CDTN - Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear

CENTRO DE
DESENVOLVIMENTO
DA TECNOLOGIA NUCLEAR
RELATÓRIO
DE ATIVIDADES
2015-2018

Símbolo do então Instituto de Pesquisas Radioativas (IPR), hoje CDTN

Palavra do diretor
O CDTN é multifacetado e multidisciplinar. Atua em diferentes Apesar das dificuldades e desafios impostos pelo cenário
áreas do conhecimento - na área nuclear e em áreas correlatas exposto, o CDTN continuou a caminhar, contribuindo significati-
- e em pesquisa básica e aplicada, desenvolvimento e vamente para o aumento do conhecimento nas diferentes
prestação de serviços tecnológicos, produção e comercializa- áreas em que atua, na forma de relevante produção cientifica,
ção de radiofármacos, assim como na formação de pessoal, por da contribuição para a inovação tecnológica, radiofármacos e
meio do ensino em nível de pós-graduação estrito senso.
para a formação de pessoal de alto nível.
Essa diversidade de atuação faz do CDTN uma instituição única
em Minas Gerais. São mais de 6 décadas de uma história
vibrante, embora passando por períodos de muitas incertezas,
cumprindo sempre um papel relevante e desafiador em sua
atuação.
A falta de uma clara política para a área nuclear no âmbito do
Ministério da Ciência, Tecnologia. Inovações e Comunicações
(MCTIC, inclusive enquanto MCT e MCTI) que, associada à
acentuada perda de pessoal permanente ao longo dos últimos
muitos anos, sem a devida reposição, vem impondo ao Centro
um grande desafio para se manter atual, produtivo e relevante,
gerando novas contribuições ao desenvolvimento cientifico e
tecnológicos e oferecendo benefícios concretos à sociedade
brasileira.
Com a eclosão da grave crise política e econômica no país a
partir do último trimestre de 2014, as instituições federais de
P&D, particularmente aquelas ligadas à Comissão Nacional de
Energia Nuclear (CNEN) e ao MCTIC, foram profundamente
afetadas. O CDTN sofreu um forte corte em seu orçamento no
inicio do quadriênio em questão, e foi obrigado a fazer uma
reengenharia para a manutenção da Casa e a tomar medidas
drásticas no que se refere a contratos continuados e pessoal CDTN, dezembro de 2018.
terceirizado. Tivemos que aprender a operar com um nível de
recursos orçamentários bem inferior ao que estávamos
acostumados e a buscar novas alternativas e soluções na
gestão. Além disso, as constantes mudanças políticas no
período 2015-2017 dificultaram enormemente a interlocução
institucional no ambiente de governança de C&T, tanto no plano
federal como estadual.
Nesta gestão, consolidamos a coordenação institucional do
projeto de implantação do Repositório Nacional de Rejeitos de
Baixo e Médio Níveis de Radiação (RBMN), nos reaproximamos
dos parceiros na área nuclear, principalmente no que se refere a
temas ambientais e a minerais uraníferos e estratégicos;
retomamos a interlocução e a cooperação com a indústria,
particularmente a indústria de mineração e siderurgia,
estabelecendo importantes parcerias; retomamos a prestação
de serviços especializados e ampliamos a cooperação
internacional. Em parceria com a Companhia de
Desenvolvimento de Minas Gerais (CODEMGE) e a Universidade
Federal de Minas Gerais ( UFMG), nos lançamos de maneira
decisiva no esforço de criação de uma cadeia produtiva
baseada no grafeno, material de alto valor agregado e de alta
tecnologia, produzido a partir da grafita, abundante em Minas
Gerais.
Embora apresentando de forma sucinta os principais resultados
gerados pelo CDTN no período em questão, espero que este
Relatório dê aos leitores uma visão da abrangência e relevância
da atuação da nossa instituição e dos resultados por ela
apresentados.
Waldemar A. A. Macedo
Diretor
GESTÃO 10/2014 - 12/2018
Diretoria
Waldemar Augusto de Almeida Macedo - Diretor
Amenônia Maria Ferreira Pinto - Divisão de Meio Ambiente e Rejeitos
Edésia Martins Barros de Sousa - Divisão de Minerais e Materiais
Luiz Carlos Duarte Ladeira - Divisão de Gestão Administrativa
Sérgio Almeida Cunha Filgueiras - Assessoria de Planejamento e Qualidade
Teógenes Augusto da Silva - Divisão de Reatores e Radiações
Coordenação de Pós Graduação
Maximiliano Delany Martins / Maria José Neves
Gestão de Pessoas
Getulio de Azevedo Ramos Junior
Núcleo de Comunicação
Fausto Maretti Júnior / Suely Epsztein Grynberg
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
03

6
6
ANOS
Desenvolvimento
passa por também
nossas mãos
04
CDTN - Relatório de Gestão 2015 - 2018

INSTITUCIONAL
O Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN) é
uma das unidades de pesquisa e desenvolvimento da Comissão
Nacional de Energia Nuclear (CNEN), vinculada ao Ministério de
Ciências, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC) do
Governo Federal. Criado em 1952 como Instituto de Pesquisas
Radioativas (IPR), o CDTN tem a denominação atual desde 1977, e
faz parte da CNEN desde 1988.
Atualmente, as principais atividades do Centro envolvem as áreas
de tecnologia nuclear, minerais e materiais, saúde e meio ambiente.
Nas aplicações das radiações e técnicas nucleares destacamse:
o desenvolvimento e produção de radiofármacos, gestão e o
tratamento de rejeitos radioativos, monitoração e remediação
ambiental, metrologia das radiações, desenvolvimento e otimização
de processos de extração e purificação mineral, nanotecnologia
e engenharia de materiais. No nível regional, o CDTN tem
atuação no desenvolvimento tecnológico e prestação de serviços
especializados para os setores mineral e metalúrgico, além de
serviços radiológicos e da produção de radiofármacos para
aplicações em tomografia por emissão de pósitrons (PET).
O campus do CDTN ocupa uma área de 240 mil m², sendo 42 mil
m² de área construída, distribuída em 43 prédios. Entre suas
instalações de maior porte estão o reator nuclear de pesquisa
TRIGA Mark I, em operação desde 1960, o Laboratório de
Irradiação Gama, inaugurado em 2002, a Unidade de Pesquisa e
Produção de Radiofármacos (UPPR), em funcionamento desde
2007, além do Laboratório de Termo-Hidráulica e das plantas
piloto para investigação e otimização de processos de beneficiamento
de bens minerais. O Centro ainda é dotado de um excelente
parque laboratorial, com cerca de 50 laboratórios principais,
dedicados às diferentes áreas de atuação da instituição.
As atividades finalísticas institucionais estão distribuídas por três
divisões técnicas: Divisão de Minerais e Materiais (DIMMA); Divisão
de Meio Ambiente e Rejeitos (DIMAR) e Divisão de Reatores e
Radiações (DIRRA), com seus respectivos Serviços, e pela
Coordenação de Pós-Graduação (PG-CDTN). A Divisão de Gestão
Administrativa (DIGEA) e suas respectivas repartições respondem
pelas atividades meio do Centro. (organograma ao lado).
Primeiros registros da história sexagenária do CDTN:
DIGEA
SEENG
SEFIC
SESUP
SETIN
SECSEG
a inauguração do Reator Triga IPR-R1, em 1960
CDTN: uma instituição multidisciplinar
DCDTN
DIMMA DIMAR DIRRA SEGEP
SEIMA
SENAN
SETEN
TECNOLOGIA
NUCLEAR
ASPEQ
NIT
NUDCOM
MATERIAIS
SEGRE
SEMAM
SERTA
MINERAIS
CDTN
MEIO
AMBIENTE
SAÚDE
SETRE
SERAF
SECDOS
NUIGAM
CGE
PG-CDTN
SEPRA
SECPES
Organograma - Gestão 10/2015-12/2018
SECENI
RECURSOS FINANCEIROS.
Para manter sua infraestrutura
e conduzir seus programas de pesquisa e desenvolvimento, o
CDTN conta principalmente com recursos do orçamento do
Governo Federal, por intermédio da CNEN, e consolidado na lei
orçamentária anual (LOA). Apesar do agravamento da crise
política e fiscal dos últimos anos, foi possível recuperar o orçamento
institucional a partir de 2017. Em 2018, o orçamento
institucional voltou ao patamar do executado em 2011 (aproximadamente
R$ 20 milhões, em valores atualizados).
Além do orçamento da União, os recursos extraorçamentários são
fundamentais para o CDTN. São captados junto aos órgãos de
fomento e também oriundos de contratos de parcerias com
empresas, em projetos de desenvolvimento tecnológico.
19.4
2009
25.9
2010
Orçamento
(Recursos da União, em milhões de R$)
19.2
15.2
13.7
12.8
2011 2012 2013 2014
9.9
2015
9.8
2016
Orçamento CDTN (últimos 10 anos)
11.5
2017
19.3
2018
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
05

Institucional
Em relação ao período em foco, cabe destacar o projeto aprovado
em 2016 junto à Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP),
voltado para o fortalecimento dos laboratórios multiusuários do
Centro, no valor total de R$ 15,7 milhões, dos quais cerca de R$ 3
milhões foram recebidos em 2018, e também o projeto
MGGrafeno, em parceria com a UFMG, financiado pela Companhia
de Desenvolvimento de Minas Gerias (CODEMGE). Voltado para o
desenvolvimento de tecnologia de produção de grafeno, tal
projeto envolve o aporte de R$ 21 milhões, para a execução no
período 2016 – 2019. Em 2018, foi negociada a extensão desse
projeto por novos 3 anos, prevendo investimentos da CODEMGE
de cerca de R$ 35 milhões (Leia mais na página 98).
Os recursos dedicados ao financiamento de bolsas de estudos
também é vital para o Centro. No ano de 2018, o CDTN recebeu
dos órgãos de fomento (CNPq, CAPES, FAPEMIG e CNEN) quase
R$ 3 milhões em bolsas de pós-doutorado, doutorado, mestrado,
iniciação cientifica e apoio técnico.
O perfil da força de trabalho do CDTN, está retratado na figura ao
lado. Além de seus servidores, de grande especialização, o CDTN
conta com um amplo espectro de colaboradores, os quais
representam mais de 40% de todo o pessoal em atividade na
instituição.
O grupo dos colaboradores do CDTN (~240 em 2018) é formado
por pesquisadores eméritos e voluntários, pós-doutores, pósgraduandos,
bolsistas de iniciação científica, técnicos de projetos
financiados por terceiros e estagiários.
FORMAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
. O CDTN
dá especial importância a sua contribuição à formação de
recursos humanos de alto nível, particularmente através do seu
programa de pós-graduação. O Programa de Pós Graduação em
Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais (PPG-
CDTN) oferece mestrado (desde 2003) e doutorado (desde 2010)
estrito senso. São 3 áreas de concentração, com um total de 9
linhas de pesquisas:
Atualmente são 33 docentes, sendo 22 deles permanentes. Até o
ano de 2018, foram titulados 260 mestres e 45 doutores, sendo
que os números referentes ao período em foco estão resumidos
no quadro ao lado.
Aqui, de grande relevância é também o programa institucional de
bolsas de iniciação científica (PIBIC-PROBIC), em parceria com o
CNPq e a FAPEMIG. Permeando as diferentes áreas de atividade, o
PIBIC-PROBIC permite que, a cada ano, quase uma centena de
jovens graduandos, alunos de diferentes cursos das áreas de
ciências exatas, biológicas e da terra se engajem efetivamente
nos projetos de P&D do Centro. Significa uma importante fonte de
incentivo à pós-graduação e à continuidade na carreira cientifica e
tecnológica.
177
370
2009
Identidade da parceria CDTN/UFMG/CODEMGE
185
381
2010
209
362
212
344
MGgrafeno
219
340
Evolução do número de doutores e mestres
dentre os servidores
ÁREAS DE CONCENTRAÇÃO E LINHAS DE PESQUISA DO PG-CDTN
Ciência e Tecnologia das Radiações
Metrologia as radiações
Radiações ionizantes na saúde e biologia
Tecnologia de reatores nucleares
Ciência e Tecnologia dos Minerais e Meio Ambiente
Geoquímica e geologia em recursos minerais e meio ambiente
Metalurgia extrativa e meio ambiente
Técnicas nucleares na indústria e meio ambiente
209
326
2011 2012 2013 2014
Servidores
240
313
2015
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Nanotecnologia
Materiais avançados
Integridade estrutural.
222
297
2016
Colaboradores
247
280
2017
239
303
2018(*)
Servidores e colaboradores do CDTN nos últimos anos
43 41
63
2009
65
2010
52
67
Doutorandos
Mestrandos
Teses
Dissertações
Alunos IC
51
49 49
71 74 75 79
2011 2012 2013 2014
Doutores
47 43
2015
Mestres
83 86 88
2016
(*) Inclui 28 cedidos pela Infraero
44
2017
43
2018
2015 2016 2017 2018
45
48
14
20
80
46
49
10
18
81
47
45
07
24
78
41
50
13
19
78
Números do PPG-CDTN e do PIBIC-PROBIC
06
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Institucional
Institucional
INSTITUIÇÃO
Instituto Jožef Stefan (JSI)
Liubliana, Eslovênia
Universidade de Salamanca
Espanha
Universidade Técnica
da Cracóvia (AGH) Polonia
Centro de Investigações
Energéticas, Meioambientais
e Tecnológicas (CIEMAT)
Madri - Espanha
Universidade Técnica do
Panamá
TEMAS DO ACORDO
C&T, amplo; áreas nuclear e
correlatas
Pós Graduação (PG), cotutela,
geologia / metalogenese, minerais
uraniferos e estrategicos
Ciência e engenharia dos materiais;
nanociência e nanotecnologia
Coperação ampla, para estudos
em nível de pós-graduacao.
Aplicação de técnicas nucleares em
estudos ambientais e hidrologia.
COOPERAÇÃO INTERNACIONAL.
O aumento e maior
institucionalização da cooperação internacional foi uma das
prioridades da Direção. Os acordos de cooperação formalizados
no período 2015-2018 estão listados ao lado.
No período, também foi estabelecida uma relevante parceria com
o Departamento de Aplicações Nucleares da Agencia
Internacional de Energia Atômica (IAEA), para a implantação de
melhorias na área de análises de trítio ambiental e de isótopos
estáveis. Em 2018, foi realizado um programa de treinamento de
pessoal, e está em andamento uma renovação e ampliação dos
laboratórios e equipamentos analíticos da área, a serem concluídas
nos próximos meses.
Acordos internacionais formalizados no período 2015-2018
Laboratório de cromatografia líquida - HPLC
com detector de arranjo de diodos
Proteção radiológica em mamografia
INTERAÇÃO COM O SETOR PRODUTIVO.
O CDTN
sempre se destacou pelo desenvolvimento tecnológico e a
prestação de serviços especializados. A partir de 2015, foi dada
grande ênfase à retomada da cooperação com a indústria e todo o
setor produtivo. As competências mais demandadas atualmente
envolvem:
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Ÿ
tecnologia mineral para concentração física de minérios e o
desenvolvimento de processos hidrometalúrgicos para
recuperação de metais de interesse econômico;
irradiação gama para esterilização de materiais médicohospitalares
e de hemoderivados, e indução de coloração em
pedras semipreciosas e desinfestação de alimentos;
análises de radionuclídeos naturais em níveis ambientais como
trítio, berilo 7, radônio, urânio e tório;
análises radioquímicas por ativação neutrônica, espectrometria
gama e radiometria alfa e beta;
análises químicas, em um portfólio bastante amplo, visando as
determinações elementares, isotópicas, especiação química e
análises radioquímicas aplicadas a amostras ambientais,
biológicas, mineralógicas e tecnológicas.
2 12 13 18
determinações das razões isotópicas de H, N, C e O para
estudos de interesse da área ambiental, como na hidrologia e
na hidrogeologia;
desenvolvimento de processos para produção e aplicação de
nanoestruturas de grafenos;
emprego de técnicas da física nuclear do estado sólido em
estudos ambientais envolvendo material particulado contendo
ferro;
emprego de nanotecnologia para a alteração das propriedades
de superfícies metálicas;
utilização de resíduos da indústria de mineração no desenvolvimento
de novos produtos.
calibração de monitores de radiação utilizados na indústria e na
área médica;
qualificação de embalagens para transporte e armazenamento
de materiais radioativos;
Reuniões para desenvolvimento de parcerias estratégicas
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
07

Institucional
328
2009
429
2010
941
1208
1851
1823
2011 2012 2013 2014
2835
2015
3407
2016
2743
2017
2745
2018
PRODUÇÃO DE RADIOFÁRMACOS.
A Unidade de
Pesquisa e Produção de Radiofármacos (UPPR) atua fortemente
na produção comercial do medicamento Fludesoxiglicose
18
marcada com o isótopo radioativo F, o
18F-FDG. Este radiofármaco
é empregado em exames de tomografia por emissão de
pósitrons (PET/CT), para diagnósticos e acompanhamento da
evolução do tratamento do câncer. Desde 2010, cerca de 20 mil
pacientes foram beneficiados com as doses de radiofármacos
produzidos no Centro. Em 2018 a UPPR atendeu a sete centros de
medicina nuclear e beneficiou cerca de 2.700 pacientes.
18
Doses de F-FDG fornecidas por ano
Além da produção regular do
18F-FDG, a Unidade também tem
autorização para a produção do
18F-NaF, fluoreto de sódio
marcado com
18F, que se destina a diagnósticos de doenças do
sistema esquelético. Em processo de registro junto à ANVISA
encontra-se ainda o radiofármaco
18F-Fluorocolina, para diagnóstico
de tumores da próstata por exames de PET/CT.
Leia mais sobre sobre radiofármacos na página 44.
O CDTN contribui na formação em proteção radiológica
TEMA
Ciência, Tecnologia e Inovação:
Tripé da Evolução.
Panorama da Ciência e
Tecnologia no Brasil
O novo sincrotron brasileiro:
“are we Sirius?”
Acidente Radiológico de Goiânia –
1987-2017 – Uma Meia Vida.
Recursos minerais, água e biodiversidade:
a busca da sustentabilidade das regiões
mineradoras.
Ciência, tecnologia, inovação e os
desafios na atualidade
Apresentação do livro ”Ouro do
Brasil – História dos caminhos esquecidos
DES-SAL: um pequeno PWR para
Dessalinização Nuclear - Tecnologia
Nacional para Segurança Energética,
Hídrica e Alimentar
As usinas nucleares de Angra no Sistema
Interligado Nacional (SIN) e a construção de
novas unidades
PALESTRANTE
Carlos Alberto Aragão
de Carvalho (CNEN/RJ)
Sérgio Rezende
(UFPE, Recife)
Antônio José Roque da Silva
(LNLS/CNPEM, Campinas)
Alfredo Tranjan Filho
Virgínia Ciminelli
(UFMG, Belo Horizonte)
Paulo Sérgio Lacerda Beirão
(FAPEMIG, Belo Horizonte)
Francisco Javier Rios
(CDTN, Belo Horizonte)
Paulo Augusto Berquó de
Sampaio(IEN, Rio de Janeiro)
Roberto Cardoso de
Andrade Travassos
(ETN, Rio de Janeiro)
PROTEÇÃO RADIOLÓGICA.
O CDTN possui 23 instalações
em áreas restritas, sendo uma nuclear (TRIGA Mark I), 16
instalações radiativas, 4 instalações de gerência de rejeitos
radioativos e 2 instalações do ciclo do combustível. São classificadas
em 8 áreas controladas e 15 supervisionadas, sendo 2 dessas
isentas de requisitos de proteção radiológica.
O Serviço de Proteção Radiológica (SEPRA) atua para garantir que
todas as instalações radioativas e nucleares estejam amparadas
por um rigoroso programa de controle radiológico e de segurança
nuclear, em atenção aos requisitos normativos nacionais de
proteção ao meio ambiente, ao público e aos indivíduos ocupacionalmente
expostos. Merece destaque a reativação do Serviço de
Atendimento a Emergências Radiológicas (SAER), em 2016,
disponibilizando atendimento permanente a emergências
radiológicas no estado de Minas Gerais. Este serviço conta sempre
com a participação voluntária de 18 servidores do Centro, e está
integrado ao Sistema de Averiguação de Ocorrências (SAO) da
CNEN.
INFORMAÇÃO À COMUNIDADE.
O CDTN mantém
programas de visitas para estudantes de 2º e 3º graus e demais
interessados em conhecer a instituição. Cerca de 1500 alunos/ano
visitam as dependências do Centro. Além disso, participa
ativamente em eventos como as reuniões anuais da Sociedade
Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC), Semana de Ciência
e Tecnologia (C&T) e feiras de inovação e tecnologia.
Em 2017 foi lançado o vídeo institucional, oferecendo uma rápida
visão da abrangência da atuação do Centro (https://goo.gl/AyzkGu).
No mesmo ano foram iniciados os Colóquios do CDTN, que trazem
regularmente palestrantes importantes em suas áreas de
conhecimento, sempre com temas de interesse da comunidade
(Veja tabela ao lado).
08 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Leia mais...
INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE
Técnicas nucleares na indústria
Técnicas nucleares no meio ambiente
Técnicas nucleares em águas subterrâneas
Aplicação de técnicas nucleares em águas de superfície
Impactos ambientais radiológicos em solos e sedimentos
Impactos ambientais radiológicos no ar
Rejeitos radioativos
Química e radioquímica
11
12
12
13
16
17
18
21
25
TECNOLOGIA DE REATORES
Geração nucleoelétrica e modelagem de combustíveis avançados
Análise de risco de instalações nucleares e radiativas
Neutrônica e termohidráulica
Desenvolvimento de sistemas e componentes para o Reator Multipropósito Brasileiro (RMB)
29
30
33
35
39
SAÚDE
Desenvolvimento e aplicações de radiofármacos em medicina nuclear
Metrologia das radiações x, beta, gama e nêutrons
Proteção radiológica de trabalhadores e pacientes expostos à radiação
43
44
48
53
TECNOLOGIA MINERAL
Desenvolvimento do processo de produção de esponja de zircônio
Extração seletiva de U e Th a partir de licor sulfúrico contendo ETRs e outros metais
Recuperação de elementos terras raras de drenagem ácida de mina
Estudo dos depósitos de U-ETRs e rochas granitoides de Lagoa Real (BA)
Identificação e geoquímica de mineralizações de urânio (+ETRs) em Minas Gerais
Geoquímica e metalogenese de terras rara em rochas carbonatíticas e alcalinas
Caracterização mineralógica e de elementos traços utilizando ablação a laser LA-ICP-MS
CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS
Materiais nanoestruturados para bioaplicações
Nanoestruturas de carbono para aplicações industriais
Nanoestruturas magnéticas
Superfícies e interfaces
Materiais avançados
Integridade estrutural e extensão de vida
61
62
64
65
66
67
68
69
71
72
79
84
88
90
94
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
09

10
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

INDÚSTRIA E
MEIO AMBIENTE
O CDTN pesquisa e desenvolve metodologias
envolvendo a utilização de técnicas
analíticas nucleares e novos traçadores,
com ênfase nos traçadores naturais, radioativos
ou estáveis. No meio ambiente, a
Instituição tem utilizado as técnicas nucleares
como instrumentos para o melhor
entendimento da dinâmica dos sistemas
hídricos de superfície e subterrâneos, bem
como suas evoluções ao longo do ciclo
hidrológico, visando subsidiar o manejo
adequado destes recursos.
Nas aplicações em processos industriais, o
CDTN tem investido em estudos de técnicas
nucleares e de radioatraçadores que
possibilitam ganhos tecnológicos, econômicos,
e que resultem em processos ou
produtos de maior qualidade, mais seguros
e ambientalmente sustentáveis.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
11

INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE
TÉCNICAS NUCLEARES NA INDÚSTRIA
indicar e discriminar ocorrência de descontinuida-
des dos tipos corrosão e incrustação.
Para atender a indústria do petróleo o CDTN
desenvolveu uma pesquisa sobre a aplicação de
traçadores na detecção de mecanismos típicos de
deterioração de componentes em refinarias de
petróleo. O uso desta técnica para a detecção e
identificação on-line de existência de corrosão e
incrustação no interior de tubulações - os dois tipos
de dano mais comuns em refinarias de petróleo -
permitiu avaliar, em escala de laboratório, a
aplicabilidade dos radiotraçadores como ferra-
mentas de inspeção em equipamentos industriais.
56
O radiotraçador Mn, na forma de MnSO 4.H2O, foi
produzido no Reator TRIGA IPR-R1 e injetado como
solução aquosa em testes em tubulações sob
diferentes vazões de ensaio e dimensões das
tubulações. Traçadores fluorescentes foram
usados para comparação. A vantagem do radiotraçador
é que ele pode ser medido com um
detector externo à tubulação, simplificando
enormemente a inspeção por não precisar interromper
a produção. Como resultado, foi constatado
o escoamento padrão para a tubulação isenta
de danos internos.
Em tubulações com danos de corrosão notou-se a
formação de recirculação e em tubulações com
danos de incrustação observou-se a formação de
volumes estagnados. Verificou-se assim que a
técnica dos traçadores possui potencial para
Tem-se trabalhado com o desenvolvimento de um
traçador ativável para emprego em reservatórios
de petróleo e meios porosos, constituído por nano-
partículas de ouro, obtidas pela redução do ouro
ao estado metálico por irradiação gama e posterior
recobrimento por camada protetora e isolante de
sílica. Suspensões deste traçador podem ser
detectáveis via amostragem e ativação neutrônica.
O rendimento da síntese de nano partículas de
ouro é controlado por espectrometria Ultravioleta
Visível e o seu revestimento pela Microscopia
Eletrônica de Transmissão e pelo Potencial Zeta.
Medidor
de vazão
Ponto de injeção
Colimador
56
Bancada experimental montada para os testes com Mn
TÉCNICAS NUCLEARES NO MEIO AMBIENTE
Localização e Altimetria da Bacia do
Córrego Mato Frio, Itaúna (MG)
7
O radionuclídeo Be é formado na estratosfera,
precipita para o solo, fica aderido aos sedimentos.
Destarte torna-se um radiotraçador natural,
possibilitando o estudo do transporte e a quantificação
das taxas de erosão e de acreção.
Esta metodologia foi desenvolvida em uma tese de
doutorado e aplicada no levantamento de parâmetros
para modelagem do processo de erosão
do solo na bacia do córrego Mato Frio, medindo-se
a distribuição dos teores do radionuclídeo natural
7
(cosmogênico) Be. Os resultados obtidos mostra-
7
ram que o conteúdo total mensal de Be no solo
local tem relação com os padrões das precipitações,
assim definindo o padrão de erosão ao longo
do ciclo hidrológico.
12
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE
TÉCNICAS NUCLEARES EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
A escassez hídrica na área da bacia do Rio
Pandeiros, no noroeste de Minas Gerais, é motivo
de grande preocupação, posto que contribui para
os baixos índices de desenvolvimento socioeconômico
da região. Desde 2016 o CDTN atua no
local, utilizando técnicas nucleares e convencionais
visando compreender como os sistemas
de circulação das águas subterrâneas na região
das nascentes de efluentes do Rio Pandeiros têm
influência sobre as características da descarga e
das veredas que alimentam a bacia.
desastre ambiental que causou o maior impacto
envolvendo barragens de rejeitos em todo o
mundo. Este acidente, agudamente chamou a
atenção para com as populações ribeirinhas.
Neste contexto o CDTN, fomentado pela
FAPEMIG, em acordo com a FEAM e CEMIG, vem
empregando traçadores ambientais e artificiais em
projetos que têm como objetivo a determinação
dos padrões de circulação das águas no entorno
de barragens, visando detectar fugas (Figs 2 e 3).
Fig 1: Distribuição dos isótopos de ²H e
18
O nas águas estudadas
Fig 2: Aspectos hidrogeológicos e geotécnicos
da barragem de rejeitos em Rio Acima (MG)
Campanhas de campo realizadas no período de
2016 a 2018, permitiram a determinação de parâmetros
físico-químicos e isotópicos. Neste período
foram coletadas águas de superfície, subterrâneas
e de precipitação.
Dentre os principais resultados obtidos, destacase
a demarcação das águas estudadas em grupos,
por meio da análise das assinaturas de isótopos
estáveis dos componentes da molécula da água,
18
O e δ²H (Fig 1). A pesquisa financiada pela
FAPEMIG, é parte de um projeto estadual visando a
gestão da água nessa região semiárida, carente e
sujeita a conflitos de uso da água.
Barragens: O rompimento da barragem de
Fundão, localizada em Bento Rodrigues, Mariana
(MG), em novembro de 2015, é considerado o
Fig 3: Modelo padrão de circulação hídrica
na barragem de rejeitos situada em Rio Acima (MG)
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
13

Técnicas nucleares em águas subterrâneas
A mina abandonada Engenho D’água em Rio
Acima, MG, está sendo escrutinada e os resultados
de assinatura isotópica e especiação química
mostraram misturamento de águas com características
distintas, indicando possível vazamento
através das geomembranas.
As técnicas de traçadores naturais juntamente
com outras técnicas de caracterização hidrológica
e hidrogeológica, permitiram elaborar o modelo
conceitual para o fluxo da água entre diversos
compartimentos (Fig 4), possibilitando sua representação
e simulação através de modelagem
computacional, assim facultando a previsão de
comportamentos sob a ação de forçantes.
Foi desenvolvido um sistema de apoio à decisão
(SAD) para o entendimento do sistema hídrico e
otimização da gestão, que é composto a partir da
integração dos modelos matemáticos de fluxo de
água superficial e subterrânea, SWAT e
MODFLOW, respectivamente.
O sistema foi aplicado tendo como área piloto o
sistema cárstico-fissural das bacias dos riachos
Mocambo e Boi Morto, no município de São
Francisco, região norte de Minas Gerais.
Fig 4: Modelo Conceitual de fluxo da
região de São Francisco, MG.
Fig 5: Ensaio típico de intercomunicação subterrânea
Os resultados poderão ser utilizados como uma
ferramenta de apoio para estudos de viabilidade
física para implantação de projetos com alta
demanda hídrica, tais como de usinas termoelétri-
cas, em regiões semiáridas.
As regiões cársticas são as de maior complexidade
hidrogeológica e as mais vulneráveis a impactos
ambientais.
O CDTN participa da implantação e do início da
operação de uma rede de monitoramento piloto,
com monitoração sistemática e adequada da
quantidade e qualidade das águas subterrâneas,
estabelecendo uma metodologia para a proteção
de áreas cavernosas de origem cárstica. Este
projeto está sendo desenvolvido em parceria com
a UFMG, IGAM, e CECAV/ICMBio.
O CDTN realiza estudos com isótopos estáveis e
radioativos naturais nas águas e ensaios de
interconexão subterrânea na região cárstica (Fig 5).
Os resultados fornecem subsídios para a gestão
integrada e o uso racional dos recursos hídricos em
uma região de circulação rápida das águas subterrâneas,
sujeita à contaminação imediata e que se
reveste de suma importância para o abastecimento
da região norte da grande Belo Horizonte.
14
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Técnicas nucleares em águas subterrâneas
Angra dos Reis (RJ). Desde 2017 o CDTN com
apoio da Agência Internacional de Energia Atômica
(AIEA) e em associação com a Eletrobrás
Termonuclear se dedica a caracterização das
condições hidrogeológicas do sistema de águas
subterrâneas, locais e regionais, nas vizinhanças da
Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, no
município de Angra dos Reis (RJ).
O conhecimento da dinâmica de águas subterrâ-
neas antigas e modernas e a geração de dados
isotópicos e hidrogeológicos em bases temporais
permitiu o estabelecimento de um primeiro
modelo conceitual do fluxo de água subterrânea
que poderá, em um futuro próximo, permitir o
desenvolvimento de um modelo matemático para
a descrição e previsão de padrões de transporte de
contaminantes (Fig 6).
É importante a definição da direção provável de
transporte de água contaminada para uma eventual
liberação acidental ou fuga de líquidos radioativos
nas águas subterrâneas.
As águas de superfície e subterrâneas no entorno
das centrais nucleares (Fig 7) apresentam níveis de
trítio superiores aos valores ambientais regionais.
As maiores concentrações de trítio foram medidas
em piezômetros localizados nos sítios de Angra 1 e
2. Nas vizinhanças próximas às centrais, as concen-
trações variaram entre 14,03 e 3,53 UT. Um pouco
mais afastado, o range de concentração variou
entre 3,05 e 1,65 UT, indicando tratar-se de águas
muito jovens, com tempos de renovação não
superiores a 4-5 anos.
Fig 6: Modelo conceitual de
fluxo subterrâneo da região
das centrais nucleares de
Angra dos Reis/RJ
Fig 7: Pontos de
monitoramento
no sítio das centrais
nucleares e
vizinhanças
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
15

INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE
APLICAÇÃO DE TÉCNICAS NUCLEARES EM ÁGUAS DE SUPERFÍCIE
A identificação de seções de descarga no córrego impactos ambientais e sua contenção no estado
da Matinha, na bacia do rio Juatuba em MG, foi de Minas Gerais, o que inclui a transferência de
possível através do uso do traçador fluorescente tecnologia de análises de campo e laboratório para
rodamina WT e do radônio como um traçador os alunos do Instituto Federal do Norte de Minas
natural. Este estudo, financiado pela Fundação de (IFNMG), em Januária (MG), onde é realizada a
Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais maior parte das análises de sedimentos. Um dos
(FAPEMIG), permitiu verificar a inter-relação entre resultados já obtido foi a correlação entre a vazão
as águas de superfície e subterrâneas desta bacia. do rio e a carga de sedimentos transportada no ano
Como resultado, 4 seções de descarga foram hidrológico 2016-2017.
encontradas ao longo do córrego, permitindo um
Rio das Velhas. O CDTN investigou e avaliou a
avanço no processo da modelagem matemática
contribuição de alguns afluentes da margem
deste fenômeno.
direita do alto rio das Velhas, influentes para a
O Projeto Sustentabilidade da bacia do Rio principal captação de água da Região
Pandeiros, região norte de Minas Gerais, coordena- Metropolitana de Belo Horizonte (MG). Foi feita
do pelo CDTN, tem por objetivo compreender as uma avaliação comparativa de diferentes métodos
principais causas da erosão, para que medidas para medidas de vazão, e avaliados alguns parâcorretivas
e preventivas sejam tomadas no sentido metros físico químicos das águas. Verificou-se que
de contenção e recuperação ambiental da bacia o Córrego Santo Antônio, que representa apenas
A tarefa é de grande relevância, entre outros 2,38% da área da bacia da Estação de Tratamento
motivos, pelo local ser uma Área de Proteção de Águas (ETA) Bela Fama, chega a contribuir com
Ambiental – APA. As atividades são executadas em 7,43% da vazão total da ETA.
parceria com o Instituto de Geociências da UFMG Em Rio Acima (MG), os trabalhos tiveram o apoio da
com financiamento da FAPEMIG. Outro foco Secretaria Municipal de Meio Ambiente do municíimportante
deste estudo é a formação e desenvol- pio. As imagens abaixo apresentam alguns do
vimento de recursos humanos com capacidade trabalho de campo.
técnica e científica para lidar com problemas de
Trabalho de campo: monitoração ambiental em bacias hidrográficas
16 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE
IMPACTOS AMBIENTAIS RADIOLÓGICOS EM SOLOS E SEDIMENTOS
O CDTN avaliou a qualidade dos sedimentos no solução para o descarte de DSRS no Brasil, o CDTN
entorno da mina de urânio do município de Caldas vem desenvolvendo metodologias para análise de
(MG) com o objetivo de verificar se sedimentos segurança radiológica de repositórios tipo "borefluviais
foram impactados por efluentes oriundos hole". O conceito BOSS, (Borehole Disposal of
da mina. As determinações analíticas foram feitas Disused Sealed Sources) desenvolvido pela
por espectrometria gama e por Ativação NECSA (Nuclear Energy Corporation of South
Neutrônica (AAN), método k 0. Os resultados Africa), foi avaliado pelo CDTN em termos de sua
indicaram que os efluentes foram responsáveis viabilidade para a realidade brasileira, incluindo
por um incremento nas concentrações de As, B, Ba, inventário, segurança e considerações legais.
Mn, Mo, Pb, Zn,
238U, 226Ra, 210Pb e
228Ra (Fig 1). Dentre outros resultados, concluiu-se que no que
diz respeito ao arcabouço regulatório brasileiro, é
necessária uma regulamentação mais específica
Consulta Soberbo Taquari
Consulta Soberbo Taquari
10000
com o objetivo de fornecer requisitos de segurança
para um processo de licenciamento aplicável ao
Efluente 238
Efluente
U (Bq/kg)
228
Efluente Ra (Bq/kg)
1000
1000 Efluente
100
descarte de outras classes de resíduos (por
10000
210
exemplo, LILW, Low and intermediate level waste,
Efluente Pb (Bq/kg)
Efluente
1000
100
de vida longa).
100
10000
1000
100
A1-2
Efluente
A1-75
A1-76
Legenda
A1-1
A2-9
Máximo
Mediana
Mínimo
A2-25
Efluente
A2-71
A4-2
Estação
A3-5
226
Ra (Bq/kg)
A3-1
A4-3
A4-400
1000
100
LEL (Bq/kg): Lowest Effect Level
(THOMPSON et al, 2005).
SEL (Bq/kg): Severe Effect Level
(THOMPSON e tal, 2005).
Efluente ou
descarga
fluvial
A escala e as características do inventário brasileiro
de fontes radioativas seladas fora de uso ou
disused sealed radioactive sources (DSRS), tornam
sua eliminação um desafio (Fig 2). Na busca de uma
A1-2
A1-75
Efluente
A1-76
A1-1
A2-9
Efluente
A2-25
A2-71
A4-2
Estação
A3-5
232
Th (Bq/kg)
Fig 1: Concentração de radionuclídeos nos
sedimentos (mg/kg)
A3-1
A4-3
A4-400
Os Valores de Referência de Qualidade (VRQs)
refletem as concentrações naturais de contaminantes
em solos sem interferência antrópica e
devem ser estabelecidos regionalmente. Foi tema
de tese no CDTN o estudo das características de
distribuição de radionuclídeos (U e Th), elementos
traços e terras raras em amostras de solo do
Estado de Minas Gerais (Fig 3).
O desenvolvimento da pesquisa mapeou, avaliou e
determinou os seguintes VRQs para os solos do
estado de Minas Gerais:
238
U
226
Ra
210
Pb
232
Th
228
Ra
47,1 (Bq /kg) 67,1 (Bq /kg) 77,9 (Bq /kg) 99,6 (Bq /kg) 93,8 (Bq /kg)
Fig 2: Doses máximas estimadas considerando a
instalação do repositório em área de taxa de
fluxo alto para o inventário brasileiro
Fig 3: Distribuição de radionuclídeos
em solos de Minas Gerais
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
17

INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE
IMPACTOS AMBIENTAIS RADIOLÓGICOS NO AR
escolhida principalmente pelo alto fluxo de
veículos. Essa avenida é um dos principais acessos
para a região da Pampulha, área de grande circula-
ção da cidade, e passou recentemente por obras
de duplicação e implantação de pistas exclusivas
para ônibus de transporte coletivo. Foi realizado o
monitoramento na avenida Antônio Carlos, a fim de
coletar o PM10 presente no ar. A caracterização do
PM10 ocorreu com o uso da técnica de difração de
raios X, uma das principais ferramentas de caracte-
rização mineralógica, devido à sua simplicidade,
rapidez e confiabilidade dos resultados obtidos.
Belo Horizonte (MG) é a sexta cidade mais populosa
do Brasil, possui a terceira maior frota de veículos
e está próxima de grandes reservas mineralógicas,
como o Quadrilátero Ferrífero. Esses fatores,
aliados ao crescimento industrial e à construção
civil, levantam questões em relação à qualidade do
ar ambiente. Um contaminante historicamente
problemático é o material particulado (MP), que é
uma mistura de partículas sólidas e líquidas em
suspensão que geram danos ambientais e a saúde
humana. Essas partículas podem causar desde
uma simples infecção até a morte, sendo sua
dimensão um fator fundamental para avaliar o
impacto ambiental. Neste contexto, uma pesquisa
investigou a qualidade do ar devido ao PM10
(partículas menores que 10 mícrons)
O primeiro estudo avaliou a qualidade do ar na
Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH)
utilizando a técnica de análise por ativação neutrônica,
método K 0, das concentrações do material
particulado amostrado em pontos críticos de Belo
Horizonte. Os resultados foram interpretados
através de técnicas estatísticas dos valores das
concentrações elementares mais representativas
das amostragens realizadas. Os resultados apontaram
as emissões veiculares como a principal
fonte de material particulado transportado pelo ar,
seguido pela suspensão da poeira do solo.
O segundo estudo avaliou a qualidade do ar na
avenida Presidente Antônio Carlos, Belo Horizonte,
Os minerais detectados pela análise foram avalia-
dos quanto à sua possível origem, gerando infor-
mações para a avaliação de fontes emissoras de
Pm10, fundamentais para o gerenciamento da
qualidade do ar no município. O objetivo principal
do sistema de informações geográficas aplicadas
ao licenciamento das instalações do setor nuclear,
desenvolvido no CDTN, é contribuir para agilizar a
execução das etapas envolvidas no processo de
licenciamento, tais como estruturação e execução
de estudos ambientais, planejamento de ativida-
des de monitoramento ambiental, etc.
O Relatório de Local (RL) é o estudo que abrange
todos todos aspectos ambientais envolvidos nos
processos de licenciamento nuclear, constituindo-
se num instrumento essencial para aprovações e
renovações de licenças do CDTN.
Equipamentos usados na análise da qualidade do ar
18 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Artigos
LOPEZ, A.D.E.; MOREIRA, R.M.; MONTEIRO, R.P.G.; SANTOS, A.A.R.; JURI AYUB, J.A.; VALLADARES, D.L. Wet deposition
and soil content of Beryllium - 7 in a micro-watershed of Minas Gerais (Brazil). Journal of Environmental Radioactivity,
v. 169-170, p. 56-63, 2017
FERREIRA, V.V.M.; MOREIRA, R.M.; ROCHA, Z.; CHAGAS, C.J.; FONSECA, R.L.M.; SANTOS, T.O.; RODRIGUES, P.C.H.;
MENEZES, M.A.B.C. Use of Radon Isotopes, Gamma Radiation and Dye Tracers to Study Water Interactions in a Small
Stream in Brazil. Environmental Earth Sciences, v. 77, p. 699, 2018
CARVALHO FILHO, C.A.; MOREIRA, R.M.; BRANCO, O.E.A.; DUTRA, P.H.; SANTOS, E.A.; MOURA, I.F.S.; FLEMING, P.M.;
PALMIERI, H.E.L. Combined hydrochemical, isotopic, and multivariate statistics techniques to assess the effects of
discharges from a uranium mine on water quality in neighboring streams. Environmental Earth Sciences, v. 76, p. 830,
2017
CARVALHO FILHO, C.A.; MOREIRA, R.M.; GUIMARÃES, B.F.; FERREIRA, V.V.M.; AULER, L.M.L.A.; PALMIERI, H.E.L.;
OLIVEIRA, A.F.; DUTRA, P.H. Hydrochemical assessment of surface water in watersheds near the Uranium Mining and
Milling Facilities of Caldas, Brazil. Environmental Earth Sciences, v. 75, p. 1-14, 2016
FERREIRA, V.V.M.; FONSECA, R.L.M.; ROCHA, Z.; OLIVEIRA, A.L.; MOREIRA, R.M.; LEMOS, N.C.; CHAGAS, C.J.; MENEZES,
M.A.B.C.; SANTOS, T.O. Use of radon as water tracer at Juatuba basin. Journal of Geography and Geology, v. 7, p. 49-60,
2015
FERREIRA, V. V. M.; OLIVEIRA, A.L.; FONSECA, R.L.M.; OLIVEIRA, N.M.G.; ALBUQUERQUE, R.O.; CARVALHO FILHO, C.A.;
AULER, L.M.L.A. Assessment of Fluvial Sediments at Serra Azul Stream, Minas Gerais- Brazil. Journal of Geography,
Environment and Earth Science International, v. 2, p. 95-109, 2015
PEIXOTO, C. M.; RODRIGUES, P. C. H.; CARVALHO FILHO, C. A.; FELICIANO, V. M. D. Distribuição das Concentrações de
atividade de U-238 e Th-230 em amostras de Solo do Estado de Minas Gerais. Brazilian Journal of Radiation Sciences,
v. 4, p. 1, 2016
AGUIAR, L.; SCHENATO, F.; COTA, S.; CARVALHO FILHO, C.; GHARBIEH, H.; FERREIRA, E.; PRATES, S.; VICENTE, R. ;
PEREIRA, I.; MARUMO, J.; RODRIGUES, P.; RIOS, F.; HIROMOTO, G. Borehole Disposal Concept of DSRS in Brazil. Atomic
Energy Agency (IAEA). IAEA-CN—242, Reference Number48060849, INIS Volume48, INIS Issue 29, Vienna, 2016
FERREIRA, V.V.M.; CHAGAS, C.J.; MOREIRA, R.M.; ROCHA, Z.; SANTOS, T.O.; FONSECA, R.L.M. Investigation of the
activity of Rn-222 along a small stream in the Representative Basin of Juatuba – MG. Revista Brasileira de Recursos
Hídricos, v. 23, 2018
FERREIRA, V.V.M.; CHAGAS, C.J.; MOREIRA, R.M.; FONSECA, R.L.M.; SANTOS, T.O.; ROCHA, Z.; LEMOS, N.C.; FONSECA,
E.S.; MENEZES, M.A.B.C. Uso de traçadores naturais e fluorescentes para identificação de seções de descarga na
Bacia de Juatuba. Águas Subterrâneas, v. 30, p. 79-98, 2016
COTA, S.D.S.; HIROMOTO, G.; GHARBIEH, H.K.; SILVA, A.F.P. Preliminary post-closure safety assessment for a borehole-type
repository for disused sealed radioactive sources in Brazil. Progress in Nuclear Energy, v. 103, p. 74-80, 2018
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
19

