistema de infusão
Custos de Implantação e Operação
Tipo de Investimento
Custo (USD)
Vida útil (Anos)
Custo Operacional
Anual (USD)
1.7 – 2.8 Milhões
20
112 000
700 Mil
20
56 000
Laboratório CQ
1.4 – 2,5 Milhões
20
112 000
Ciclotron (10-19) MeV
1.3 – 2,5 Milhões
20
160 500
Ciclotron (25-30) MeV
4,5 – 6,5 Milhões
20
200 000
Célula Quente
200 - 400 Mil
10
32 000
Mini-célula para módulos
80 – 150 Mil
10
20 000
Módulo de Síntese
90 – 150 Mil
10
17 000
Equipamentos de Monitoração
100 – 250 Mil
10
16 000
Blindagem
Laboratório : Síntese de FDG
Crescimento de Instalações PET
2500
2000
1500
1000
500
0
2002
2003
US
2004
Europe
2005
JAPAN
Asia
2006
Procedimentos com FDG nos EUA
(x1000)
Crescimento de PET Scanners
Crescimento de PET Móvel nos EUA