Produção científica e tecnológica
Dissertações e teses
NIVIA LOPES DOS SANTOS. Estudo comparativo de diferentes métodos para medidas de vazão, no município de Rio
Acima, em sub-bacias do sistema Rio das Velhas – MG, 2018. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
VINÍCIUS GONÇALVES FERREIRA. Uso de Isótopos estáveis na definição da interação entre duas bacias hidrográficas
vizinhas, 2018. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
VIVIANE CRISTINA VIEIRA DA CUNHA. Avaliação da Interação Águas Subterrâneas e Superficiais nas Sub Bacias dos
Rios das Ondas e Estiva, Sistema Aquífero Urucuia, 2017. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
LORRAYNE SILVA. Aplicação de sistemas de apoio à decisão na avaliação de disponibilidade hídrica subterrânea em
regiões semiáridas, 2017. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
ALINE FABIANE GONÇALVES DE OLIVEIRA. Geoprocessamento semi automatizado aplicado ao licenciamento de
instalações do setor nuclear, 2017. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
CLÁUDIO JOSÉ CHAGAS. O uso do radônio como traçador para identificação de descarga de aquíferos ao longo do
córrego da Matinha, MG, 2017. Mestrado, Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG.
RAFAEL COLOMBO PIMENTA. Utilização de Traçadores em Estudos Hidrogeológicos, 2016. Mestrado, PPG-
CDTN/CNEN
ANA CAROLINA DA COSTA FULGÊNCIO. Análise de 13C em águas por espectrometria de massas de razão isotópica,
2016. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
IGOR FELIPE SILVA MOURA. Avaliação de MP10 na Região Metropolitana de Belo Horizonte, 2016. Mestrado, PPG-
CDTN/CNEN
PRISCILA EMERENCIANA DA SILVA. Avaliação da qualidade dos sedimentos do entorno na mina de urânio de Caldas,
2016, Mestrado, Engenharia Ambiental-UFOP
RAQUEL PAZZINI SCARPELLI DE AGUIAR. Uso de isotopólogos como traçadores naturais de águas subterrâneas:
aplicação à bacia do córrego engenho nogueira, campus UFMG, 2015. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
RAQUEL LUIZA MAGESTE FONSECA. Desenvolvimento de um traçador ativável de nanoesferas para utilização na
indústria e meio ambiente, 2015. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
GIOVANNA MARIA GARDINI LINHARES. Modelagem conceitual de fluxo dos sistemas aquíferos da bacia hidrográfica
do ribeirão jequitibá, sete lagoas/mg, através da utilização de técnicas isotópicas, 2015. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
JANCLER ADRIANO PEREIRA NICÁCIO. Aplicação de traçadores na detecção de mecanismos de dano em refinarias
de petróleo, 2016. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
ALEXANDER DARIO ESQUIVEL LÓPEZ. Determinação de parâmetros para a modelagem do transporte de solo em
bacia fluvial de pequeno porte utilizando técnicas nucleares (7Be), 2017. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
RICARDO GOMES PASSOS Estudos e modelagem do comportamento hidrodinâmico de lagoas de polimento, 2018.
Doutorado, SMARH/ UFMG
CLÁUDIA MARQUES PEIXOTO. Estudo da distribuição dos teores naturais de terras raras e radionuclídeos nos solos
do estado de Minas Gerais, 2018. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
20
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE
REJEITOS RADIOATIVOS
O CDTN tem longa tradição em Pesquisa e Desenvolvimento na área de tratamento e deposição
de rejeitos radioativos, visando contribuir para o desenvolvimento e adaptação de processos,
técnicas, metodologias e produtos inovadores.
Tratamento. Estudos de secagem de rejeitos
radioativos da operação de reatores foram feitos
com o objetivo de reduzir o volume final a ser
solidificado. Desta forma foi comprovado o processo
de tratamento de rejeitos de PWR por secagem,
seguida pela cimentação, como rota para aumentar
a incorporação destes rejeitos por embalagem,
reduzindo a quantidade a ser armazenada nos
depósitos iniciais e final (repositório), dentro dos
requisitos exigidos pelas normas da CNEN (Fig 1).
Na área nuclear, os geopolímeros estão sendo
testados para imobilizar rejeitos radioativos
líquidos e sólidos.
Deposição. Para dar suporte ao repositório
nacional de rejeitos radioativos a ser implantado
pelo projeto RBMN, foram testados materiais a
serem usados nas diversas barreiras de engenharia
e naturais da instalação, bem como processos
para o condicionamento dos rejeitos que serão
armazenados.
a
b
Rejeito
Radioativo
Embalado
Barreiras de engenharia
c
Contêineres
de concreto
Célula de
concreto
Barreiras
naturais
Ambiente
Público
Barreiras de retenção de radionuclídeos em um
repositório próximo à superfície
Fig 1: (a) Rejeito Seco (b) Rejeito Seco Cimentado e
(c) Imagem do MEV do produto
cimentado mostrando a etringita formada
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
21

Rejeitos radioativos
a
b c d
Fig 2: (a) Rejeito betuminizado; (b, c, d) Rejeito betuminizado encapsulado em argamassa
Foram definidas argamassas
para o acondicionamento de
rejeitos radioativos betuminizados,
como os gerados em Angra
2, de modo que o produto final
atenda aos critérios de aceitação
para a deposição em repositórios
de superfície (Fig 2).
Para a caracterização de materiais
(argilas e solos) que serão
usados como barreiras naturais
nas camadas inferiores, superiores
e de recheio do repositório foi
desenvolvido um protocolo
definindo os ensaios a serem
realizados e os valores de
referência, usando uma bentonita
brasileira que se mostrou
adequada como padrão para
este objetivo (Fig 3).
Vermiculita e misturas de solo e
bentonita estão sendo testados
para a otimização deste protocolo.
Os primeiros resultados
indicaram a necessidade de
revisão do protocolo, acrescentando
ou adaptando os procedimentos
para que fosse possível
abranger outros materiais
naturais (Fig 4).
a b c
10 µm Signal A = NTS BSD Aperture Size = 60.00 µm 14 Dec 2015 CDTN/CNEN
EHT = 10.00 kV Mag = 2.00 KX WD = 8.2 mm Centro de Desenvolvimento
da Tecnologia Nuclear
Fig 3: (a) Bentonita brasileira; (b) Estrutura da bentonita por MEV;
(c) Ensaio de compactação da bentonita
a b c
100 µm Signal A = SE2 Aperture Size = 30.00 µm 9 May 2015 CDTN/CNEN
EHT = 5.00 kV Mag = 250 X WD = 6.6 mm Centro de Desenvolvimento
da Tecnologia Nuclear
Fig 4: (a) Vermiculita expandida; (b) Estrutura da vermiculita
expandida por MEV; (c) Solo do CDTN
22
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Rejeitos radioativos
Fig 5: Exemplo de contêiner de concreto usado para acondicionar rejeitos radioativos – Eslováquia. (Fonte: Hudoba, 2007)
No Brasil, atualmente os rejeitos radioativos
tratados estão acondicionados em diferentes
embalagens, gerando embalados (rejeito e
embalagem) com formas e tamanhos variados, o
que provocará dificuldades para a operacionalidade
durante sua deposição. Para solucionar esta
questão é prevista a fabricação de um contêiner de
concreto para acondicionar estes embalados, uma
vez que, a partir de um contêiner padronizado,
construído de acordo com requisitos técnicos e de
segurança radiológica, a forma de manuseio, os
equipamentos e o transporte também serão
padronizados, reduzindo dificuldades e riscos de
operação (Fig 5). Ademais, este contêiner poderá
ser utilizado como termo fonte, permitindo o
cálculo de inventário de radionuclídeos de forma
mais precisa, melhorando a avaliação da análise de
segurança, bem como o controle dos embalados
dentro do repositório.
Para definir as especificações deste contêiner
(tamanho, espessura de paredes, material, ativida-
de máxima de superfície), foram selecionados dois
traços de concreto usando aditivos químicos e
fibras metálicas, que estão sendo testados. Os
concretos com melhor desempenho serão usados
para fabricar os protótipos a serem submetidos a
ensaios normalizados, de modo a atender aos
requisitos para deposição no repositório nacional,
otimizando o custo e a eficiência volumétrica de
armazenamento.
Finalmente, foi feito um estudo do critério de
resistência à lixiviação para a aceitação de rejeitos
radioativos de baixo e médio nível para deposição.-
Neste estudo foram avaliados dois procedimentos
para o ensaio de lixiviação, um de curta e outro de
longa duração, variando-se também o tamanho da
amostra a ser lixiviada, usando césio e chumbo
inativos como traçadores.
Concluiu-se que o ensaio de curta duração pode
ser extrapolado para estimar a liberação dos
radionuclídeos testados (Fig 6).
Fig 6: Amostras e ensaios de lixiviação
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
23

Produção científica e tecnológica
Artigos
CALABRIA, J.A.A.; COTA, S.D.S.; MORAIS, G.F.; LADEIRA, A.C.Q. Impact of alkaline alterations to a Brazilian soil on
cesium retention under low temperature conditions. Journal of Environmental Radioactivity, v. 178-179, p. 95-100, 2017
VIEIRA, V.M.; TELLO, C.C.O. Study of chemical additives in the cementation of radioactive waste of PWR reactors.
Universal Journal of Chemistry, v. 4, p. 1-9, 2016
VIEIRA, V.M.; TELLO, C.C.O. Evaluation of the properties of cement pastes and mortars used in the encapsulation of
bituminized waste to be disposed in a near-surface repository. Journal of Environmental Science and Engineering B, v.
5, p. 541-548, 2016
CALABRIA, J.A.A.; COTA, S.D.S; LADEIRA, A.C.Q. Impact of an alkaline solution on the chemistry, mineralogy and
sorption properties of a typic rhodudult soil from Minas Gerais State, Brazil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 41,
p. 1-12, 2017
Dissertações e teses
ISABEL SOFIA RAMOS FERNANDES DA SILVA LOPES. Estudo do critério resistência à lixiviação para a aceitação de
rejeitos radioativos de baixo e médio nível para deposição, 2018. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
DAISY MARY MARCHEZINI DOS SANTOS. Elaboração de protocolo para caracterização de argilas como material de
recheio e de cobertura para repositório de superfície, 2017. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
RODRIGO ARGOLO TOSCANO. Proposição de processo de tratamento de resina e concentrado de evaporador
provenientes de usinas nucleares para o armazenamento em repositório de superfície, 2017. Mestrado, PPG-
CDTN/CNEN
VANESSA MOTA VIEIRA. Estudos de encapsulamento de rejeito radioativo betuminizado para armazenamento em
repositório de superfície, 2017. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
MARIA JUDITE AFONSO HAUCZ. Avaliação da reprodutibilidade de pastas de cimento, confeccionadas no laboratório
e no sistema de cimentação de rejeitos radioativos do CDTN, 2015. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
JAQUELINE ALVES DE ALMEIDA CALÁBRIA. Propriedades De Solos Alterados Por Solução Alcalina Contribuição Na
Avaliação De Desempenho De Repositórios, 2015. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
24
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

INDÚSTRIA E MEIO AMBIENTE
QUÍMICA E RADIOQUÍMICA
O CDTN pesquisa e desenvolve novas metodologias de análises químicas e radioquímicas envolvendo
técnicas nucleares e não nucleares para determinar elementos químicos, isótopos e radionuclídeos em
matrizes diversas em atendimento a indústria nuclear e de mineração, órgãos ambientais, instituições
públicas e privadas.
Visando a implantação e otimização de metodologia
de análise radioquímica para a determinação
de radionuclídeos difíceis de medir (RDM), devido a
sua baixa concentração é de grande importância
para o gerenciamento de rejeitos radioativos.
O CDTN vem desenvolvendo um extenso trabalho
nos últimos anos, tendo estabelecidos protocolos
analíticos para a determinação dos radionuclídeos,
14 90 235 238 238 239 240 241 242
³H, C, Sr, U, U, Pu, Pu, Pu, Pu, Pu,
241Am, 242Cm e
243Cm em amostras de rejeitos de
baixo e médio níveis de atividade gerados por
usinas núcleo elétricas. Mais recentemente, está
ampliando esta lista por meio do desenvolvimento
de metodologias para a determinação de
59Ni, 63Ni,
99Tc e
94Nb e
93Zr.
no estado de Minas Gerais. No passado, essas
nascentes de águas desempenharam um papel
As concentrações em amostras de rejeitos radioa- essencial e estratégico no fornecimento de água
tivos são geralmente várias ordens de grandeza potável para esses municípios. Até hoje, a água é
mais baixas do que outros emissores interferentes utilizada pela população local e turistas que
β-γ. Os protocolos desenvolvidos envolveram a acreditam em sua qualidade. Um total de 44
separação radioquímica realizada por cromatogra- amostras de águas de nascentes e 4 amostras de
fia de troca aniônica e/ou cromatografia de poços artesianos foram coletadas em diferentes
extração, utilizando resinas extrativas de Ni e TEVA municípios do QF, nos períodos chuvoso e seco,
94
para o Nb. Uma vez separados os isótopos foram março e agosto de 2015, respectivamente.
determinados por contagem de cintilação líquida
Foram avaliados 38 parâmetros físico-químicos
(LSC), se emissores beta, e por espectrometria
nessas amostras de água incluindo os íons maiogama,
se emissores gama (Fig 1).
res, menores, elementos traços e elementos terras
Para a separação do
99Tc foi desenvolvida uma raras bem como os coliformes termotolerantes. Os
metodologia baseada na separação e purificação valores do pH das águas subterrâneas na área de
do tecnécio, na qual o rênio foi utilizado como
monitor de rendimento.
93
A separação do Zr devido à sua baixa atividade
em rejeitos nucleares e também porque padrões
certificados não são disponíveis, exigiu duas
diferentes metodologias; a extração líquidolíquido
e a extração de volta associadas a resinas
extrativas TRU e TEVA. A determinação do
93Zr foi
realizada pelas técnicas de LSC e ICP-MS.
Quadrilátero Ferrífero (QF). Foi tema de tese no
CDTN a caracterização hidroquímica e a avaliação
da qualidade das águas de nascentes, espalhados
por municípios da região do Quadrilátero Ferrífero
94
Fig 1: Espectro gama do Nb em amostra de resina
Fig 2: Chafariz Kaquende (Sabará)
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
25

Química e Rádioquímica
estudo variaram de 3,8 a 7,0, indicando a natureza analisadas e otimizar a aplicação do método k 0.
ácida da maioria das amostras das águas de Para isso foi estabelecida uma metodologia nova
nascentes. Nestas amostras, Ca2+ e Na+ foram os de análise em parceria com pesquisador do
principais cátions e HCO3- e NO3-, os ânions Instituto Jozef Stefan, Eslovênia. O usual em
dominantes. Como esperado, os elementos traços ativação neutrônica é analisar amostras com cerca
apresentaram as seguintes concentrações de 200 mg o que simplifica a análise e os cálculos,
decrescentes: Fe> Ba> Al> Mn> Zn> Ni, uma vez entretanto, utilizar amostras acima de 500 mg, que
que a região do QF é abundante em minerais de é considerada grande, é uma vantagem pois
ferro, alumínio e manganês. As relações químicas viabiliza a análise de mais elementos químicos
no diagrama de Piper identificaram águas bicarbo- uma vez que há a diminuição dos limites de
natadas mistas, bicarbonatadas magnesianas e detecção. Além disso, o tempo de irradiação é
bicarbonatadas sódicas como os tipos de águas menor e evita o uso de várias subamostras. Este
mais dominantes. Os dados do diagrama de Gibbs novo procedimento foi aplicado em diversos
da área de estudo indicaram que a composição estudos analisando suplementos alimentares,
química da maioria das águas destas nascentes é medicamentos, fios de cabelo, plantas, alimentos
controlada principalmente pela dominância da refinados e integrais, solos e sedimentos.
precipitação.
O desempenho do método k 0 foi avaliado diversas
De acordo com a classificação do CONAMA vezes em programas de intercomparação de
396/2008, 60% das amostras foi enquadrada resultados organizados pela Agência Internacional
como classe 1, 20% como classe 2 e 20%, como de de Energia Atômica (IAEA). Os resultados indicaclasse
4, sendo que 53,85% destas águas se ram que o Laboratório de Ativação Neutrônica
encontram dentro dos limites estabelecidos para (LAN) está aplicando o método adequadamente
consumo humano. Entretanto, o percentual de gerando resultados confiáveis. Também no setor
nascentes (46,15%) com águas impróprias para de radioquímica, foi projetado e construído, um
consumo humano, é o reflexo de uma série de sistema trocador de amostras integrado com o
impactos ambientais que vem ocorrendo na região sistema de contagem para análises por ativação
do Quadrilátero Ferrífero (Fig 3). Um decréscimo do neurônica (Fig 4). De acordo com o programado, as
número de nascentes, ou uma diminuição da amostras são colocadas automaticamente no
quantidade de água, bem como alterações na sua detector na sequencia pré-determinada e tem seu
química, frequentemente indica mudanças espectro de energia armazenado em um compugeológicas
no meio ambiente. Esta constatação é tador (PC) pelo software Genie 2000, para posterior
um alerta quanto à necessidade de implementa- análise. Além de evitar a exposição do operador à
ção de medidas adequadas de proteção às radiação, tal sistema permite a operação ininternascentes
do QF-Minas Gerais.
rupta da análise por ativação neutrônica (AAN), da
Em ativação neutronica, os estudos desenvolvidos etapa de espectrometria gama, otimizando o
no CDTN visaram ampliar os tipos de matrizes tempo.
46,15%
53,85%
Águas impróprias para
consumo humano
Consumo humano
60
CDTN - Relatório de Gestão 2015 - 2018
Fig 3: Qualidade das águas de nascentes no QF
Fig 4: Sistema de trocador de amostras - LAN
26 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Artigos
DUTRA NETO, A.; MENEZES, M.A.B.C.; PELAES, A.C.O.; JACIMOVIC, R. Automatic sample changer for neutron activation
analysis at CDTN, Brazil. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, v. 1, p. 1-6, 2018
DUTRA NETO, A.; MENEZES, M.A.B.C. Sample Changer: for better Neutron Activation Analysis efficiency at
CDTN/CNEN, Brazil. Development of an Integrated Approach to Routine Automation of Neutron Activation Analysis.
Results of a Coordinated Research Project. Annex II: Country Reports. Vienna: IAEA-TEC-DOC 1839, p. 36-48, 2018
MENEZES, M.A.B.C.; JACIMOVIC, R.; RIBEIRO, L. Contribution of analytical nuclear techniques in the reconstruction of
the Brazilian prehistory analyzing archaeological ceramics of Tupiguarani Tradition. IAEA-TEC-DOC 1838, p. 4-22, 2018
SALLES, P. M.B.; MENEZES, M.A.B.C.; SATHLER, M.M.; MOURA, R.R.; CAMPOS, T.P.R. “Elemental composition of dietary
supplements most consumed in Belo Horizonte, Brazil, analysed by k0-INAA”. Journal of Radioanalytical and Nuclear
Chemistry, v. 308, p. 1-5, 2017
MENEZES, M.A.B.C.; PELAES, A.C.O.; SALLES, P.M.B.; SILVA, W.F.; MOURA, R.R.; MOURA, I.F.S.; JACIMOVIC, R. Neutron
Activation Technique: A Reliable Tool to Determine the Mineral Composition in Agro-Industrial Products. Radiation
and Applications, v. 2, p. 124-128, 2017
JACIMOVIC, R.; MENEZES, M.A.B.C.; KENNEDY, G.; VERMAERCKE, P. Losses of Cr content in plant samples using
digestion procedures with acids. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, v. 1, p. 1-4, 2017
SILVEIRA, J. N.; MENEZES, M.A.B.C.; LARA, P.C.P.; BEINNER, M.A.; SILVA, J.B.B. Determination of Al, Ca, Cl, Cr, K, Mg, Sb
and Ti in industrialized and formulated antihypertensive drugs using Neutron Activation Analysis. Journal of Pharmacy
and Biological Sciences, v. 10, p. 40-45, 2015
SALLES, P.M.B.; MENEZES, M.A.B.C.; JACIMOVIC, R.; CAMPOS, T.P.R. Inorganic elements in sugar samples consumed
in several countries. Jornal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, v. 306, p. 1-9, 2015
MENEZES, M.A.B.C.; JACIMOVIC, R.; PEREIRA, C. Spatial distribution of neutron flux in geological larger sample
analysis at CDTN/CNEN, Brazil. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, v. 306, p. 611-616, 2015
TEMBA, E.S.C.; REIS JR., A.S.; KASTNER, G.F.; MONTEIRO, R.P.G.; MOREIRA, R.M. Separation and determination of the
difficult-to-measureradionuclide 99Tc in radioactive wastes from nuclear power plants by using extraction chromatography
and radiometric techniques, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, v. 307, p. 1453-1458, 2016
TEMBA, E.S.C.; KASTNER, G.F.; REIS JR., A.S.; MONTEIRO, R.P.G.; MOREIRA, R.M. Determination of 94Nb in radioactive
wastes using extraction chromatography and gamma spectrometry, Journal of Radioanalytical and Nuclear
Chemistry, v. 311, p. 1627-1631, 2017
OLIVEIRA, T.C.; MONTEIRO, R.P.G.; REIS JÚNIOR, A.S.; KASTNER, G.F.; OLIVEIRA A.H. Determination of 93Zr in radioactive
waste from nuclear power plants using Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, Brazilian Journal of
Radiation Science, v. 06-01, p. 01-15, 2018
FERREIRA, C.A.; PALMIERI, H.E.L.; MENEZES, M. A. B. C.; AULER, L.M.L.A. Hydrochemical Assessment of Spring Waters
from Iron Quadrangle Region, Minas Gerais, Brazil. American Journal of Water Resources, v. 5, p. 29-40, 2017
Dissertações e teses
DÉBORAH RAQUEL GOMES TEIXEIRA DE MELO. Avaliação da Concentração Elementar em Liquens como
Biomonitores de Poluição Atmosférica em um Centro de Pesquisa, 2018. Mestrado, Departamento de Engenharia
Nuclear-UFMG.
ANA CLARA OLIVEIRA PELAES. Avaliação da incerteza da medição em amostras geológicas analisadas pelo método
k0 de ativação neutrônica, 2018. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
MÁRCIA MAIA SATHLER. Avaliação da composição elementar de alimentos integrais e refinados por meio do método
k0 de ativação neutrônica aplicado a amostras grandes, 2018. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
ANDRÉ CAVALCANTI CARNEIRO. Estudo de recipientes de acondicionamento de amostras para uso na análise de
Ra-226 por espectrometria gama, 2015. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
PAULA MARIA BORGES DE SALLES. Suplementos alimentares: Avaliação multielementar e influência do consumo
por praticantes de atividade física, 2017. Doutorado, Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
ELIANE SILVIA CODO TEMBA. Separação e determinação radiométrica dos radionuclídeos 59Ni, 63Ni, 55Fe, 99Tc e
94Nb em rejeitos radioativos de baixa e média atividades provenientes de centrais nucleares do tipo PWR, 2016.
Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
27

Instalação única e pioneira em Minas Gerais, o
Reator Triga IPR-R1 é utilizado para treinamento,
pesquisas e produção de radioisótopos. Foi
adquirido pelo governo do Estado de Minas Gerais
em 1960, após a formação do Instituto de
Pesquisas Radioativas – IPR, hoje CDTN.
28
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

TECNOLOGIA
DE REATORES
Na área de Tecnologia de Reatores
s ã o r e a l i z a d a s a t i v i d a d e s d e
p e s q u i s a , d e s e n v o l v i m e n t o e
inovação em geração nucleoelétrica
e modelagem de combustíveis
avançados, segurança de instalações
nucleares e termohidráulica teórica e
experimental de reatores nucleares e
de pesquisa.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
29

TECNOLOGIA DE REATORES
GERAÇÃO NUCLEOELÉTRICA E MODELAGEM DE
COMBUSTÍVEIS AVANÇADOS
É de grande relevância estabelecer uma visão de
futuro da geração nucleoelétrica no Brasil e no
mundo, de modo a antecipar as demandas de
pesquisa, desenvolvimento e inovação do setor, no
curto (2017-2020), médio (2020-2030) e longo
prazo (2030-2050).
Para isso, utiliza-se a metodologia de cenarização
do setor (Fig 1), a partir de informações de publicações
oficiais e mais recentes, tais como da U.S.
Energy Information Administration (EIA/DOE), da
International Energy Agency (IEA), da Nuclear
Energy Agency (OECD/IEA/NEA), das empresas
do setor nuclear nacional e publicações específicas
dos temas de maior interesse.
Assim, os códigos de projeto da vareta combustí-
vel do Acordo Nuclear Brasil-Alemanha (CARO e
SPAN) estão sendo atualizados para a
próxima geração de combustíveis de
alta queima, que tem por base os
venenos queimáveis.
As operadoras de centrais nucleares demandam
elementos combustíveis e gerenciamento do
núcleo dos reatores que garantam uma produção
de eletricidade segura, flexível e econômica, já que
Siting
Technology
Portfólio de Tecnologias de Geração
III+ disponíveis para escolha da nova
geração de usinas brasileiras
Roadmap
2014 - 2015 2016 2017 2018 - 2019
NUCLEAR
POTENCIAL
ATLAS
RFI
Request for
Information.
Request as
per IAEA
and NEI guides
Additional data
with technical
details
Feasibility
Soc-Eco
Impacts
Site Selection
Which Sites will be
studied in detail
PPE
Plant Paramenter
Envelope
Site Data
Levantamento
de campo
Outros dados
Licensing
Start
Vendor Qualification
Brazilian Utility Requirement
BUR
BUSINESS
MODEL
Ações chave
REATORES NUCLEARES GERAÇÃO III+
ESP
Early Site Permit.
Environmental
and Nuclear site
licensing
independent
of vendor
PPA
Power Purchase
Agreement.
Definition and
Decision to Build
AUCTION
Sistemas Segurança Passiva / Vida ùtil: 60 anos /
Construção Modular /Ciclos mais longos
PWR ~ 1.000MW
WESTINGHOUSE/TOSHIBA
AP 1000
AREVA/MITSUBISHI
ATMEA 1
ROSENERGOATOM
VVER 1200
CNNC
ACP 1000
Fig 2: Portfólio de Tecnologias de Geração III+
GERAÇÃO ELÉTRICA BRASIL
CENÁRIO DE POLÍTICAS CORRENTES 2016-2040
SITUAÇÃO DA GERAÇÃO ELÉTRICA - 2016
Nuclear – 3% - 2 GW (1%)
Fósseis – 17%
Emissões de CO2
Carvão – 43%
Petróleo – 22%
Gás Natural – 35%
Aumento
Geração
62%
GERAÇÃO ELÉTRICA
CENÁRIO DESEN. SUSTENTÁVEL 2040
Nuclear – 4% - 5 GW (2%)
Fósseis – 12%
Emissões de CO2
Carvão – 0%
Petróleo – 13%
Gás Natural – 87%
Fig 1: Cenários de Geração Elétrica no Brasil
elas atuam em mercado muito competitivo e têm
interesse em aumentar suas competitividades
com o uso de combustíveis nucleares que possam
atingir queimas além de 70 GWd/tHM.
Como desdobramento destes cenários, surgem
como tarefas relevantes para os reatores de
geração de energia elétrica: a adequação das
centrais existentes (Angra 1 e 2) nas análises de
acidentes pós-Fukushima visando a sua extensão
de vida, a concepção e modelagem de combustí-
veis nucleares avançados, a recuperação e
modernização de ferramentas de termohidráulica
e neutrônica existentes no CDTN, e o estabeleci-
mento de critérios de seleção da nova geração de
reatores Geração III+, inclusive considerando a
possibilidade de uso de reatores modulares para
os mais de 200 sistemas elétricos isolados no Brasil
(Fig 2).
O elemento combustível nuclear é constituído
pelo próprio combustível, na forma de cerâmica ou
liga metálica, e seu revestimento, que são as 1ª. e 2ª
barreiras contra a liberação de produtos de fissão
para o exterior. Uma condição essencial para a
evolução da engenharia de projeto da vareta é a
disponibilidade de uma Base de Projeto de alta
qualidade, que esteja validada contra uma base de
dados suficientemente ampla e abrangente e que
incorpore as observações de fenômenos mais
atuais resultantes de condições de inserção
modernas e altamente exigentes.
PWR > 1.000MW
MITSUBISHI
US-APWR
1.700 MW
AREVA
EPR
1.700 MW
KHNP
APR
1.400 MW
SNPTC
CAP
1.400 MW
O resultado esperado é a atualização
da base de dados e modelos das
propriedades do combustível
(U1-yGd y)O 2±x e UO 2. É também monitorado
o desenvolvimento de combustível
do sistema U-Zr-Nb para os
reatores de um ciclo/uma carga
(once-through nuclear systems).
30
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Geração nucleoelétrica e modelagem de combustíveis avançados
Fig 3: Razão entre as frequências média e máxima de 86 elementos de um total de 96 da tabela periódica
A metodologia empregada está em fase de
validação com a aplicação na avaliação de propriedades
dos elementos puros e seus compostos a
partir dos espectros de vibração atômica.
A avaliação da relação entre as frequências média
e máxima (Fig 3) de vibração foi feita relativa aos
espectros de 86 elementos da tabela periódica.
Nesta fase de validação é utilizada a metodologia
de tratamento de dados do National Institute of
Standards and Technology (NIST).
Região de medição
Os Laboratórios de Termohidráulica e de
Fluidodinâmica Computacional contribuíram com
o desenvolvimento de novos elementos combustíveis
nucleares para reatores a água leve, com a
aplicação de modernas metodologias numéricas e
experimentais para o estudo e projeto de elementos
combustíveis nucleares. Foi montada uma
instalação de testes (Fig 4) para seções de elementos
combustíveis, onde são medidos perfis de
velocidade usando-se um sistema de velocimetria
por doppler laser de duas dimensões.
Em simulações multifísica, foi desenvolvido um
sistema acoplado de cálculos neutrônicos e
termohidráulicos utilizando volumes finitos e uma
mesma discretização de domínios; o sistema utiliza
memória compartilhada para troca de informações
em ordens de grandeza mais rápidas do que
escrita de arquivos em disco e é baseado exclusivamente
em softwares livres.
Fig 4: Instalação de testes para medidas em elementos
combustíveis nucleares.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
31

Produção científica e tecnológica
Artigos
CAMPOLINA, D.; FARIA, E.F.; SANTOS, A.A.C.; SILVA, V.V.A.; FRANCO, M.P.V.; DIAS, M.S.; MATTOS, J.R.L. Parametric
study of enriched gadolinium in burnable neutron poison fuel rods for Angra-2. Annals of Nuclear Energy, v. 118, p. 375-
380, 2018
SILVA, V.V.A; SANTOS, A.; CAMPOLINA, D.; THELER, G.; PEREIRA, C. Coupled unstructured fine-mesh neutronics and
thermal-hydraulics methodology using open software: A proof-of-concept. Annals of Nuclear Energy, v. 115, p. 173-
185, 2018
SILVA, V.V.A.; SANTOS, A.A.C.; THELER, G.; PEREIRA, C. Open Software One-Step Coupled Neutronics and CFD
Thermalhydraulics Calculation. International Journal of Emerging Technology And Advanced Engineering, v. 6, p. 174-
179, 2016
Tese
VITOR VASCONCELOS DE ARAÚJO SILVA. Acoplamento neutrônico e termo-hidráulico usando os códigos milonga e
OpenFOAM: uma abordagem com software livre. 2016. Doutorado, Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
Capítulo de Livro
MATTOS, J.R.L. Macrotemática Energia Nuclear. In: Ceres Zenaide Barbosa Cavalcanti. (Org.). Prospecção tecnológica
no setor de energia elétrica: Evolução tecnológica nacional no segmento de geração de energia elétrica e armazenamento
de energia. 1ed.Brasília, DF: Centro de Gestão de Estudos Estratégicos, v. 3, p. 273-298, 2017
32
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

TECNOLOGIA DE REATORES
ANÁLISE DE RISCO DE INSTALAÇÕES NUCLEARES E RADIATIVAS
A análise de risco visa contribuir para a melhoria do
controle e segurança das instalações nucleares e
radiativas, por meio do desenvolvimento e implantação
de tecnologias e procedimentos de avaliação
de segurança, controle, inspeção e licenciamento.
A análise de risco envolve o desenvolvimento e
implantação de sofisticadas técnicas de análise de
sistemas e engenharia de confiabilidade para
atendimento a normas e regulamentações previstas
em requisitos de licenciamento de diferentes
órgãos reguladores, além do atendimento aos
requisitos das normas relativos ao gerenciamento
de riscos.
As Análises Probabilísticas de Risco e Segurança
de instalações nucleares e radiativas envolvem
também a avaliação de consequências de aciden-
tes e outros eventos indesejáveis (Fig 1), exigindo
cálculos de doses nos trabalhadores e população,
além de modelagem de dispersão de materiais
radioativos no ambiente.
Um Sistema integrado de Avaliação de Segurança,
constituído por um conjunto de softwares, foi
implantado e utilizado em diversos processos de
licenciamento de instalações do CDTN.
No caso da licença do CDTN pelo IBAMA, a utiliza-
ção das técnicas de gerenciamento de riscos foi
importante para atendimento às condicionantes
relativas à implementação de banco de dados para
registro de falhas e acidentes, considerando as
categorias de severidade, frequência, categorias
de risco e hipóteses acidentais do Programa de
Gerenciamento de Risco. No caso (Figs 2 e 3) da
manutenção da Autorização para Operação
Permanente do reator TRIGA IPR-R1, cabe destacar
a importância no atendimento às exigências de
análise de acidentes, gestão de envelhecimento e
Revisão Periódica de Segurança. Mais recentemente,
o projeto tem atendido a demandas de
certificação de qualidade de instalações e labora-
tórios do CDTN, e ampliado o leque de aplicações
para a área de saúde.
FMEA
RBI
RCM
ETA
Análise
de Monte
Carlo
PLANOS DE INSPEÇÃO
CONTROLE E LICENCIAMENTO
CENÁRIOS DE
ACIDENTES
Análise de
Markov
RBD
FTA
Avaliação
Probabilística de
Segurança
Ensaios
Acelerados
de Vida
Análise de
Weibull
Integração das
Ferramentas de
Gerenciamento
de Risco
BANCO DE DADOS DE
FALHAS E CONFIABILIDADE
Modelagem
de Segurança
Física
Análise de
Consequência
AVALIAÇÃO
INTEGRADA DE
SEGURANÇA
ETA - Event Tree Analysis
FMEA - Failure Mode and Effects Analysis
FTA - Fault Tree Analysis
RBD - Reliability Block Diagram
RCM - Reliability-Centered Maintenance
RBI - Risk Based Inspection
Fig 1: Diagrama do Sistema Integrado de Avaliação de Segurança implantado no CDTN
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
33

Análise de risco de instalações nucleares e radiativas
T
T
Falha do desligamento
automático da
bomba iniciado
pelo medidor de nível
ou pressostato
Perda da água
de refrigeração
do poço do
reator
Disponibilidade
de energia
elétrica para o
reator
Desligamento
automático da
bomba do
primário iniciado
pelo pressostato
F
F
Desligamento
automático da
bomba iniciado
pelo medidor de
nível ou
pressostato
F
Desligamento
manual do
reator a partir
dos monitores
de nível da água
do poço do
reator
T
F
T
T
Desligamento
manual do
reator a partir
dos monitores
de radiação no
poço ou área do
reator
F
Cenário 1
Cenário 2
Cenário 3
Cenário 4
Cenário 5
Falha do
desligamento
automático da
bomba iniciado
pelo medidor de
nível
OR
Falha do relé Falha do
que aciona sensor
comando que de nível
desliga a
bomba
AND
Falha na
detecção de
pressão baixa
no pressostato
da bomba
OR
Queda de
Falha do
detrito no
pressostato
tanque e
em desligar a
fechamento bomba pela
do furo da entrada de ar
tubulação
na tubulação
ALA01
Cenário6
RWA01
HUM01
APA03
Fig 2: Exemplo de Análise de Árvore de Eventos para o evento iniciador
“Perda da água de refrigeração do poço do reator no Reator IPR-R1¨
Fig 3: Exemplo de Análise de Árvore de Falhas
para o evento topo “Falha do desligamento
automático no Reator IPR-R1”)
Produção científica e tecnológica
Artigo
MATA, J.F.C.; MESQUITA, A.Z.; VASCONCELOS, V. Estudos científicos para controle, segurança e licenciamento de
centrais nucleares. Revista Internacional de Ciencia y Sociedad, v. 2, p. 99-107, 2015
Capítulos de livros
VASCONCELOS, V.; SOARES, W.A.; MARQUES, R.O. Integrated Engineering Approach to Safety, Reliability, Risk
Management and Human Factors. In: Fabio De Felice and Antonella Petrillo. Human Factors and Reliability
Engineering for Safety and Security in Critical Infrastructures: Decision Making, Theory, and Practice. New Jersey, USA:
Springer, p. 71-107, 2017
VASCONCELOS, V.; SOARES, W.A.; COSTA, A.C.L., RASO, A.L. Deterministic and Probabilistic Safety Analyses. In:
Mangey Ram and J. Paulo Davim. Advances in System Reliability Engineering. Amsterdam: Elsevier, p. 43-75, 2018
Dissertações
RAÍSSA OLIVEIRA MARQUES. Inspeção Baseada em Risco no contexto de reatores nucleares: Estado da arte,
diretrizes e procedimentos para sua utilização. 2018. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
JÔNATAS FRANCO CAMPOS DA MATA. O papel das metodologias de análise probabilística de risco no processo de
licenciamento de reatores nucleares. 2016. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
34
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

TECNOLOGIA DE REATORES
NEUTRÔNICA E TERMOHIDRÁULICA
Desde sua instalação, em 1960, o reator nuclear
TRIGA IPR-1 do CDTN tem sido utilizado, principalmente,
na formação de futuros operadores de
reatores nucleares, como método analítico para a
determinação da concentração elementar de
matrizes diversas (Análise por Ativação Neutrônica,
AAN, na produção de radioisótopos para uso
industrial e em pesquisa diversas. A demanda para
novas utilizações do reator TRIGA nas pesquisas
com foco científico e tecnológico em áreas como
novos materiais, radiofarmácia e medicina nuclear
requer a ampliação e modernização de seus
dispositivos de irradiação, com novos protocolos
de ativação e proteção radiológica (Fig 1).
Fig 3: Design proposto para o PGAA no
Reator TRIGA do CDTN
Fig 1: Dispositivos de irradiação do Reator
TRIGA: extrator vertical, (esq.) e tubo inclinado (dir).
Fig 2: Modelo computacional (código MCNP)
dos dispositivos do Reator TRIGA.
Um sistema de irradiação com outra geometria foi
simulado pelo método de Monte Carlo, construído
e instalado no reator, com o objetivo de ampliar as
possibilidades de irradiações de amostras (Fig 2).
Uma das variações possíveis da técnica de análise
por ativação neutrônica é o “Prompt Gamma”, PGAA
(Fig 3), que se refere quando a radiação gama
emitida pelo radioisótopo formado do elemento de
interesse é emitida simultaneamente à sua ativação
por nêutrons.
O PGAA é utilizado para estudar amostras onde se
deseja determinar a concentração de elementos
mais leves como H, N, B e outros em amostras de
diversos tipos. Aplicações mais comuns do PGAA
estão no estudo de amostras arqueológicas,
materiais vítreos, indústria de cimento e outros
minerais.
O objetivo do projeto PGAA no CDTN foi investigar a
viabilidade de implementar esta técnica para
ampliar a utilização do Reator TRIGA com novas
aplicações não possíveis atualmente.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
35

Neutrônica e Termohidráulica
Estas curvas permitem validar modelos numéricos
em desenvolvimento, com foco na evolução e na
eficácia dos sistemas de refrigeração de emergên-
cia de reatores PWR, em caso de acidentes de
perda de refrigerante. Também, foram confeccio-
nadas e utilizadas seções experimentais constituídas
de tubos cilíndricos horizontais, unidos por
curva a trechos de tubos.
O estudo deu como resultados: em um esquema
PGAA sugerido para o reator, a construção, instalação
e teste de canal alternativo de irradiação (tubo
inclinado), a determinação de fluxo neutrônico no
canal vertical e a criação e validação de modelo
teórico usando código MCNP tanto do reator e
quanto dos dispositivos de irradiação.
Estudos de termofluidodinâmica têm contribuído
para subsidiar informações para o projeto e a
análise de segurança de reatores, bem como, para
a avaliação da vida útil de tubulações, com ênfase
em estudos de processos de envelhecimento
devido às tensões decorrentes das diferenças e
dos ciclos de temperatura.
Neste projeto, foram desenvolvidos modelos
computacionais e realizados experimentos em
escoamentos em contracorrente, escoamentos
através de placas perfuradas e escoamentos
termicamente estratificados, em geometrias e
condições de sistemas e componentes nucleares.
Os estudos de escoamento em contracorrente
(CCFL), em reatores do tipo PWR (Reatores a água
pressurizada), tiveram por objetivo simular a
limitação da vazão da água de refrigeração de
emergência pelo vapor saindo do núcleo do reator.
Este vapor é gerado pelo contato da água com as
superfícies quentes do reator e pode escoar pela
mesma tubulação por onde é injetada a água.
Foram realizados experimentos do escoamento
em contracorrente água-ar, simulando água-vapor,
e foram obtidas curvas relacionando as vazões de
ar para as quais ocorre o início do arraste do líquido
refrigerante e, também, as vazões para as quais
ocorre o bloqueio total do mesmo.
Esta geometria é objeto de interesse especial deste
estudo, pois representa a geometria real de uma
seção da perna quente do circuito primário de um
PWR. Foram confeccionadas e utilizadas seções
experimentais constituídas de tubos cilíndricos
horizontais, unidos por curva a trechos de tubos
inclinados. Esta geometria é objeto de interesse
especial deste estudo, pois representa a geometria
real de uma seção da perna quente do circuito
primário de um PWR (Fig 4).
Fig 4: Bancada experimental de escoamentos bifásicos em contracorrente,
simulando o fenômeno na perna quente de um reator PWR.
36 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Neutrônica e Termohidráulica
Os escoamentos através de placas perfuradas são
fundamentais no projeto de bocais de injeção dos
elementos combustíveis nucleares, e o CDTN tem
desenvolvido estudos experimentais nesta área,
em cooperação com as Indústrias Nucleares do
Brasil (INB). Estudos de estratificação térmica foram
realizados no CDTN, simulando o bocal de injeção
do gerador de vapor de centrais nucleares, para a
avaliação da vida útil de tubulações, com ênfase
em estudos de processos de envelhecimento
devido às tensões decorrentes das diferenças e
dos ciclos de temperatura (Fig 5).
Com o objetivo de preservar a metodologia de
cálculo neutrônico transferida ao país pela
KWU/Siemens, uma das atividades contempladas
no Projeto FUJB-CDTN-EC-INB-01 (convênio
FINEP no 01.07.0548-00, iniciado em 2007 e
concluído em 2018) referiu-se à recuperação e
modernização dos códigos computacionais que
integram o sistema SAV-79 (Standardauslegungsverfahren
- Método Padrão de Projeto), de modo a
torná-los operacionais em computadores pessoais
do tipo IBM-PC.
Os trabalhos de modernização dos programas que
integram o sistema SAV-79 foram conduzidos com
o objetivo de obter um produto final (software) que
satisfizesse os seguintes requisitos básicos de
qualidade: Independência de máquina com
sistema digital Little Endian, de sistema operacional
E de compilador da linguagem Fortran 90/95 e
codificação em conformidade com o padrão ANSI.
A documentação final relativa ao trabalho de
recuperação do sistema SAV-79 foi disponibilizada
via mídia digital (DVD).
Outros programas relativos às áreas de termohidráulica
e de combustível nuclear estão sendo
recuperados: o Acqua97, desenvolvido no CDTN
para cálculo das propriedades termodinâmicas e
de transporte da água e do vapor, o Caro-D5 que
destina-se à avaliação do comportamento térmico
do combustível e do revestimento em varetas
combustíveis nucleares durante operações
estacionária e transitória e o Pantera-2 para Análise
Termohidráulica de Reatores a Água.
Fig 5: Resultados de modelagem numérica da estratificação térmica no bocal de injeção do gerador de vapor de um PWR
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
37

Produção científica e tecnológica
Artigos
PESSOA, M.A.; NAVARRO, M.A.; CAMPOLINA, D.A.M.; SILVA, V.V.A.;. SOBRINHO, M.R.S.; SALOMÃO, E.A.; FERREIRA,
A.F.J.; CAMPAGNOLE DOS SANTOS, A.A. High Repeatability Air-Water Counter Current Flow Limitation (CCFL)
Experimental Loop. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, v. 8, I. 9, 2018.
GUERRA, B.T.; LEAL, A.S.; LIMA, C.P.B.; MENEZES, M.A.B.C. Monte Carlo Simulations for a Preliminary Design of TRIGA
IPR-R1 PGAA Facility. Journal of Chemistry and Chemical Engineering, v.10, p. 256-270, 2016
Teses
BRUNO TEIXEIRA GUERRA. Implementação da Técnica PGAA no CDTN. 2017. Doutorado, Departamento de
Engenharia Nuclear-UFMG
JOSÉ AFONSO BARROS FILHO. Desenvolvimento e Validação de Cálculo Termo-Hidráulico de Bocais de Elementos
Combustíveis Nucleares. 2017. Doutorado, Engenharia Quimica-UNICAMP
MÁRCIO ARAÚJO PESSOA. Estudo da Limitação do Escoamento Bifásico em Contracorrente Água/Ar em Seções de
Geometria Similar à Perna Quente de Reatores Nucleares. 2018. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
38
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

TECNOLOGIA DE REATORES
DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS E COMPONENTES PARA O
REATOR MULTIPROPÓSITO BRASILEIRO (RMB)
O principal sistema experimental em desenvolvimento
no CDTN para o Reator Multipropósito
Brasileiro (RMB), é o circuito de irradiação CAFE
(Circuito a água fervente/RMB), que vai propiciar a
qualificação de varetas combustíveis nucleares,
permitindo sua irradiação, em condições de
temperatura, pressão e fluxo neutrônico similares
às de reatores de potência
Este circuito está sendo desenvolvido a partir do
CAFE-Mod1, desenvolvido conjuntamente pelo
Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo
(CTMSP) e o CDTN, igualmente, para a qualificação
de varetas combustíveis nucleares, projetado para
ser instalado no reator IEA-R1, do Instituto de
Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN/CNEN.
O projeto CAFE/RMB permite, também, testes de
qualificação do revestimento de varetas de
combustível nuclear. O dispositivo de movimenta-
ção da cápsula de irradiação do CAFE/RMB (Fig 1)
(DMC/RMB) propicia a realização dos testes de
rampa de potência, para a qualificação de toda a
vareta combustível nuclear: pastilhas combustível
e revestimento.
A simulação da rampa de potência é obtida pelo
deslocamento da cápsula contendo o combustível,
em relação ao núcleo do reator, para regiões
de maior ou menor fluxo de nêutrons. O DMC/RMB
é um mecanismo para a movimentação remota da
cápsula de irradiação para testes subaquáticos na
piscina do reator.
O protótipo do dispositivo de movimentação da
cápsula (DMC), depois de fabricado, foi instalado
no CDTN, onde foi montado juntamente com o
sistema de acionamento (motor de passo, embreagem
e comando por software).
Foram realizados testes de funcionamento do
DMC com acionamento manual, o que possibilitou
a identificação de ações corretivas: remoção do
lubrificante de componentes, ajustes de folgas,
alinhamento, desempeno e fabricação de novos
componentes. Estão sendo providenciadas as
modificações que se fazem necessárias, seguidas
de novos testes de qualificação do funcionamento
do DMC.
DMC
DMC
Cápsula
Inserida
Cápsula
Retirada
Fig 1: Desenho do dispositivo de movimentação da cápsula CAFÉ/RMB (verde) e a cápsula (cinza).
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
39

Desenvolvimento de sistemas e componentes para o Reator Multipropósito Brasileiro – RMB
A camada de água quente (CAQ) formada no topo
da piscina do RMB é de importância fundamental
para manter particulados ativados no núcleo do
reator longe da superfície da piscina, constituindose
em blindagem das radiações e fornecendo
proteção para os operadores do reator.
Foi projetada e construída no Laboratório de
Termohidráulica do CDTN uma bancada experimental,
em escala 1/10, para a simulação dos
processos de destruição e restabelecimento da
CAQ, durante os transientes operacionais do reator
(Fig 2). Os resultados experimentais obtidos
mostraram a capacidade da bancada experimental
em reproduzir o fenômeno e permitiram uma
análise da importância da temperatura de formação
CAQ para a sua estabilidade durante os
transientes de potência; além disto, eles foram
utilizados na validação de modelos numéricos da
camada de água quente desenvolvidos no próprio
CDTN.
O quebra-sifão é outro sistema de grande importância
para a operação do Reator Multipropósito
Brasileiro – RMB. Um quebra-sifão é o principal
dispositivo (Fig 3) utilizado na prevenção de
acidentes de perda de refrigerante em reatores
nucleares de pesquisa do tipo piscina. Entretanto,
estudos experimentais têm demonstrado que, na
maioria das vezes, um quebra-sifão não é capaz de
interromper imediatamente a vazão de água. Por
esta razão o CDTN desenvolveu uma metodologia
de simulação numérica, validada por dados
experimentais internacionais.
Water
Air
Fig 3: Resultados de Simulações Numéricas
do Quebra Sifão do RMB.
Camada de
água quente
Fig 2: Dispositivo Experimental de Simulação da Camada de Água Quente do RMB e Resultados de Simulações Numéricas.
40
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Artigos
CAMPOLINA, D.A.M.; COSTA, A.C.L. Neutronic analysis of the fuel loaded irradiation loop device of the RMB
Multipurpose Brazilian Reactor. Progress in Nuclear Energy, v. 104, p. 109 -116, 2018
MATOZINHOS, C.F., SANTOS, A.A.C. Two-phase CFD simulation of research reactor siphon breakers: a verification,
validation and applicability study. Nuclear Engineering and Design v. 236, p. 7-16, 2018
Dissertações
CAMILA DE FREITAS MATOZINHOS. Investigação numérica do efeito quebra sifão na tubulação de refrigeração
primária de um reator nuclear de pesquisa, 2017. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
GABRIEL CAIO QUEIROZ TOMAZ. Estudo Experimental da Camada de Água Quente em um Modelo em Escala do
Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), 2017. Mestrado. Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
41

O CDTN atua na pesquisa e inovação, como no
desenvolvimento de radiofármaos capazes de
identificar infecção bacteriana pela cintilografia e
diferenciar infecção bacteriana de fúngica e de
inflamação asséptica.
42
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

SAÚDE
Além das atividades de pesquisa desenvolvimento
e inovação para a produção de
radiofármacos aplicados no diagnóstico ou
terapia de doenças humanas, no CDTN
realizamos a caracterização de materiais
dosimétricos e o desenvolvimento de
tecnologias para redução das doses e,
consequentemente, dos riscos à saúde
humana decorrentes da exposição à radiação.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
43

SAÚDE
DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÕES
DE RADIOFÁRMACOS EM MEDICINA NUCLEAR
O Fludesoxiglicose (18F),
18FDG, tem sido o radio- Entretanto, no Brasil, os radiofármacos considerafármaco
mais utilizado nos procedimentos de dos novos (Tab 1) devem passar por comprovação
tomografia por emissão de pósitrons (PET), por de segurança e eficácia em etapa pré-clínica.
apresentar alta sensibilidade e especificidade para Para isso devemos submetê-los a ensaios in vitro e
muitos tipos de câncer e outras aplicações. Porém, in vivo, tanto para subsidiar futuros ensaios em
o
18FDG apresenta algumas limitações, como nos humanos quanto para a obtenção do registro. Os
casos de falsos positivos associados a sítio de ensaios pré-clínicos devem seguir o “Guia para a
infecção e inflamação ou em falsos negativos condução de estudos não clínicos de toxicologia e
relacionados a tumores malignos com baixa segurança necessários ao desenvolvimento de
atividade metabólica.
medicamentos” da ANVISA. Este guia fornece uma
Assim, há necessidade de desenvolver moléculas orientação para a condução de estudos préespecíficas
a serem aplicadas como radiofárma- clínicos e inclui estudos não clínicos de segurança
cos na área de Medicina Nuclear (MN) e que irão tais como estudos de toxicidade de dose única
servir de ferramentas na elucidação de distúrbios e (aguda), genotoxicidade, tolerância local, toxicocidoenças.
nética.
A implantação de novos radiofármacos, bem como Como resultados relevantes foram finalizados os
a obtenção do registro junto a ANVISA e o estudo processos de síntese e controle de qualidade de
de novas aplicações, é imprescindível para quatro novos radiofármacos para aplicações
atender as necessidades de diagnóstico da MN específicas e outros três estão em diferentes
utilizando a tecnologia PET. Alguns radiofármacos etapas de desenvolvimento. O estudo de novas
além do
18FDG já estão registrados e são comercia- aplicações para os radiofármacos produzidos na
lizados em países da Europa e Estados Unidos. UPPR, utilizando a técnica de tomografia por emissão
de pósitrons, possibilitou: (página seguinte)
RADIOFÁRMACO
(R)-[N-metil-
11
[ C]PK11195
ETAPA DE
DESENVOLVIMENTO
Processos de síntese e
controle de qualidade
finalizados
APLICAÇÃO
Estudos de neuroinflamação e/ou inflamação no Sistema Nervoso Central
(SNC), envolvendo a patogênese de doenças neurodegenerativas agudas e
crônicas, incluindo doenças de Parkinson, Alzheimer e esclerose múltipla
11
[ C] PIB
18
Fluorestradiol ( F)
18
FES
Processos de síntese e
controle de qualidade
finalizados
Testes pré-clínicos
Agente de imagem para avaliar doença de Alzheimer
Diagnóstico precoce do câncer de mama de uma forma não invasiva,
permitindo a avaliação do perfil de receptores das células tumorais, que é um
importante fator para determinação da terapia a ser utilizada, no
estadiamento da doença, no prognóstico e na resposta à terapia
Fluormisonidasol
18 18
( F) FMISO
18
Fluorocolina ( F)
18
FCH
Fluorotimidina (18F)
18
FLT
Fluoreto de sódio
18 18
( F) Na F
Processos de
síntese e controle
de qualidade
finalizados
Testes clínicos
Testes pré-clínicos
Registro
Promissor radiotraçador para detecção de áreas hipóxicas, cujos tumores
apresentam uma grande heterogeneidade vascular e possuem graus de
agressividade mais elevados que os tumores ricamente vascularizados. Ele
tem sido muito usado em diagnóstico de tumores pulmonares, de cabeça e
pescoço, onde o FDG é pouco captado
Diagnóstico de câncer de próstata
Diagnóstico e estadiamento de câncer colorretal, de mama, de cérebro,
melanoma, sarcoma e linfoma, e, principalmente, em câncer de pulmão
Diagnóstico e de câncer ósseo
Tab 1: Novos radiofármacos desenvolvidos no CDTN e suas aplicações
44
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Desenvolvimento e aplicações de radiofármacos em medicina nuclear
18
a) uso da FCH no estudo da endometriose penetração nos tecidos e rápida eliminação do
Ÿ
peritoneal em ratas, em parceria com a Faculdade sangue, com a consequente disponibilização de altas
de Medicina da UFMG, cujo resultado foi uma relações alvo background em intervalos curtos de
técnica inédita de detecção de endometriose no tempo.
abdômen utilizando tecnologia de PET em peque-
Nenhuma técnica de imagem que avalie, especificanos
animais;
mente e com precisão, a presença de microrganismos
Ÿ b) o estudo da ação analgésica cerebral de um novo
fármaco – Phα1β. Tal fármaco se mostrou tão
patogênicos em diferentes localizações anatômicas
no corpo humano está disponível atualmente para
eficiente quanto a morfina, sem a dependência de auxiliar na tomada de decisões clínicas. Indicações
dose que caracteriza esta última. Este estudo foi para o uso de imagens de Medicina Nuclear de
realizado em parceria com a Faculdade de infecções incluem febre de origem desconhecida,
Medicina da UFMG e Instituto de Ensino e Pesquisa suspeita de abscesso oculto, infecção pós-operatória,
da Santa Casa de Misericórdia de Belo Horizonte; suspeita de infecção de próteses vasculares ou
Ÿ c) demonstrou-se a ação antitumoral do ácido
ósseas, osteomielite e suspeita de infecção em
rosmarínico em carcinoma mamário em modelo
pacientes imunocomprometidos. Sabendo-se que,
murino 4T1, visando o câncer de mama humano em
detectada precocemente, a maioria das infecções
fase avançada, com a parceria da Fundação
pode ser curada com o tratamento adequado e que
Ezequiel Dias;
um diagnóstico tardio está associado a uma maior
mortalidade, novos marcadores para imagem de
Ÿ d) um estudo da perfusão miocárdica em hamster infecções são uma necessidade urgente.
com doença de Chagas, focado na compreensão
do processo inflamatório cardíaco na evolução da
Os principais resultados alcançados foram o desenvol-
doença em parceria com a Faculdade de Medicina
vimento de aptâmeros para o peptidoglicano (principal
de Ribeirão Preto;
componente da parede celular bacteriana) e a
demonstração que estes aptâmeros marcados com
Ÿ e) avaliação do efeito do ácido rosmarínico no 99m
Tc são capazes de identificar infecção bacteriana
18
acidente vascular cerebral usando FDG.
pela cintilografia e também diferenciar infecção
No que diz respeito ao desenvolvimento de novos bacteriana de fúngica e de inflamação asséptica (Fig 1).
radiofármacos (inéditos), uma contribuição importante Aptâmeros foram marcados para Staphylococcus
aureus com
99m
para este campo de pesquisa foi a obtenção de
Tc e demonstrou-se que eles foram
aptâmeros marcados com radioisótopos. Os aptâmeinfecciosos
devidos a esta bactéria.
capazes de identificar de forma específica focos
ros de ácidos nucleicos são oligonucleotídeos que
apresentam alta afinidade e especificidade para seus Tendo em vista que não existem radiofármacos em
alvos moleculares. A metodologia SELEX (do inglês uso capazes de distinguir infecção de inflamação
“Systematic Evolution of Ligands by Exponential asséptica e simultaneamente identificar o agente que
Enrichment”) permite, através de ciclos de enriqueci- causa a infecção, os resultados obtidos representam
mento e amplificação, gerar aptâmeros para virtual- uma contribuição importante para este campo de
mente qualquer classe de moléculas orgânicas e pesquisa.
mesmo para células integras. Aptâmeros podem ser
marcados com diferentes
radioisótopos, tais como
99m 18 68 64 188
Tc, F, Ga, Cu e Re,
pois são moléculas que
apresentam propriedades
quase ideais para utilização
como radiotraçadores de
diagnóstico, como: alta
especificidade por seus
a l v o s m o l e c u l a r e s ,
ausência de imunogenicidade
e toxicidade, elevada
a b c
18 18
Fig 1: Imagem PET utilizando o radiofármaco Fluorocolina F ( FCH) de rata com
endometriose. As imagens da região abdominal foram adquiridas em um tomógrafo PET
18
dedicado para pequenos animais, 30 minutos após injeção de cerca de 60 MBq de FCH.
A figura A mostra a imagem PET com setas indicando a captação diferenciada em implantes
de endométrio em uma seção de corte transversal. A imagem C é uma imagem 3D do mesmo
18
corte. Os asteriscos mostram a captação na bexiga devido à excreção de FCH.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
45

Produção científica e tecnológica
Artigos
SCHIRMER, B.G.A.; ARAÚJO, M.R.; SILVEIRA, M.B.; PEREIRA, J.M.; VIEIRA, L.C.; ALVES, C.G.; MBOLELA, W.T.; FERREIRA,
A.V.; SILVA-CUNHA, A.; FIALHO, S.L.; DA SILVA, J.B.; MALAMUT, C. Comparison of [18 F] Fluorocholine and [18 F]
Fluordesoxyglucose for assessment of progression, lung metastasis detection and therapy response in murine 4T1
breast tumor model. Applied Radiation and Isotopes, v. 140, p. 278-288, 2018
MENDES, B.M.; FERREIRA, A.V.; NASCIMENTO, L.T. C.; FERREIRA, S.M.Z.M.D.; SILVEIRA, M.B.; SILVA, J.B. New Radiation
Dosimetry Estimates for [18F] FLT based on Voxelized Phantoms. Radiation Research, v. 190, p. 37-44, 2018
OLIVEIRA, L.F.L.; THACKERAY, J.T.; MARIN NETO, J. A.; ROMANO, M.M.D.; CARVALHO, E.E.V.; MEJIA, J.; TANAKA, D.M.;
SILVA, G.K.; ABDALLA, D.R.; MALAMUT, C.; BENGEL, F.M.; HIGUCHI, M.L.; SCHMIDT, A.; CUNHA-NETO, E.; SIMÕES, M.V.
Regional myocardial perfusion disturbance in experimental chronic Chagas cardiomyopathy. J Nucl Med,
doi:10.2967/jnumed.117.205450, 2018
FERREIRA, I.M.; LACERDA C.M.S; SANTOS, S.R; BARROS, A.L.B.; FERNANDES, S.O.; CARDOSO, V.N.; ANDRADE, A.S.R.
Peptidoglycan aptamers biodistribution in infectionbearing mice. Nuclear Medicine and Biomedical Imaging, v. 3, p. 1-
4, 2018
SILVEIRA, M.B.; RODRIGUES, D.M.; ARAÚJO, M.R.; SANTIAGO, M.A.; GONÇALVES, N.T.; SCHIRMER, B.G. A.; CARNEIRO,
M.M.; REIS, F.M.; MALAMUT, C.; FERREIRA, M.C. 18F-Fluorocholine Uptake and Positron Emission Tomography
Imaging in Rat Peritoneal Endometriosis. Reproductive Sciences, v. 25, p. 19-25, 2017
GRAZIANI, A.C; STETS, M.I; LOPES, A.L.K.; SCHLUGA, P.H.C.; MARTON, S; FERREIRA, I.M.; ANDRADE A.S.R.; KRIEGER,
M.A. ; CARDOSO, J. High Efficiency Binding Aptamers for a Wide Range of Bacterial Sepsis Agents. Journal of
Microbiology and Biotechnology, v. 27, p. 838-843, 2017
SANTOS, S.R; DE SOUSA LACERDA, C.M; FERREIRA, I.M; DE BARROS, A.L.B; FERNANDES, S.O.; CARDOSO, V.N.;
ANDRADE, A.S.R. - Scintigraphic imaging of Staphylococcus aureus infection using 99m Tc radiolabeled aptamers.
Applied Radiation and Isotopes, v. 128, p. 22-27, 2017
FERREIRA, I.M.; DE SOUSA LACERDA, C.M.; DOS SANTOS, S.R.; DE BARROS, A.L.B.; FERNANDES, S.O.; CARDOSO, V.N.;
ANDRADE, A.S.R. Detection of bacterial infection by a technetium-99m-labeled peptidoglycan aptamer. Biomedicine
& Pharmacotherapy, v. 93, p. 931-938, 2017
DE SOUSA LACERDA, C.M.; FERREIRA, I.M.; DOS SANTOS, S.R; DE BARROS, A.L.B.; CARDOSO, V.N.; ANDRADE, A.S.R.
(1→3)-β-D-glucan aptamers labeled with technetium-99m: Biodistribution and imaging in experimental models of
bacterial and fungal infection. Nuclear Medicine and Biology, v. 46, p. 19-24, 2016
SILVEIRA, M.B.; FERREIRA, S.M.Z.M.D.; NASCIMENTO, L.T.C.; COSTA, F.M.; MENDES, B.M.; FERREIRA, A.V.; MALAMUT,
C.; SILVA, J.B.; MAMEDE, M. Preclinical acute toxicity, biodistribution, pharmacokinetics, radiation dosimetry and
microPET imaging studies of [18F] Fluorocholine in mice. Applied Radiation and Isotopes, v. 116, p. 92-101, 2016
FERREIRA, S. M. Z. M. D.; DA SILVA, C. M.; A. DE FÁTIMA, A.; FREITAS, R. P. Novel synthetic compounds as potential
anticryptococcal agents. Current Organic Synthesis, v.12, p. 730-745, 2015
SANTOS, S.R.; CORREA, C.R.; BARROS, A.L.B.; SERAKIDES, R.; FERNANDES, S.O.; CARDOSO, V.N.; ANDRADE, A.S.R.
Identification of Staphylococcus aureus infection by aptamers directly radiolabeled with technetium-99m. Nuclear
Medicine and Biology, v. 42, p. 292-298, 2015
46 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Dissertações e teses
SARA ROBERTA DOS SANTOS. Biodistribuição e imageamento de aptâmeros para Staphylococcus aureus marcados
com tecnécio-99m em modelos experimentais de infecção muscular e osteomielite. 2018. Doutorado, PPG-
CDTN/CNEN
ALESSANDRA NUNES DUARTE MIRANDA. Seleção de aptâmeros para Candida albicans por Cell-SELEX. 2017.
Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
DANUZA MONTIJO DINIZ. Caracterização da ação analgésica cerebral induzida por morfina e Phα1β por tomografia
de emissão de pósitrons (MicroPET). 2017. Doutorado. Instituto de Ensino e Pesquisa da Santa Casa de Belo Horizonte.
IÊDA MENDES FERREIRA. Avaliação de aptâmeros anti-peptideoglicano marcados com 99mTc para identificação in
vivo de infecção bacteriana. 2017. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
ANA CAROLINA DE ARAÚJO BISPO. Síntese e caracterização do radiofármaco 18F-Fluorestradiol: avaliação de
parâmetros de eficácia, segurança e especificidade para diagnóstico de câncer de mama. 2016. Mestrado, PPG-
CDTN/CNEN
CAMILA MARIA DE SOUZA LACERDA. Aptâmeros anti-(1 - 3) beta glucana marcados com tecnécio-99m: biodistribuição
e imageamento em modelos experimentais de infecção e inflamação. 2016. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN.
MARINA BICALHO SILVEIRA. Fluorcolina (18F) como marcador molecular de viabilidade tumoral: estudos préclínicos.
2016. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
NATHALIA MARINS FERNANDES CAMPOS. Seleção de aptâmeros para o antígeno carcino-embrionário (CEA) por
CE-SELEX. 2015.Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
MIRIAN DE FÁTIMA VIANNA LEONEL. Aptâmeros anti-CEA marcados com 99mTc: estudos de encapsulamento em
lipossomas pH-sensíveis de circulação prolongada, biodistribuição e imageamento. 2015. Mestrado, PPG-
CDTN/CNEN
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
47

SAÚDE
METROLOGIA DAS RADIAÇÕES X, BETA, GAMA E NÊUTRONS
Nesta linha de pesquisa, além de buscar maior
conhecimento das características dosimétricas de
detectores de radiação, são desenvolvidos
projetos em metrologia das radiações visando
aumentar a confiabilidade metrológica das
grandezas dosimétricas para proteção tanto de
trabalhadores quanto de pacientes expostos à
radiação.
Câmara de extrapolação é uma câmara cavitária
de ionização cujo volume sensível pode ser
ajustado variando a distância entre os eletrodos;
embora este volume possa ser reduzido a dimensões
muito pequenas para permitir a utilização do
método de extrapolação, ele é suficientemente
grande para produzir influências no campo de
radiação, alterando de forma significativa os
valores de dose absorvida medidos. O objetivo
principal deste trabalho foi a caracterização
metrológica coerente e confiável de uma câmara
de extrapolação PTW modelo 23392, como um
medidor absoluto de dose absorvida na profundidade
de 0,07 mm no tecido, em campos de
radiação beta e em feixes de raios X com energias
inferiores a 30 keV.
Em campos de radiação beta de
90Sr/ 90Y, 85Kr e
241
Pm gerados no Sistema Padrão Secundário Beta
(BSS2), experimentos foram realizados para
quantificar parâmetros relativos às grandezas de
influência nas medidas com a câmara de extrapolação,
como: a curva de saturação, o espaçamento
nulo real, a intensidade do campo elétrico, a
influência da temperatura, umidade e volume nas
medidas e o fator de transmissão (Fig 1). Tais
parâmetros permitiram a determinação absoluta
da dose absorvida no tecido na profundidade de
0,07 mm e, consequentemente do equivalente de
dose individual Hp(0,07), representativo da pele e
de estudos da sua variação angular (Fig 2).
Por meio de simulação pelo método de Monte
Carlo, tanto do sistema de irradiação quanto da
câmara de extrapolação PTW modelo 23332 (Fig 3),
foram determinados fatores de correção para a
presença da câmara em campos de radiação de
baixas energias de 10 a 30 keV produzidos por
feixes de raios X de referência ISO 4037 séries L e N
(Tab 1).
Fig 1: Sistema de medida da dose absorvida em tecido,
com a câmara de extrapolação, em campos de
radiação beta do BSS2.
Fig 2: Variação angular da dose absorvida na
superfície do tecido, em campos de radiação beta.
Fig 3: Modelo simulado pelo código MCNPX da câmara
de extrapolação PTW 23332.
48
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Metrologia das radiações X, beta, gama e nêutrons
Radiação X de referência L10 L20 L30 N10 N15 N20 N25 N30
Dose absorvida no ar sem a presença
da câmara de ionização (µGy) 9,99 5,80 0,42 62,2 55,9 50,3 19,3 8,01
Dose absorvida no ar sem a presença
da câmara de ionização (µGy) 9,79 5,31 0,332 59,5 50,2 44,1 18,5 7,32
Fator de correção 1,022 1,094 1,277 1,044 1,115 1,140 1,046 1,093
Tab 1: Doses absorvidas no ar e fator de correção da influência da câmara de extrapolação PTW 23332,
para diferentes radiações X de referência da ISO.
Com a demanda de monitoração do cristalino, em
situações de exposições ocupacionais, causada
pela redução do limite de dose equivalente
estabelecida pela autoridade regulatória, estudos
foram realizados para, usando a câmara de extrapolação,
determinar os valores do equivalente de
dose na profundidade de 3 mm, Hp(3). Isto permitiu
estabelecer o procedimento de calibração dos
TM
dosímetros EYE-D com detectores termoluminescente
tipo MCP-N LiF:Mg,Cu,P e, consequentemente,
a implantação da monitoração dos trabalhadores
(Fig 4 e 5).
A utilização da combinação anodo-filtro de
Molibdênio-Molibdênio (Mo-Mo) foi considerada
ideal para mamografia convencional por muitos
anos, porém, com o advento da tecnologia digital e
da tomossíntese de mama, foram introduzidos,
para uso clínico, equipamentos com tubos de raios
X com alvo de tungstênio (W) e ródio (Rh) e filtros
adicionais de alumínio (Al), Mo, Rh, prata (Ag) e
outros.
Neste trabalho, estudou-se a influência na determinação
da Dose Glandular Média em feixes
mamográficos realizada por alguns dosímetros
calibrados em diferentes condições.
O estudo foi feito com duas câmaras de ionização
RC6-M Radcal, um detector de semicondutor
Unfors Xi MAM e um sensor Accu-Gold Radcal
AGMS-M, que foram calibrados nas qualidades de
feixes de referência de 28, 30 e 35 kV para as
combinações W-Al, W-Mo e Mo-Mo, implantadas
no Laboratório de Calibração de Dosímetros (Fig 6).
Os resultados indicaram diferenças na Dose
Glandular Média de até 19,0%, dependendo do
detector e da condição de calibração utilizados
(Tab 2 - Página seguinte).
Fig 4: Sistema de calibração de dosímetros, em campos de
radiação beta, para monitoração do cristalino.
Fig 5: Resultados de monitoração do cristalino de
trabalhadores expostos à radiação.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
49

Metrologia das radiações X, beta, gama e nêutrons
procedimentos. Isto significa que todos os sistemas
de dosimetria terão que ser calibrados e
estudados quanto ao desempenho em termos de
Hp(d) ou H*(d). Neste trabalho, foi demonstrada a
confiabilidade metrológica dos procedimentos do
LCD/CDTN, para calibrar e testar dosímetros
individuais em termos de Hp(10) (Fig 7).
Fig 6: Sistema de raios X para calibração de dosímetros
contra a câmara padrão RC6-M nas radiações de
Radiação de
referência de
calibração
W-Mo 35
(0,04 mmMo)
referência para mamografia.
Dose Glandular Média no feixe de
Mo - Rh 35 do mamógrafo (mGy)
Dosímetro
1
2,09
(±2,8%)
Dosímetro
2
2,29
(±2,7%)
Dosímetro
3
1,94
(±2,7%)
Os resultados alcançados e a acreditação na
ABNT/ISO/17025 pelo INMETRO, levaram o
LCD/CDTN a participar, junto com o Laboratório
Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes
(LNMRI/IRD) nas irradiações de dosímetros dos
SMIE, na 1ª Avaliação Brasileira em termos de
Hp(10), promovida pelo Comitê de Avaliação dos
Serviços de Calibração e Ensaios (CASEC/IRD). O
SMIE/CDTN obteve a aprovação do CASEC
quanto ao seu desempenho na avaliação de Hp(10)
(Fig 8).
W-AI 35
(0,3 mmAl)
2,07
(±4,2%)
2,33
(±4,1%)
2,05
(±4,1%)
Mo-Mo 35
(0,03 mmMo)
2,12
(±1,9%)
2,30
(±1,7%)
2,20
(±1,7%)
Tab 2: Comparação entre medidas da Dose Glandular Média
em feixes de mamografia, com três sistemas dosimétricos.
Radiações X e gama estabelecidas para a calibração
de dosímetros foram reproduzidas e caracterizadas,
em termos de kerma no ar, no Laboratório
de Calibração de Dosimetros (LCD/CDTN) com
dosímetros padrões de alta confiabilidade metrológica
e rastreados ao sistema internacional de
medidas.
Fig 7: Arranjo experimental do LCD/CDTN, para irradiação
dos dosímetros de teste de confiabilidade metrológica,
em feixes de raios X, em termos de Hp(10).
Condições padronizadas das radiações de referência
permitem converter as medidas de Kerma
no Ar para o Equivalente de Dose Individual, Hp(d),
e Equivalente de Dose Ambiente, H*(d), na profundidade
de 0,07; 3 ou 10 mm, representando a pele,
o cristalino e o tórax humano, usando simuladores
físicos padrões.
Em 2018, o Brasil adotou oficialmente tais grandezas
de monitoração, requerendo que tanto os
Laboratórios de Calibração quanto os Serviços de
Monitoração Individual (SMIE) as adote em seus
Fig 8: Aprovação do desempenho do SMIE/CDTN
na 1ª avaliação brasileira em termos de Hp(10).
50 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Metrologia das radiações X, beta, gama e nêutrons
A exposição a campos de radiação neutrônica
afeta inúmeros trabalhadores da área de mineração,
prospecção de petróleo e gás natural, de
indústrias diversas e de instalações radiativas e
nucleares. Tem sido fundamental a formação de
competência técnica na área de dosimetria de
nêutrons considerando-se a demanda futura de
profissionais para o licenciamento e operação
segura das usinas nucleares previstas para serem
construídas no Brasil nos próximos anos, a construção
do Reator Multipropósito Brasileiro para
produção de radioisótopos para medicina nuclear
e os investimentos crescentes na área de tecnologia
espacial.
Fig 9: Modelo computacional do cíclotron e
casamatas de concreto.
A modelagem computacional de campos de
radiação e sistemas dosimétricos permite o realizadas utilizando o método de irradiações
aumento da confiabilidade metrológica de medi- intermitentes para conciliar as medidas com a
ções realizadas. Uma vez validados, esses mode- rotina de produção do
18F.
los computacionais podem ser utilizados para
A espectrometria neutrônica é importante para a
avaliar a influência de diferentes parâmetros nas
completa caracterização do campo de radiação.
medições. Estudos foram realizados sobre mode-
Espectrômetros de multiesferas de Bonner (BSS)
lagem computacional do cíclotron do CDTN,
são normalmente utilizados para espectrometria
especialmente dos espectros neutrônicos gerade
nêutrons. O conhecimento da matriz de resposdos
pela produção do N-13, utilizando-se o código
ta desses espectrômetros é essencial. A matriz de
MCNPX versão 2.7 com as bibliotecas de dados
resposta do sistema BSS com detector cintilador
nucleares ENDF/B-VII (Fig 9).
de iodeto de lítio (
6LiI(Eu)), disponível na
O campo de radiação neutrônica ao redor do Universidade Politécnica de Madri (UPM), foi obtida
cíclotron do CDTN também foi avaliado utilizando utilizando o código MCNPX. A matriz obtida para
o método de análise por ativação neutrônica com seis esferas e o detector desnudo, foi utilizada para
folhas de ativação de ouro, ouro-cádmio, índio e obtenção dos espectros neutrônicos total e direto
níquel. As irradiações das folhas de ativação foram (Fig 10)
Fig 10: Comparação dos espectros neutrônicos obtidos nos pontos estudados no
cíclotron do CDTN para o termo fonte posicionado no alvo 1..
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
51

Produção científica e tecnológica
Artigos
CAMPO, X., MÉNDEZ, R., LACERDA, M. A. S., GARRIDO, D., EMBID, M., & SANZ, J. Experimental evaluation of neutron
shielding materials. Radiation protection dosimetry, 180, 382-385, 2018
MÉNDEZ-VILLAFAÑE, R., LACERDA, M. A. S., CAMPO, X., LORENTE, A., IBAÑEZ, S., GALLEGO, E., & VEGA-CARRILLO, H. R.
Neutron spectra from Neutron Standards Laboratory (LPN/CIEMAT) sources with two Bonner sphere spectrometers.
Radiation Physics and Chemistry. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2018.06.015, 2018
GUIMARÃES, M. C.; SILVA, C. R. E.; ROSADO, P.H.G.; CUNHA, P.G. ; DA SILVA, T. A. Reliability of an x-ray system for calibrating
and testing personal radiation dosimeters. Journal of Physics. Conference Series (Print), v. 975, p. 012039, 2018
LACERDA, M.A.S., MÉNDEZ-VILLAFAÑE, R., LORENTE, A., IBAÑEZ, S., GALLEGO, E., & VEGA-CARRILLO, H.R. A new
response matrix for a 6LiI scintillator BSS system. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A:
Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, v. 868, p. 122-128, 2017
BASTOS, F.M.; DA SILVA, T.A. - Characterization of an extrapolation chamber for dosimetry of low energy x-ray beams.
World Academy of Science, Engineering and Technology (Online), v. 10, p. 478-481, 2016
FIGUEIREDO, M.T.T.; BASTOS, F.M.; DA SILVA, T.A. Determination of true null electrode spacing of an extrapolation
chamber for x-ray dosimetry. Journal of Physics. Conference Series (Print), v. 733, p. 012093-5, 2016
REYNALDO, S.R. ; BENAVENTE C., J.A.; DA SILVA, T.A. Verification of absorbed dose rates in reference beta radiation
fields: measurements with an extrapolation chamber and radiochromic film. Applied Radiation and Isotopes JCR, v. 117, p.
82-85, 2016
DA SILVA, T.A.; GUIMARÃES, M.C.; MEIRELES, L.S.; TELES, L.L.D.; LACERDA, M.A.S. Reliability of eye lens dosimetry in
workers of a positron emission tomography radiopharmaceutical production facility. Applied Radiation and Isotopes, v.
117, p. 70-73, 2016
GUIMARÃES, M.C.; SILVA, C.R.E.; OLIVEIRA, P.M.C.; DA SILVA, T.A. On the response of electronic personal dosimeters in
constant potential and pulsed x- ray beams. Journal of Physics. Conference Series (Print), v. 733, p. 012094-6, 2016
FARIA, F.P.; REYNALDO, S.; FONSECA, T.C.F.; M.A.S.; DA SILVA, T.A. - Monte Carlo Simulation Applied to the
Characterization of an Extrapolation Chamber for Beta Radiation Dosimetry. Radiation Physics and Chemistry (1993) JCR,
v. 116, p. 226-230, 2015
BASTOS, F.M.; SILVA, T. A. DA. - Estudo da dependência energética de uma câmara de extrapolação em feixes de raios-X
de baixa energia. Brazilian Journal of Radiation Sciences, v. 3, p. 1-10, 2015
FERREIRA, H.R., SANTOS, A., Preparation and characterization of a sol–gel process α-Al2O3 polycrystalline detector,
Radiation Protection Dosimetry, v. 163, no. 2, p. 166–172, 2015
BENAVENTE, J. A., VEGA-CARRILLO, H. R., LACERDA, M. A. S., FONSECA, T. C. F., FARIA, F. P., & DA SILVA, T. A.. Neutron
spectra due 13N production in a PET cyclotron. Applied Radiation and Isotopes, v. 99, p. 20-24, 2015
Dissertações e teses
MARCUS TADEU TANURI DE FIGUEIREDO. Padronização Primária de Feixes de Raios X de Referência ISO 4037, em
Energias Inferiores a 100 keV, com uma Câmara de Extrapolação. 2018. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
VIVIAN CARLA ROCHA NETTO BIANCHI. Confiabilidade metrológica na dosimetria de campos de raios-X usados em
mamografia. 2018. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
ÂNGELA MOREIRA MARQUES DOS SANTOS. Estudo e caracterização de detectores cerâmicos de óxido de alumínio.
2017. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
JHONNY ANTONIO BENAVENTE CASTILLO. Mapeamento do Fluxo e Estimativa do Termo Fonte de Radiação de
Campos Neutrônicos Gerados pelo Cíclotron GE PETTRACE-8. 2017. Doutorado. UFMG
LUCIANA LUIZA DUARTE TELES. Confiabilidade metrológica dum sistema padrão para calibração e ensaios de
desempenho de dosímetros para monitoração de extremidade e do cristalino em campos de radiação beta. Início: 2017.
Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
CLAUDETE ROBERTA EVANGELISTA SILVA. Estudo e Desenvolvimento de Método Óptico para Avaliação de
Dosímetros de Alumina. 2016. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
FERNANDA MARTINS BASTOS. Caracterização de feixes de raios-X de baixa energia com uma câmara de extrapolação.
2015. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
SIBELE REIS REYNALDO. Caracterização de uma câmara de extrapolação como padrão primário para medições de dose
absorvida em campos de radiação beta. 2015. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
52
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

SAÚDE
PROTEÇÃO RADIOLÓGICA DE TRABALHADORES
E PACIENTES EXPOSTOS À RADIAÇÃO
doses absorvidas e doses efetivas comprometidas
devido à deposição de radionuclídeos no interior
do corpo humano. Este projeto teve como objetivo
desenvolver e aprimorar sistemas e metodologias
para monitoração in vivo e para dosimetria de
novos radiofármacos e em casos de contamina-
ção.
No período de 2015 a 2018, foram produzidos
quatro fantomas físicos para ampliar as condições
de dosimetria interna de trabalhadores.
O fantoma Pet-Bomab possibilitou a calibração do
contador de corpo inteiro (CCI) do Laboratório de
Dosimetria Interna (LDI), para energias na faixa de
300 keV a 1200 keV. Os fantomas de cabeça (Fig 1)
possibilitaram o estudo experimental das incerte-
zas associadas a variações anatômicas e a melhoria
da confiabilidade dos resultados das monitora-
ções para detecção de contaminação interna com
18F-FDG, realizadas no LDI.
O crescente uso das radiações ionizantes nas
diversas atividades humanas, tanto na indústria
quanto na medicina, associado a adoção de novas
tecnologias, tem aumentado a preocupação e a
necessidade de pesquisas e desenvolvimentos
que assegurem que os benefícios para o indivíduo
ou para a sociedade sejam suficientes para
compensar os riscos de efeitos biológicos danosos
à saúde humana causados pelas radiações.
Nesta linha de pesquisa, são desenvolvidas
técnicas e realizados estudos para quantificar as
grandezas dosimétricas para proteção tanto dos
trabalhadores, devido as práticas que os expõem
às radiações, quanto dos pacientes submetidos a
exames para fins de diagnóstico ou de terapia de
doenças.
A dosimetria interna pode ser definida como um
conjunto de metodologias para estimar a atividade
incorporada de radionuclídeos e para calcular
a b c d
Fig 1: Fantomas físicos desenvolvidos para dosimetria interna (esquerda para direita): Cabeça de neonato (a), cabeça de adulto
22
com Na (b), cabeça de referência (c) da International Commission On Radiological Protection (ICRP)
e fantoma Pet-Bomab para calibração do sistema Contador de Corpo Inteiro (d).
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
53

Proteção radiológica de trabalhadores e pacientes expostos à radiação
Fig 2: Fantomas computacionais desenvolvidos ou implementados no LDI para o estudo
das incertezas associadas aos sistemas de medição in vivo.
Foram realizados estudos das fontes de incertezas de coeficientes de calibração sem a necessidade
e a determinação de fatores de calibração para de construção de modelos físicos.
sistemas de monitoração "in vivo". Diversos fanto-
Metodologias para dosimetria computacional de
mas computacionais desenvolvidos no LDI ou por
radiofármacos foram desenvolvidas e validadas
instituições parceiras foram implementados para o 18 18
para F-FCH e da F-FLT utilizando os fantomas
código MCNP. Esses modelos viabilizaram a
voxelizados de referência da ICRP. Deu-se início a
avaliação das incertezas associadas aos sistemas
estudos dosimétricos da cisplatina marcada e do
de monitoração in vivo do LDI, assim como o 18
uso pediátrico do F-FDG. Um fantoma de camunestudo
de novas geometrias de contagem mais
dongo também foi construído para dosimetria em
eficientes. Além disso, possibilitam a determinação
ensaios pré-clínicos (Fig 3).
a b c d
18
Fig 3: (a, b e c) Imagens 2D de estudos dosimétricos dos radiofármacos (esq para dir.): F-FDG,
18
Cisplatina ativada e Na F. (d) Fantoma computacional de camundongo para ensaios pré-clínicos.
54
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Proteção radiológica de trabalhadores e pacientes expostos à radiação
O objetivo deste projeto é desenvolver e metodo- dosimetros termoluminescentes inseridos na
logias e sistemas de dosimetria para garantir o posição dos órgãos de interesse (Fig 4). O simulacontrole
de qualidade nos serviços da área da dor foi digitalizado seguindo o protocolo clínico
saúde, contribuindo com a proteção radiológica definido para tomografia computadorizada de
nas instalações dos hospitais e clínicas, apoiando a tórax com um scanner de 16 MDCT (GE Healthcare,
Vigilância Sanitária do Estado de Minas Gerais BrightSpeed 16 Select). Os resultados apresenta-
(VISA/MG), aumentando a formação de profissio- dos na Tabela 1 evidenciaram a redução significannais
e instituindo novas parcerias, visando uma te das doses absorvidas nos órgãos selecionados,
maior integração nesta área.
causada pela presença da blindagem de bismuto;
A avaliação da blindagem de bismuto, para
porém, a influência do bismuto na qualidade da
redução da dose absorvida em órgãos durante
imagem deve ainda ser investigada.
exames de tomografia computadorizada (TC), tem Desde a implantação da Portaria 453 em 1998 e do
sido o objeto de uma série de estudos recentes. A Guia de Radiodiagnóstico Médico em 2005,
proposta deste estudo foi determinar, com preci- poucos esforços têm sido realizados no sentido de
são, a redução da dose absorvida na mama, que se revisar os Níveis de Referência de Dose (NRD)
não é um órgão de interesse em exames de TC de e m e x a m e s d e r o t i n a e m T o m o g r a f i a
tórax.
Computadorizada. Os NRDs adotados no Brasil são
Medidas foram obtidas utilizando-se um simulador
dados em termos da Dose Média em Múltiplos
antropomórfico feminino Alderson Rando® com
Cortes (MSAD), representando a dose média em
um corte no centro da câmara de ionização tipo
lápis, relativa a uma série de cortes tomográficos.
Os valores do MSAD são 50 mGy para a cabeça, 35
mGy para a coluna lombar e 25 mGy para o abdome
em um paciente adulto típico.
Fig 4: Simulador feminino Alderson Rando® posicionado
na unidade de tomografia computadorizada.
Neste estudo, foi feito um levantamento inicial dos
níveis de MSAD no Estado de Minas Gerais para 27
cidades. Os dados foram obtidos por meio de uma
amostragem dos relatórios de testes de constância
em TC, que foram realizados pelos profissionais
cadastrados pela VISA/MG (Fig 5). Observou-se
que a cidade 27 apresentou os maiores índices de
dose para os exames de crânio e abdômen,
enquanto a cidade 5 apresentou os maiores
índices para o exame de coluna lombar.
Orgão
Pulmão direito
Pulmão esquerdo
Tireóide
Mama direita
Mama esquerda
Dose absorvida no
órgão (mGy)
Sem
bismuto
Com
bismuto
Variação
máxima (%)
11,5 6,2 46,1
12,5 6,4 48,8
24,3 12,2 49,8
8,3 5,8 30,1
8,2 5,7 30,5
Tab 1: Redução das doses absorvidas em órgãos, pelo uso
do bismuto, em exame de tórax por TC.
Fig 5: Distribuição das Doses Médias em Múltiplos Cortes para
exames por tomografia computadorizada, em cidades
de Minas Gerais.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
55

Proteção radiológica de trabalhadores e pacientes expostos à radiação
No Brasil, os testes de controle de qualidade e a
dosimetria para mamografia convencional são
estabelecidos pela Portaria nº 453 do Ministério da
Saúde e pela Agência Nacional de Vigilância
Sanitária (ANVISA).
Para os sistemas digitais, radiografia computadorizada
e radiografia direta e Tomossíntese de mama,
não existe um protocolo nacional. Assim, adota-se
os testes de controle de qualidade estabelecidos
por protocolos internacionais, como o da Comissão
das Comunidades Européias e o da Sociedade
Espanhola de Física Médica.
Neste projeto foi realizada a aplicação e o desenvolvimento
de sistemas para controle de qualidade
em mamografia nos serviços de mamografia
em Minas e outros estados do Brasil.
Foram analisadas imagens de pacientes objetivando
o cálculo da Dose Glandular Média (DGM)
individualizada, bem como a avaliação da qualidade
da imagem, utilizando simuladores em equipamentos
de mamografia digital e em tomossíntese
de mama.
Fig 6: Comparação da Dose Glandular Média (DGM)
em mamografia digital e tomossíntese de mama.
Resultados dos valores de DGM e de outros testes
de qualidade da imagem, que foram feitos em
vários equipamentos de diferentes marcas,
servirão para a elaboração do protocolo brasileiro
de tomossíntese de mama.
Na Figura 6 apresentamos resultados da dose
glandular em pacientes comparando a mamografia
digital e tomossíntese de mama. Na Figura 7 são
apresentados os valores da dose glandular para
pacientes, em função da idade. Observa-se pelos
graficos que uma maior dose é dado no exame de
tomossíntese de mama (Fig 6) e também pode ser
visto pela figura 7 que mulheres mais jovens
recebem uma dose relativamente maior no exame
de tomossintese. Embora isso aconteça, a tomossintesse
é um exame muito mais preciso já que o
médico poderá ter uma melhor localização da
lesão na mama, por ser um exame 3D.
Fig 7: Variação com a idade da paciente da
Dose Glandular Média em Tomossintese de mama.
56
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Artigos
ALONSO, T.C.; MOURÃO FILHO, A.P.; DA SILVA, T.A. Measurements of air kerma index in computed tomography: A
comparison among methodologies. Applied Radiation and Isotopes , v. 138, p. 10-13, 2018
MENDES, B.M.; FERREIRA, A.V.; NASCIMENTO, L.T.C.; FERREIRA, S.M.Z.M.D.; SILVEIRA, M.B.; SILVA, J.B. New Radiation
Dosimetry Estimates for [ 18 F]FLT based on Voxelized Phantoms. Radiation Research, v. 190, p. 37-44, 2018
MENDES, B.M.; FONSECA, T.C.F.; TRINDADE, B.M.; CAMPOS, T.P.R. Desenvolvimento de protocolos de dosimetria
interna empregando o código MCNPx e fantomas voxelizados de referência da ICRP 110. Brazilian Journal of Radiation
Sciences, v. 5, p. 1-14, 2017
MENDES, B.M.; ALMEIDA, I G.; TRINDADE, B.; FONSECA, T.C.F.; CAMPOS, T.P.R. Development of a mouse computational
model for MCNPx based on Digimouse (r) images and dosimetric assays. Brazilian Journal of Pharmaceutical
Sciences (online), v. 53, p. 1-12, 2017
FONSECA, T.C.F.; MENDES, B.M.; HUNT, J.G. Simulation of internal contamination screening with dose rate meters.
Radiation Physics and Chemistry, v. 00, p. 1-4, 2017
PAIVA, F.G.; MENDES, B.M.; LACERDA, M.A.S.; PINTO, J.R.; PRATES, S.; NASCIMENTO FILHO, N.; DANTAS, B.M.;
DANTAS, A.L.; FONSECA, T.C.F.; DA SILVA, T.A. Calibration of the LDI/CDTN Whole Body Counter using two physical
phantoms. Brazilian Journal of Radiation Sciences, v. 5, p. 1-9, 2017
COSTA, K.C.; GOMEZ, A.M.L; ALONSO, T.C.; MOURAO, A.P. Radiochromic film calibration for the RQT9 quality beam.
Radiation Physics and Chemistry , v. 140, p. 370-372, 2017
DE OLIVEIRA, P.M.C.; DO CARMO SANTANA, P.; DE SOUSA LACERDA, M.A.; DA SILVA, T.A. Radiation levels and image
quality in patients undergoing chest X-ray examinations. Radiation Physics and Chemistry , v. 140, p. 305-308, 2017
SANTOS, J.C.; TOMAL, A.; FURQUIM, T.A.; FAUSTO, A.M.F.; NOGUEIRA, M.S.; COSTA, P.R. Technical Note: Direct
measurement of clinical mammographic x-ray spectra using a CdTe spectrometer. Medical Physics, v. 44, p. 3504,
2017
PAIVA, F.G.; OLIVEIRA, A.H. DE; MENDES, B.M.; PINTO, J.R.; NASCIMENTO FILHO, N.A.; DANTAS, B. M.; DANTAS, A.L.A.;
SILVA, T.A. DA; LACERDA, M.A.S.; FONSECA, T.C.F. Improvement of the WBC calibration of the Internal Dosimetry
Laboratory of the CDTN/CNEN using the physical phantom BOMAB and MCNPX code. Applied Radiation and
Isotopes, v. 117, p. 123-127, 2016
ALONSO, T.C.; MOURÃO, A.P.; SANTANA, P.C.; DA SILVA, T.A. Assessment of breast absorbed doses during thoracic
computed tomography scan to evaluate the effectiveness of bismuth shielding. Applied Radiation and Isotopes , v.
117, p. 55-57, 2016
PAIXÃO, L.; OLIVEIRA, B.B.; OLIVEIRA, M.A.; TEIXEIRA, M.H.A.; FONSECA, T.C.F.; NOGUEIRA, M.S. New method for
generating breast models featuring glandular tissue spatial distribution. Radiation Physics and Chemistry (1993), v. 119,
p. 200-206, 2016
VILORIA-BARRÁGAN, C.M.; PAIXÃO, L.; SANTANA, P.; LEYTON, F.; NOGUEIRA, M.S. Validação de um programa
semiautomática para a avaliação de microcalcificações em um phantom de mama. Scientia Plena, v. 12, p. 1, 2016
ZENOBIO, M.A.F.; ZENOBIO, E.G.; DA SILVA, T.A.; NOGUEIRA, M.S. Effective atomic numbers (Zeff) of based calcium
phosphate biomaterials: a comparative study. Applied Radiation and Isotopes, v. 117, p. 15-19, 2016
Santana, P.C.; Oliveira, P.M.C.; Mamede, M.; Silveira, M.C.; Aguiar, P.; Real, R.V.; Silva, T.A. Ambient radiation levels in
positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) imaging center. RB. Radiologia Brasileira (Impresso),
v. 48, p. 21-25, 2015
BERALDO OLIVEIRA, B.; PAIXÃO, L.; DONATO DA SILVA, S.; TEIXEIRA, M.H.A.; NOGUEIRA, M.S. Comparison of mean
glandular dose values provided by a digital breast tomosynthesis system in Brazil. Applied Radiation and Isotopes, v.
100, p. 91-95, 2015
DA SILVA, S.D.; JOANA, G.S.; OLIVEIRA, B.B.; DE OLIVEIRA, M.A.; LEYTON, F.; NOGUEIRA, M.S. Dosimetry and image
quality in digital mammography facilities in the State of Minas Gerais, Brazil. Radiation Physics and Chemistry (1993), v.
116, p. 292-299, 2015
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
57

Produção científica e tecnológica
LEYTON, F.; NOGUEIRA, M. D. S.; DANTAS, M.; DURAN, M. P.; UBEDA, C. Mean glandular dose in six digital mammography
services in Santiago, Chile: preliminary reference levels. Radiation Protection Dosimetry, v. 1, p. 1, 2015
MOURAO, A.P.; SANTANA, P.C.; DA SILVA, T.A.; ALONSO, T.C. Utilização do filme radiocrômico para registro da
variação do perfil de dose em varredura de TC de tórax. Revista Brasileira de Física Médica (Online), v. 9, p. 2-5, 2015
PAIXÃO, L.; OLIVEIRA, B.B.; VILORIA, C.; OLIVEIRA, M.A.; TEIXEIRA, M.H.A.; NOGUEIRA, M.S. Monte Carlo derivation of
filtered tungsten anode X-ray spectra for dose computation in digital mammography. RB. Radiologia Brasileira
(Online), v. 48, p. 363-367, 2015
A SILVA, T. A. Neutron spectra due 13N production in a PET cyclotron. Applied Radiation and Isotopes, v. 99, p. 20-24,
Dissertações e teses
BRUNO MELO MENDES. Dosimetria Computacional e Estimativa de Risco de Câncer Radioinduzido: Estudos em
Radioterapia de Mama, Radiofármacos e Contaminação Interna. 2017. Doutorado, Departamento de Engenharia
Nuclear-UFMG
FÁBIO SABARÁ DIAS. Avaliação do desempenho de equipamentos de raios X diagnóstico em instalações do estado
de Minas Gerais. 2017. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
KÁTIA DUARTE VITAL. Desenvolvimento de um simulador físico de cérebro para dosimetria interna de trabalhadores
sujeitos a contaminação com 18F-FDG. 2018. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
RENATO HIDEO KAWAMOTO. Dosimetria e qualidade da imagem de pacientes em exames radiográficos de tórax e
seios da face em unidades de pronto atendimento de Belo Horizonte. 2017. Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
CAROLINA MARCELA VILORIA BARRAGÁN. Desenvolvimento de algoritmos para avaliação do simulador phantom
mama para o controle de qualidade em mamografia. 2016. Doutorado, Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
KÁTIA PEDROSA DE FIGUEIREDO E SILVA. Dose, risco e qualidade da imagem em tomografia multslice. 2016.
Mestrado, PPG-CDTN/CNEN
THÊSSA CRISTINA ALONSO. Dosimetria em tomografia computadorizada e avaliação das doses em órgãos em
varreduras de tronco. 2016. Doutorado, Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
LUCAS PAIXÃO REIS. Cálculo dos fatores de conversão para dose glandular média em mama através do método de
Monte Carlo. 2015. Doutorado, PPG-CDTN/CNEN
58
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

DESTAQUE CDTN
A RADIAÇÃO GAMA PARA AGREGAR VALOR E
MELHORAR A QUALIDADE DE VIDA
O Laboratório de Irradiação Gama (LIG) do CDTN é
equipado com um irradiador panorâmico com
fonte armazenada a seco e projetado para processar
pequenos volumes de diferentes produtos.
Trata-se da utilização do Cobalto 60, uma fonte de
energia segura e eficiente para o processamento
com a radiação gama. O sucesso dessa tecnologia
está associado à simplicidade e consistência do
processo natural de decaimento radioativo que
emite raios gama, e estes transportam energia
utilizada em diversas aplicações como:
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
esterilização de produtos médicos e farmacêuticos;
modificação de produtos industriais como
polímeros e outros derivados sintéticos;
modificação ou indução de cores em gemas
como topázio, a turmalina, o diamante e o
quartzo;
tratamento de alimentos;
desinfestação de frutas e grãos, substituindo a
fumigação química;
conservação de obras de arte pela eliminação
de fungos e insetos;
tratamento de sangue e hemoderivados
destinados a transplantes para previnir o
aparecimento de rejeições em pacientes
imunodeprimidos
O LIG recebe estudantes para apresentar
os benefícios da radiação gama
Pedras e gemas radiadas no LIG: geração de
oportunidades para dezenas de pequenos empresarios.
Além desses, são realizados vários estudos ao
longo dos anos que potencializa a descobertas dos
seus crescentes benefícios. Sem emissões tóxicas
e sem impactos na qualidade do ar ou da água e
sem resíduos prejudiciais, a radiação gama é
ambientalmente mais aceitável que outros
métodos de esterilização.
O LIG está em atividade no CDTN desde 2002 e é
uma importante unidade do Centro, sendo determinante
na geração de beneficios para milhares
pessoas ao longo dos anos.
São realizados aplicações para o tratamento
de sangue e hemoderivados destinados a transplantes.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
59

60 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

TECNOLOGIA
MINERAL
O CDTN dedica-se à investigação de processos
geoquímicos que originaram as jazidas de
urânio e minerais estratégicos e ao desenvolvimento
de estudos de caracterização química,
mineralógica, microquímica mineral e de
elementos traços em minérios e rochas.
Tem forte atuação no desenvolvimento de
processos de beneficiamento mineral de
minérios radioativos e convencionais, utilizando,
em especial, a técnica de flotação em
colunas.
Na metalurgia extrativa, tem investido em
estudos no aproveitamento de metais de
valor contidos em minérios, concentrados e
efluentes industriais utilizando técnicas de
troca iônica, extração por solventes, lixiviação
e precipitação. Destacam-se os estudos para
a separação e concentração de zircônio e
háfnio, elementos de terras raras (ETRs),
urânio e tório.
O setor oferece suporte à mitigação e remediação
de impactos ambientais resultantes
das atividades de metalurgia e mineração.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
61

TECNOLOGIA MINERAL
DESENVOLVIMENTO DO PROCESSO DE
PRODUÇÃO DE ESPONJA DE ZIRCÔNIO
através de um Projeto Encomenda FINEP. Além do
desenvolvimento do processo metalúrgico,
destaca-se ainda, a promoção da inovação e o
desenvolvimento de materiais, componentes,
equipamentos e processos, bem como a qualifica-
ção de recursos humanos.
O projeto abordou duas linhas de pesquisas sendo
o “Desenvolvimento do processo de produção de
esponja de zircônio” e o “Desenvolvimento do
processo de produção de tubos extrudados e
tubos sem costura”. A primeira linha estudou a
produção de óxido de zircônio a partir do minério
zirconita, e a sua execução ficou a cargo do CDTN.
Para este estudo, duas técnicas de separação do
par Zr/Hf foram adotadas; i) a técnica de troca
iônica e ii) e a técnica de extração por solventes. A
extração por solventes foi a que se mostrou mais
promissora, gerando um produto de zircônio de
grau nuclear.
O licor utilizado no estudo foi obtido a partir da
fusão alcalina e lixiviação com água da zirconita, e
posterior dissolução da massa fundida com ácido
nítrico. Os resultados indicaram que é possível
obter o óxido de zircônio nuclear usando o tributil-
fosfato (TBP) como extratante e um licor nítrico de
elevada acidez. O estudo de extração por solven-
tes foi composto por duas etapas; experimentos
em batelada para seleção das melhores condições
além de experimentos contínuos realizados em
circuito de misturadores/decantadores em contra
corrente (Fig 1). Como fase orgânica, foi utilizado
TBP diluído em dodecano e a reextração foi
realizada com solução de ácido sulfúrico de
zircônio.
Nas usinas nucleares comerciais, o combustível
usado deve ser revestido com materiais especiais
com o objetivo de confinar a radioatividade. As
ligas de zircônio (Zr) se destacam na aplicação
como material de revestimento devido à elevada
resistência mecânica, resistência a altas temperaturas
e pressão, elevada resistência à corrosão e
baixa seção de choque para nêutrons térmicos. A
esponja de Zr de grau nuclear é o principal compo-
nente estrutural presente no elemento combustí-
vel de reatores de potência de grande porte, como,
por exemplo; nas varetas combustíveis, nas grades
e molas. É matéria-prima necessária e primordial
na obtenção de várias ligas para combustíveis
nucleares de reatores de potência de pequeno e
médio porte, como por exemplo, as ligas U-Zr-Mo
e U-Zr-Nb.
O zircônio para ser usado em processos nucleares
está sujeito a rigorosas especificações técnicas.
Entre os requisitos está o fato de que a esponja de
zircônio para uso nuclear não deve apresentar
teores de háfnio (Hf) superiores a 100 mg Kg-¹, e no
óxido de zircônio para esse fim o limite de háfnio
deve ser de 200 mg Kg-¹. Na natureza, além do
háfnio estar sempre associado ao zircônio, existe o
agravante destes dois elementos possuírem
propriedades químicas similares, o que dificulta a
sua separação necessitando de processos elabo-
rados, constituídos de muitas etapas e cujo
conhecimento está restrito às empresas fornece-
doras.
Diante da necessidade do Brasil dominar o processo
de produção de esponja de zircônio de grau
nuclear foi proposta e realizada esta pesquisa
Fig 1: Purificação de metais pelo método de extração por solventes
62 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Processo de produção de esponja de zircônio
A Figura 2 apresenta o fluxograma do processo otimizado. A partir do reextrato gerado no circuito
contínuo obteve-se como como produto final o óxido de zircônio contendo 99% óxido de Zr e 200 mg
Kg-¹ de Hf, que atende à especificação da norma nuclear ASTM (2015), como apresentado na Tabela 1.
Orgânico (TBP)
Rafinado
Extração
1 2 3 4 5 6
Licor
Zr
Hf
Orgânico carregado
Solução de lavagem
58,6 gL -1
1,60 gL -1
Lavagem
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Solução de
lavagem
HNO 3
Orgânico carregado
Reextração
1 2 3 4 5 6
Reextrato
Zr
Hf
56 gL -1
< 0,01 gL -1
Orgânico
esgotado
Solução de
reextração
(H2SO 4)
Zr/Hf 36,6
Zr/Hf 5600
H +
4,4 molL -1
No 3-
6,0 molL -1
Fig 2: Fluxograma das etapas do processo hidrometalúrgico desenvolvido.
[World Journal of Engineering & Technology, v. 04, p. 138-150, 2016.]
Elemento
Concentração impurezas
no Oxido de ZR (mg kg
-1)
*Limite de concentração
-1
máxima (mg kg )
Hf
200
200
Si
1900 2000
Fe
Al
Ti
700

TECNOLOGIA MINERAL
EXTRAÇÃO SELETIVA DE U e Th A PARTIR DE LICOR SULFÚRICO
CONTENDO ETRs E OUTROS METAIS
A separação do Th e U das terras raras é uma etapa
importante para a obtenção do óxido de ETRs dentro
das especificações do mercado bem como no
processo de obtenção dos ETRs de elevada pureza.
Os elementos Terras Raras (ETRs) são importantes
em muitas áreas da ciência e sua aplicação na
indústria cresce ano após ano. O tório (Th) e o urânio
(U) são elementos de grande interesse na área
nuclear. Geralmente, o urânio e o tório estão presentes
em minerais de terras raras, daí sua presença nos
resíduos gerados no processamento destas. A
recuperação dos elementos acima mencionados de
fontes secundárias é importante tanto para a sustentabilidade
como para os aspectos ambientais.
Este trabalho descreve o processo de extração
seletiva de urânio e tório (Fig 1) a partir de licor
sulfúrico pela técnica de extração por solventes. O
licor foi gerado a partir da dissolução do resíduo
industrial gerado em uma mina de urânio exaurida
pertencente a INB - Indústrias Nucleares do Brasil,
Unidade de Caldas, Minas Gerais, Brasil. Os principais
constituintes do resíduo são Ca (15%), Al (8,4%), S
(6,0%), ETR (5,4%), Fe (4,1%), P (1,2%), Si (0,51%) U (0,25%)
e Th (0,03%). As variáveis investigadas foram: tipo e
concentração do agente extratante, pH da fase
aquosa, relação volumétrica entre as fases aquosa/orgânica
e tipo e concentração do agente
reextratante. Os experimentos foram realizados a
partir de um licor contendo 0,40 g/L de U, 0,10 g/L de
Th, 9,1 g/L de ETR, 16,0 g/L de Al, 7,8 g/L de Fe, 1,9
g/L de Mn, 0,75 g/L de Zn, 0,47 g/L de Ca, 0,10 g/L
de Si e 131 g/L de SO4 2-, além de outras impurezas.
Os resultados mostraram que o tório e o urânio
podem ser extraídos ou simultaneamente ou separadamente
utilizando aminas como extratantes. A
separação de Th e U pode ser realizada também a
partir do reextrato obtido na extração simultânea.
Quando se utilizou a mistura de Primene®JM-T 0,05
mol/L e Alamine®336 0,1 mol/L, obteve-se uma
extração de 94,4% de tório e 97% de urânio em um
único estágio, e fatores de separação de 142 para
Th/TR e de 292 para U/TR. A extração dos demais
metais foi inferior a 0,2%. Para proceder à extração do
tório separadamente foi utilizado o Primene®JM-T,
obtendo-se um rendimento de 94,2% de extração de
Th e um fator de separação de 151 para Th/U em um
único estágio de extração e 100% em dois estágios. O
urânio e o tório são reextraidos simultaneamente a
partir da fase orgânica carregada usando solução 1,7
mol/L de NaCl com pH ajustado para 1,2 com solução
de H2SO4. Os diagramas McCabe-Thiele de Th e U
mostram que, usando quatro estágios de reextração
(Fig 2) e uma relação de fases orgânico/aquoso igual
a 8, pode ser obtido um reextrato contendo 35 g/L de
urânio e 9 g/L de tório.
-1
Teor Urânio fase orgânica (gL )L
-1
Teor Tório fase orgânica (gL )L
-1
Teor urânio fase aquosa (gL )
-1
Teor Tório fase aquosa (gL )
4
3
2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3
8
6
4
2
0
-1
Teor urânio fase aquosa (gL )
0,10 0,15 0,20 0,25
-1
Teor Tório fase aquosa (gL )
Fig 1: Curvas de equilíbrio para a extração de U e Th
-1
Teor Urânio fase orgânica (gL )L
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
-1
Teor Tório fase orgânica (gL )L
Fig 2: Curvas de equilíbrio para a reextração de U e Th.
64
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

TECNOLOGIA MINERAL
RECUPERAÇÃO DE ELEMENTOS TERRAS RARAS DE
DRENAGEM ÁCIDA DE MINA
A separação de ETRs é conhecida por ser particularmente
difícil devido às suas similaridades
químicas e porque os métodos de separação
geralmente não são muito seletivos. Vários
métodos foram relatados para separar os ETRs dos
metais presentes em diferentes soluções aquosas.
Tais métodos incluem, troca iônica, extração por
solvente, cristalização fracionada e precipitação
fracionada. No entanto, a troca iônica é potencialmente
o melhor método capaz de separar quantitativamente
uma mistura de ETRs quando estes
estão presentes em quantidades micro.
Os experimentos foram realizados em batelada
com água da mina ácida enriquecida com ETRs na
concentração inicial de 0,33 mmol L-¹. As condições
experimentais foram: pH 1,3, 2,5 e 3,4, temperatura
25 ± 1C e resinas de troca Dowex 50WX8 e
Purolite C160.
Capacidade carregamento
Eficiencia de remoção (%)
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0.00
(mmol g -1 )
100
80
60
40
20
0
-1
Fig 1: Carregamento em mmol g (A) e % remoção (B) de
ETR pelas resinas e impurezas da solução de água
ácida enriquecida, pH = 1,3
Dowex 50WX8
Purolite C160
Y La Ce Pr Nd Sm Eu Dy Mn Ca Mg Al Zn
Y La Ce Pr Nd Sm Eu Dy Mn Ca Mg Al Zn
Esta investigação consiste na recuperação/separação
de ETRs presentes em água ácida
de mina usando resina de troca catiônica para
produzir um licor concentrado. A água ácida foi
obtida de uma mina de urânio exaurida pertencen-
te a INB - Indústrias Nucleares do Brasil, situada em
Caldas, Minas Gerais, Brasil. A remoção e recuperação
de ETRs da água ácida de mina são de grande
importância para o Brasil tanto do ponto de vista
econômico e tecnológico, promovendo conheci-
mento, sustentabilidade e competitividade na
produção desses elementos, como dos aspectos
ambientais.
Os melhores resultados foram obtidos em pH 1,3 e
estão apresentados na Figura 1.
A maior remoção foi obtida para o La, em torno de
82% para ambas as resinas. As resinas também
adsorvem entre 7 a 15% de outros elementos,
como Mn, Ca, Mg, Zn e Al, desses elementos,
considerados como impurezas. A melhor condição
experimental para remoção de ETRs em detrimen-
to das impurezas foi obtida com água ácida
enriquecida em pH 1,3.
Na tabela 1 observa-se que a capacidade de
carregamento total das resinas é de 0,414 mmol g-
1 para Dowex 50WX8 e 0,375 mmol g-1 para
Purolite C160.
Capacidade carregamento
-1
(mmol g ) / carregamento (%)
Resina Dowex 50WX8
Resina Purolite C160
pH=1,3 pH=2,3 pH=3,4 pH=1,3 pH=2,3 pH=3,4
ETRs
0,285/70%
0,338/56%
0,334/61%
0,310/70%
0,367/69%
0,370/66%
Outros metais
0,129/15%
0,259/44%
0,209/39%
0,064/7%
0,165/31%
0,187/34%
Capacidade total
-1
carregamento (mmol g )
0,414 0,597 0,543 0,375 0,532 0,557
Tab 1: Capacidade de carregamento e % de carregamento de ERTs e outros metais em vários pH.
[In: 2017 - Sustainable Industrial Processing Summit & Exhibition, 2017, Cancún. Barrios Intl.
Symp. / Non-ferrous Smelting & Hydro/Electrochemical Processing. Quebec: FLOGEN Star OUTREACH, 2017. v.1, p. 198-207].
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
65

TECNOLOGIA MINERAL
ESTUDO DOS DEPÓSITOS DE U-ETRs E ROCHAS
GRANITOIDES DE LAGOA REAL (BA)
Este estudo focou nas anomalias uraníferas da
maior Província Uranífera do Brasil (Lagoa Real,
BA), onde estão localizadas a única mina de urânio
em atividade no Brasil. Procurou-se caracterizar a
origem e composição das mineralizações de U +
ETRs, que estão localizadas em rochas denominadas
albitítos (mormente formados por albita). Além
disso, foram caracterizadas geocronológica,
química e mineralogicamente as rochas hospedei-
ras (granitos e gnaisses) desses albititos. Os
estudos permitiram conhecer a composição e
abrangência da suíte magmática Lagoa Real,
composta por quatro pulsos graniticos tipo A de
idade em torno de 1,77Ga, e uma fase mais antiga,
de idade 2.0 Ga. Ao mesmo tempo, foram estuda-
das metalogeneticamente várias anomalias (AN)
uraniferas. Durante o quadriénio foram finalizados
os estudos de caracterização química na AN 13
(Jazida da Cachoeira). Ao mesmo tempo, foram
iniciadas as pesquisas na AN 35 (Jazida das
Gameleiras I), 31 (Jazida do Barreiro) e 34, todas
localizadas no setor centro oeste da Província.
Foram encontrados teores interessantes de terras
raras leves, associados aos granitos e albititos, que
podem vir a constituir-se num importante subproduto
econômico do urânio. Nesse sentido, esta-
mos iniciando pesquisas metalogenéticas na Mina
do Engenho, no material lixiviado da Mina de U da
Mina (exaurida) da Cachoeira, e a área promissora
do Morro da Contagem (setor leste de Lagoa Real).
De forma geral, os albititos ocorrem associados
aos gnaisses de composição granítica, separados
por limites nem sempre gradacionais. Existe uma
nítida transição e substituição dos minerais da
facies granítica pelos da facies albitito onde
predomina a granada (Granada Albititos), fato que
confirma o protólito granítico para esta rocha. Já
para outras variedades (Magnetita Albititos e
Biotita Albititos) as relações não são tão claras.
Possivelmente são produtos da alteração de uma
rocha um pouco mais enriquecida em Mg do que
os granitos encontrados, ou de rochas previamen-
te enriquecidas neste elemento, ou submetidas a
processos sucessivos de alteração que oblitera-
ram as características do protólito.
Mapa Geológico de Lagoa
Real (BA) onde foram
posicionadas as atividades
desenvolvidas
entre 2015 e 2018.
Brazilian Journal of Geology,
v. 1, p. 147-158, 2017.
66
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

TECNOLOGIA MINERAL
IDENTIFICAÇÃO E GEOQUÍMICA DE
MINERALIZAÇÕES DE URÂNIO (+ETRs)
O Quadrilátero Ferrífero (QF) hospeda mineralizações
uraníferas em conglomerados da Formação
Moeda, descritos e incipientemente caracterizadas
pela NUCLEBRAS na década de 1970.
Essa ocorrência apresenta química indicativa de
origem hidrotermal de baixa temperatura, tendo
precipitado por processos redox a partir de fluidos
contendo urânio.
As reservas de urânio (aprox. 6000 toneladas), que Coffinita e brannerita se formaram a partir da
aparecem associadas com ouro, foram estimadas alteração de minerais detríticos ou metamórficos,
nessa fase, sem esclarecer a tipologia da minerali- e ocorrem associadas entre si e com zircão,
zação uranífera, nem sua origem.
xenotima e rutilo. Por último, arseniatos de urânio
A utilização de metodologias de última geração
alteraram-se a partir de sulfossais de níquel,
permitiu identificar, no último quadriénio, quatro
preenchendo fraturas com morfologias lamelares,
fases temporalmente diferentes de mineralizabaixas
temperaturas.
aciculares ou filamentosas indicativos de origens a
ções uraniferas. A primeira ocorrência consiste em
uraninita e brannerita inclusos em nódulos de Finalmente, foi estudada a metalogenese e
matéria orgânica (Fig 1), com teor relativamente composição de fluidos mineralizadores de depósialto
de impurezas.
tos estratégicos de Fe do Quadrilátero Ferrífero
A química mineral da uraninita permite sugerir uma
(QF).
origem de temperatura provavelmente acima de Nesse sentido foi possível determinar a composi-
350 graus, portanto ígnea, metamórfica ou hidro- ção microquímica em minerais e inclusões fluidas
termal de alta temperatura. A segunda ocorrência das diferentes gerações de especularitas associaconsiste
em uraninita maciça, de pureza muito alta, das a veios de quartzo (do Espinhaço) e hematitas
associada aos veios de quartzo e sulfetos mais associadas a jacutingas com Au + Pt +Pd (do QF).
tardios.
Fig 1: Imagem MEV que
mostra as mineralizações
de Uranio (Urn: Uraninita
e Brn: Brannerita) nos
conglomerados da
Formação Moeda,
Serra do Gandarela,
Quadrilátero Ferrífero.
Obs: OM: Matéria
orgânica; PyIII: Pirita
aurífera; Rt: Rutilo.
Ore Geology Reviews,
aprovado para publicação,
2019
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
67

TECNOLOGIA MINERAL
Os fluidos áqueo-carbônico encontrados apresentam
o trend Na > K > Ca_Mg, e K > Li > Ba > Sr,
interpretados como tendo idade Brasiliana (Neo-
Proterozoica) e associados com os pegmatitos
anatecticos de Santa Maria de Itabira. A alta
salinidade das salmouras do minério ferrífero de
Itabira (23.2–25.3 wt% NaCl eqv) provavelmente
foram originadas pela percolação de horizontes de
evaporitos, ou por concentração de sais durante a
deformação, ou por interações fluido-rocha.
A mistura entre fluidos pegmatiticos aqueocarbônicos
de alta temperatura e salmouras
metamórficas de baixa temperatura geraram uma
mudança abrupta nas condições físico-quimicas
do sistema que levaram a precipitação de Au e
PGE, que caracteriza os depósitos do tipo
Jacutinga de Itabira (Fig 2).
Os pegmatitos mencionados estão mineralizados
com U + Nb-Tantalatos, e afloram no distrito
pegmatítico de Santa Maria de Itabira, MG. Nossas
pequisas metalogenéticas indicaram que os
minerais de Nb-Ta são importantes repositórios de
Y, REE, U e Th, fato que ressalta sua importância
estratégica.
Fig 2: Modelo proposto para os processos de enriquecimento
de Fe dos corpos mineralizados do Espinhaço e do
Quadrilátero Ferrífero (QF), e sua relação com os fluidos
pegmatíticos (com U) da região de Santa Maria de Itabira
(leste do QF). Ore geology reviews, v. 86, p. 130-153, 2017;
Brazilian Journal of Geology v. 45, p. 193-216, 2015
Os resultados desse projeto foram publicados em
revistas internacionais de grande fator de impacto.
GEOQUÍMICA E METALOGENESE DE TERRAS RARAS
EM ROCHAS CARBONATÍTICAS E ALCALINAS
Nesse ponto, nossos estudos deverão focar o
Complexo Catalão II, onde estudos sobre caracte-
rização de terras raras em todas as variedades
magmáticas, ainda são muito incipientes. Já nos
corpos graníticos alcalinos de Santa Bárbara, RO
(parceria com a CSN) estamos desenvolvendo
pesquisas de ETRs críticos, associados as fases
mais especializadas (ex. greisens), verificando
também a presença de elementos radioativos, e
afunilando o conhecimento metalogenético dos
minérios estaníferos (trata-se da segunda maior
mina de estanho do País, logo atrás de Pitinga).
A pesquisa metalogenética de depósitos de terras
raras constitui, atualmente, um objetivo prioritário
da Área Mineral do CDTN, por dois motivos principais:
a) Trata-se de elementos estratégicos para o
desenvolvimento econômico do Brasil; e b) nos
minerais de terras raras é frequente a presença de
elementos radioativos, que precisam ser corretamente
caraterizados. Assim sendo, estamos
desenvolvendo estudos de caracterização
química e mineralógica de terras raras nos corpos
alcalinos de Poços de Caldas (MG), Catalão (Goiás)
e Santa Bárbara (Alto Rio Madeira, Rondônia).
Em Poços de Caldas várias fases mineralizadas
foram identificadas em rochas hidrotermalizadas, a
exemplo de flúor-carbonatos e fosfatos. As
pesquisas no complexo carbonatítico de Catalão,
maior depósito brasileiro de Terras Raras, estão
numa fase incipiente, e constituem um enorme
desafio para nossa área.
Além da caracterização, em todos esses depósitos
interessa-nos saber como é que as terras raras
foram mobilizadas, quais foram os processos de
transporte e concentração, e qual é a relação
genética com os elementos radioativos.
68
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

TECNOLOGIA MINERAL
CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA E DE ELEMENTOS
TRAÇOS UTILIZANDO ABLAÇÃO A LASER LA-ICP-MS.
Foram aprimoradas e desenvolvidas novas rotinas com limites de detecção médio de 4 ppm,
analíticas utilizando sistema de LA-ICP-MS, instala- utilizando a concentração de Zr para calibração;
do no CDTN, para estudos de traços em minerais. As Ÿ Determinação de elementos traços (Sc, Ti, V, Mn,
principais rotinas desenvolvidas foram:
Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, Pb e Th) e ETR em
Ÿ Determinação de elementos menores, traços em Anfibólio com limites de detecção médio de 5
Terras Raras (ETRs) utilizando pastilhas de ppm, utilizando a concentração de Al para
metaborato de lítio;
calibração;
Ÿ Determinação de elementos traços (Sc, Zn, V, Ga, Ÿ Determinação de elementos traços (Sc, Ti, V, Mn,
Ge, Rb, Sr, Y, Nb, Hf, Zr, Ta, Pb, Th e U) e ETR em Zn, Sr, Y, Zr, Hf e Ta) e ETRs em Piroxênios com
Titanita com limites de detecção médio de 4ppm, limites de detecção médio de 9 ppm, utilizando a
utilizando a concentração de Al para calibração; concentração de Al para calibração;
Ÿ Determinação de elementos traços (Ti, Rb, Sr, Ba Ÿ Determinação de razão isotópica de
Pb, Th e U) e alguns ETR (La, Ce, Pr e Nd) em Pb208/Pb204 em materiais silicaticos. Nos testes
Feldspato (albita) com limite de detecção médio já realizados foi alcançado taxa de recuperação
de 2 ppm, utilizando a concentração de Al e Ca de 99,98%. Esse resultado demonstra que a rotina
para calibração;
tem seu desenvolvimento promissor, mas que
Ÿ Determinação de elementos traços (Sc, Ti, Mn, ainda demanda mais ajustes e teste em amostras
Cu, Sr, Y, Nb, Hf, Ta, Pb, Th e U) e ETR em Zircão reais.
Produção científica e tecnológica
Artigos
VECCHIA, A.M.D.; RODRIGUES, P.C.H.; RIOS, F.J.; LADEIRA, A.C.Q. Investigations into pb isotope signatures in groundwater
and sediments in a uranium-mineralized area. Brazilian Journal of Geology, v. 1, p. 147-158, 2017
OLIVEIRA, L.A.R. de ; RIOS, F.J.; ROSIERE, C. A.; WALLE, M.; ORTELLI, M. ; KOUZMANOV, K. Nature and evolution of fluids
associated with specularite-bearing Fe and Au-PGE (Jacutinga) mineralization during the Brasiliano orogeny in the
eastern São Francisco Craton, Minas Gerais, Brazil. Ore Geology Reviews, v. 86, p. 130-153, 2017
OLIVEIRA, L.A.R. de; ROSIERE, C.A. ; RIOS, F.J.; ANDRADE, S.; MORAES, R. Chemical fingerprint of iron oxides related to
iron enrichment of banded iron formation from the Cauê Formation - Esperança Deposit, Quadrilátero Ferrífero, Brazil: a
laser ablation ICP-MS study. Brazilian Journal of Geology, v. 45, p. 193-216, 2015
Dissertações e teses
LUCAS EUSTÁQUIO DIAS AMORIM. Geoquímica e metalogênese da suíte magmática associada aos depósitos de urânio
no setor Lagoa do Barro/Jazida da Cachoeira/São Timóteo, Província Uranífera de Lagoa Real, BA.. 2016. Doutorado.
PPG-CDTN/CNEN
CAMILA MARQUES DOS SANTOS. Estudo petrológico do perfil padrão Granito /Gnaisse / Albitito da Anomalia Uranífera
35, Lagoa Real, BA. 2016. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
ADRIANA MÔNICA DALLA VECCHIA CHAVES. Aplicação de isótopos de chumbo na elaboração de metodologia de
controle ambiental da província uranífera de Lagoa Real (Bahia). 2015. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
LUCILIA APARECIDA PINTO RAMOS. Os fluidos associados às mineralizações especularíticas do setor leste do quadrilátero
ferrífero e serra do espinhaço meridional. 2015. Doutorado. Instituto Geociências/UFMG.
FREDERICO SOUSA GUIMARÃES. A origem do urânio da Formação Moeda, na Serra do Gandarela (MG): Estudos
mineralógicos, microquímicos e metalogenéticos. 2017. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
69

70 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

CIÊNCIA E
ENGENHARIA
DOS MATERIAIS
Na área de materiais do CDTN, são realizadas
atividades de pesquisa, desenvolvimento
e inovação em nanociência e nanotecnologia,
materiais tecnológicos para as
indústrias nuclear e convencional e integridade
estrutural e extensão de vida de
componentes mecânicos.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
71

CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS
NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA
Em Nanotecnologia, o CDTN atua nos seguintes temas: nanoestruturas para bioaplicações,
manipulação química de nanotubos de carbono e grafeno, nanomagnetismo e investigação de
propriedades e reações de superfícies e interfaces.
MATERIAIS NANOESTRUTURADOS PARA BIOAPLICAÇÕES
Sistemas nanoestruturados voltados para aplica- nanoagentes teranósticos, que podem acumular
ções biológicas têm sido amplamente explorados espontaneamente e seletivamente em locais de
em pesquisas biomédicas, dado ao grande tumores específicos e promover o diagnóstico e
potencial dos mesmos para o uso em diagnóstico e tratamento do câncer simultaneamente. Os
terapia de diferentes enfermidades. O principal radioisótopos constituintes dos nanobastões
objetivo das atividades do CDTN nesta área tem conferem propriedades teranósticas ao material
sido explorar o domínio da síntese, com controle devido à dupla emissão de radiação gama e
do tamanho das nanopartículas e sua funcionaliza- radiação beta, e a hidroxiapatita favorece a regeção
química superficial, bem como a avaliação da neração óssea após o tratamento de um osteospotencialidade
dos mesmos em diferentes sarcoma, configurando assim um sistema multibioaplicações.
funcional. Os testes biológicos indicam que os
Dentre os vários tipos de nanobiomateriais, os
materiais radiomarcados são capazes de gerar
nanobastões de hidroxiapatita (HA) se tornaram
efeitos terapêuticos em células de osteossarcoma,
promissores agentes teranósticos para atuar nos
sugerindo que esses materiais podem atuar no
estágios iniciais dos vários tipos de cânceres,
tratamento dessa patologia (Fig 1).
exercendo a função de carreadores de fármacos, Esses resultados sugerem que esses materiais
radioisótopos e partículas magnéticas, devido às estão aptos para serem utilizados em testes
importantes propriedades, como biocompatibili- biológicos in vivo de biodistribuição e atividade
d a d e , b i o a t i v i d a d e e o s t e o i n d u ç ã o . antitumoral, sendo bons candidatos para atuarem
Nanoestruturas de hidroxiapatita foram conjuga- como sistemas teranósticos para osteossarcoma e
das com radioisótopos (gadolínio e cobre), funcio- metástases ósseas.
nalizados com ácido fólico e avaliados como
a b c
N 1s
HA-AF
CONH (400,3)
NH (399,2)
2
Intensidade (u.a.)
HA-AF NH2
NH- (401,8)
N (397,2)
in ring
406 404 402 400 398 396 394
Energia de ligação (eV)
Fig 1: (a) Imagem de microscopia eletrônica de transmissão (MET) de HA;
(b) Espectro de XPS em alta resolução do N 1s; (c) Resultados do estudo de viabilidade celular.
72
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Materiais nanoestruturados para bioaplicações
REVER FIGURA
a b c
20 µm Signal A = InLens Aperture Size = 30.00 µm 6 Apr 2018 CDTN/CNEN
EHT = 1.00 kV Mag = 706 X
WD = 4.3 mm Centro de Desenvolvimento
da Tecnologia Nuclear
Fig 2: (a) Imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) do BNNT; (b) Amostras altamente internalizadas pelas células;
(c) Quantificação de células marcadas com calceína-AM e iodeto de propídio.
das têm maior eficiência para este tipo de terapia.
Os materiais mesoporosos ordenados a base de
sílica são definidos por uma mesoestrutura
ordenada e repetitiva de poros e arranjo desorde-
nado em nível atômico, conforme mostra imagem
de microscopia eletrônica de transmissão (MET)
(Fig 3), no qual é possível a manipulação química
para ajustar parâmetros resultando em diversos
tipos de sistemas com diferentes tamanho e
estrutura de poros, e variadas morfologias e
tamanhos de partículas.
O comportamento deste material após a funciona-
lização com ácido flufenâmico tem sido investiga-
do como sistema inibidor de junções-gap para
proteção de células saudáveis contra efeito
bystander da radiação. Os resultados indicam o
potencial deste sistema como protetor de células
normais desse efeito que pode ser desencadeado
por moléculas sinalizadoras de células cancero-
sas, irradiadas durante radioterapia que chegam às
células normais, podendo desestabilizar essas
últimas.
Os nanotubos de nitreto de boro (BNNT) são
materiais adequados para o desenvolvimento de
novos nanovetores para terapia celular, liberação
controlada de princípios ativos, além de outras
aplicações biomédicas e clínicas. O Laboratório de
Materiais Nanoestruturados para Bioaplicações
(LMNB) é o pioneiro no Brasil na produção desse
material e possui o depósito internacional da
patente relativa ao processo de síntese.
A combinação do BNNT com materiais magnéticos
possibilita a capacidade de internalização deste
sistema nas células (Fig 2), sem acarretar nenhum
prejuízo ao metabolismo da mesma. Quando
submetido a um campo magnético alternado
produz o aquecimento da célula, ocasionando a
sua morte por meio da terapia de magnetohiper-
termia. Resultados do desempenho deste sistema
em células Hela indicam que a morte celular
aumentou significativamente para os materiais
combinados. Além disso, revelaram uma maior
redução no número de células vivas quando
comparados aos materiais não internalizados,
demonstrando que as nanopartículas internaliza-
a b c
Ácido Flufenamico
Fig 3: (a) Imagem de MET da silica; (b) Molécula de AFF; (c) Resultados do estudo de viabilidade celular.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
73

Materiais nanoestruturados para bioaplicações
a
b
c
200 µm Signal A = InLens Aperture Size = 30.00 µm 15 Jan 2016 CDTN/CNEN
EHT = 0.500 kV Mag = 50.00 X
WD = 2.4 mm Centro de Desenvolvimento
da Tecnologia Nuclear
Fig 4: (a) Imagem de MEV das nanopartículas de silica; (b) Internalização celular de
siRNA-MCM-41+APTES+PCL); (c) resultados do estudo do efeito tripanocida.
energia por relaxação (Néel e Browniana) e por
histerese. O conjunto de experimentos indica que a
substituição controlada de Co por Ni e a variação
do diâmetro das nanopartículas resultam em um
sistema de ferritas com propriedades magnéticas
que permitem o alcance de diferentes temperatu-
ras, que podem ser ajustadas de acordo com as
aplicações desejadas.
Com relação à avaliação deste material no tratamento
de doenças negligenciadas, como a doença
de Chagas, foi investigada a produção de nanopartículas
de sílica funcionalizadas com chitosana
potencialmente capazes de atravessar as barreiras
biolog ́ icas e direcionar o fármaco benznidazol (BZ)
para células infectadas pelo parasita Trypanosoma
cruzi. O fármaco incorporado nas nanopartículas
apresentou um ótimo efeito tripanocida sobre as
formas epimastigotas da cepa CLBrener de T.
cruzi, sendo esse efeito muito mais potente e mais
rápido do que o observado para BZ em sua forma
livre, uma vez que quantidade de BZ livre é aproximadamente
trinta vezes maior que a quantidade
de BZ contida nas nanoparticulas (Fig 4). Esses
resultados demonstram que a entrega de fármacos
por meio deste nanosistema é uma ferramenta
eficaz para potencializar o efeito terapêutico de
fármacos pouco seletivos, visando o tratamento de
doenças negligenciadas, como no exemplo acima.
Tem sido investigada também a potencialidade da
aplicação de nanopartículas magnéticas de metais
de transição na geração de aquecimento por
indução magnética, incluindo estudos para uso
industrial e terapêutico, e no desenvolvimento de
rotas químicas de preparação. Nanopartículas de
ferritas de cobalto e níquel sintetizadas por rota
química, com concentrações de Co e Ni variadas e
tamanho de cristalitos entre 5 e 100 nm apresentaram
eficiência diferenciada como agentes de
aquecimento magnético, resultando em temperaturas
de até 80 ºC quando submetidas a um campo
magnético alternado (Fig 5). Dentre os mecanismos
envolvidos no processo de aquecimento
dessas nanopartículas, destacam-se a perda de
Fig 5: Imagem térmica de NiFe2O 4 calcinado a 700 °C com
concentração de (a) 5 mg / mL e (b) 2 mg / mL, em campo
de 220 Oe e; (c) temperatura vs. do tempo
de exposição (220 Oe).
74
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Materiais nanoestruturados para bioaplicações
Fig 6: Nanopartículas de ferrita de Co funcionalizadas com ácido cítrico para conjugação de
biomoléculas solução coloidal (a) estável e (b) instável.
Alguns dos principais requisitos para aplicações Este material pode atuar como uma plataforma de
biológicas de nanopartículas são estabilidade e uso geral para produção de nanopartículacompatibilidade
com meio aquoso, baixo tamanho biomolécula com aplicação em biomedicina.
hidrodinâmico e reatividade frente a agentes
A investigação dos mecanismos de ação de
bioativos.
nanossistemas híbridos baseados em nanotubos
Uma metodologia para preparação de nanopartí- de carbono (MWCNT) e nanobastões de ouro
culas de ferrita de cobalto solúveis em água (NBAu) com biomoléculas vem sendo conduzida
(revestidas com citrato), com tamanho uniforme pelo Laboratório de Química de Nanoestruturas de
abaixo de 10 nm e química da superfície controla- Carbono (LQN). Foi produzido uma nanoplataforda,
foi desenvolvida.
ma entre MWCNT oxidados e o aptâmero antitumoral
Apt3, específico e seletivo ao antígeno
Foi possível a formação de CoFe O cristalino sem
2 4
fases secundárias de Co ou Fe, tamanho de núcleo
carcino-embrionário (CEA), superexpresso em
menor do que 3 nm, alta estabilidade coloidal e
células de câncer de colorretal.Foi demonstrado
reatividade superficial, baixíssimo tamanho
que a sequência nucleotídica do Apt3 permaneceu
hidrodinâmico (4,8nm) e alta magnetização (45
íntegra após a funcionalização, possibilitando o
emu/g).
uso da nanoplataforma em estudos posteriores de
diagnóstico e terapia do câncer colorretal. Foi
Resultados desta investigação indicam que a proposto ainda um sistema à base de nanobastões
estabilidade coloidal contra agregação em de ouro e Apt3 para o tratamento localizado do
solução mostrou-se dependente da rota utilizada carcinoma por fototerapia, eficaz e com menor
(Fig 6). efeito colateral que os tratamentos atuais (Fig 7).
Fig 7: Nanossistemas híbridos baseados em nanotubos de carbono (MWCNT), nanobastões de ouro
(NBAu) e aptâmero antitumoral Apt3, específico e seletivo ao antígeno carcino embrionário (CEA).
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
75

Materiais nanoestruturados para bioaplicações
Também relacionado ao estudo de materiais
nanoestruturados para bioaplicações, diferentes
formas de modificação de superfície têm sido
desenvolvidas a fim de melhorar e acelerar o
processo de osseointegração de implantes e, com
isso, diminuir o tempo de recuperação de um
paciente implantado. Estudos comprovaram que
uma superfície nanoestruturada melhora significativamente
a adesão de osteoblastos.
Este trabalho está sendo realizado em parceria
com a empresa mineira PecLab Ltda e conta com o
suporte financeiro do SibratecNano - Centros de
Inovação em Nanotecnologia. Foram desenvolvidos
processos para otimizar os parâmetros de
forma a se obter uma camada superficial de titânia
nanoporosa, utilizando o método de oxidação
anódica (anodização), funcionalizada com compostos
de fosfato de cálcio e, com o objetivo de
avaliar o caráter de biocompatibilidade da superfície
modificada de titânio, foram realizados ensaios
in vitro de adesão, viabilidade, mineralização e
proliferação celular.
As imagens ao lado (Fig 8) mostram micrografias
obtidas por microscopia eletrônica de varredura
(MEV) da superfície modificada de uma amostra de
titânio que apresenta uma morfologia bastante
peculiar com nanoporos de TiO 2 com distribuição
de diâmetros uniforme (na faixa de 100 nm) e
espessura média de 550 nm.
A estrutura interna da camada nanoporosa foi
observada utilizando a técnica de erosão por feixe
iônico (FIB), mostrando uma morfologia na forma
de nanotubos verticais alinhados (Fig 8, superior).
Ensaios biológicos in vitro utilizando culturas de
osteoblastos foram realizados para avaliar a
morfologia, a mineralização e a proliferação. A
outra imagem (Fig 8, inferior) mostra em detalhe a
fixação de uma célula sobre a superfície de uma
amostra recoberta com uma camada de titânia
nanoporosa após 14 dias em cultura de osteoblastos.
HV
5.00 kV
HV
5.0 kV
mag det HFW WD
17 498 x ETD 7.32 µm 10.1mm
Mag Sig WD Spot HFW
30000 x SE 9.7m m 2.0 9.01 µm
tilt
3 µm
65º Centro de Microscopia da UFMG
Tilt
2.0µm
-0.1º Centro de Microscopia da UFMG
Fig 8: Micrografias MEV mostrando um corte lateral,
obtido por FIB/SEM, na camada de titânia nanoporosa
produzida por anodização (superior) e o detalhe de um
osteoblasto fixado à superfície após 14 dias em cultura
(inferior).
76
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Artigos
DA SILVA, W.M.; FERREIRA, T.H,; MORAIS, C.A; LEAL, A.S.; SOUSA, E.M.B. Samarium doped boron nitride nanotubes. Applied
Radiation and Isotopes, v. 131, p. 30-35, 2018
HILARIO, T.F. ; FARIA, J.A.Q.A. ; BRAVO, I.J.G. ; OUTON, L. ;MACEDO, W.A.A.; GOMES, D.A.; SOUSA, E.M.B. BNNT/Fe3O4 System
as an Efficient Tool for Magnetohyperthermia Therapy. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, v. 18, n. 10, p. 6746-
6755, 2018
NHAVENE, E.P.F.; DA SILVA, W.M.; TRIVELATO JUNIOR, R.R.; GASTELOIS, P.L.; VEBÂNCIO, T.; NASCIMENTO, R.; BATISTA,
R.J.C.; MACHADO, C.R.; MACEDO,W.A.A.; DE SOUSA, E.M.B. Chitosan grafted into mesoporous silica nanoparticles as
benznidazol carrier for Chagas diseases treatment. Microporous and Mesoporous Materials, v. 272, p. 265-275, 2018
CIPRESTE, M. F. ; DE REZENDE, M.R.; HNEDA, M.L.; PERES, A.M.; COTTA, A.A.C.; TEIXEIRA, V.D.; MACEDO, W.A.A.; DE SOUSA,
E.M.B. Functionalized-radiolabeled hydroxyapatite/tenorite nanoparticles as theranostic agents for osteosarcoma.
Ceramics International, v. 44, p.17800-17811, 2018
LARA, G.;ANDRADE. G.F.; CIPRESTE, M.F.; GASTELOIS, P.L.; GOMES, D.A.; MACEDO, W.A.A.; SOUSA, E.M.B. Protection of
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Materials in Medicine, v. 29, n. 130, 2018
FREITAS, L.B.O.; LEAL, A.S.; CORGOSINHO, L.M.; FARIA, J.A.Q.A.; SANTOS, V.M.; RESENDE, J.M.; GOMES, D.A.; SOUSA, E.M.B.
Multifunctional mesoporous silica nanoparticles for cancer-targeted, controlled drug delivery and imaging. Microporous
and Mesoporous Materials, v. 242, p. 271-283, 2017
SILVA, W.M. ;FERREIRA, T.H.; LADEIRA, L.O.; SOUSA, E.M.B., Synthesis of Boron Nitride Nanostructures from Catalyst of Iron
Compounds via Thermal Chemical Vapor Deposition Technique. Physica. E, Low-Dimensional Systems and Nanostructures,
v. 89, p. 177-182, 2017
FERREIRA, T.H.; LEAL, A.S.; GOMES, D.A.; ROCHA, Z.; SOUSA, E.M.B. An Assessment of the Potential Use of BNNTs for Boron
Neutron Capture Therapy. Nanomaterials, v. 7, p. 82, 2017
ANDRADE, G.F.; GOMES, D.A.; BARROS, A.L.B.; FARIA, J.A.Q.A.; JUNIOR, A.S.C.; SOUSA, E.M.B., Mesoporous silica SBA-
16/hydroxyapatite-based composite for ciprofloxacin delivery to bacterial bone infection. Journal of Sol-Gel Science and
Technology, v. 85, p. 369–381, 2018
CIPRESTE, M.; PERES, A.M.; COTTA, A. A. C.; ARAGON, F. H. ; ANTUNES, A. M. ; LEAL, A. S.; MACEDO, W. A. A.; SOUSA, E. M. B.,
Synthesis and characterization of 159Gd-doped hydroxyapatite nanorods for bioapplications as theranostic systems.
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SOUSA, A.; SOUSA, R. G.; SOUSA, E.M.B. Synthesis and Characterization of Poly(N-isopropylacrylamide)/SBA-15 Silica
Nanocomposites. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, v. 15, p. 9438-9448, 2015
FERREIRA, T.H. et al. Folate-grafted boron nitride nanotubes: Possible exploitation in cancer therapy. International Journal of
Pharmaceutics , v. 481, p. 56-63, 2015
BARROS, A.L.B.; FERRAZ, K.O.S. ; DANTAS, T.C.S. ; ANDRADE, G.F.; CARDOSO, V.N.; SOUSA, E.M.B. Synthesis, characterization,
and biodistribution studies of 99mTc-labeled SBA-16 mesoporous silica nanoparticles. Materials Science & Engineering. C,
Biomimetic Materials, Sensors and Systems, v. 56, p. 181-188, 2015
ANDRADE, G.F.; JUNIOR, A.S.C.; GOES, A. M.; SOUSA, E. M. B.. Osteogenic differentiation of adipose-derived stem cells in
mesoporous SBA-16 and SBA-16 hydroxyapatite scaffolds. RSC Advances: an international journal to further the chemical
sciences, p. 54551-54562, 2015
CAETANO, P.M.A.; ALBUQUERQUE, A.S.; FERNANDEZ-OUTON, L E.; MACEDO, W.A.A.; ARDISSON, J.D. Structure, magnetism
and magnetic induction heating of NixCo(1-x)Fe2O4 nanoparticles, Journal of Alloys and Compounds, v. 758, p. 247-255, 2018
CANO-MARQUEZ, A.G.; SCHMIDT, W.G.; RIBEIRO-SOARES, J.; CANÇADO, L.G.; RODRIGUES, W.N.; SANTOS, A.P.; FURTADO,
C.A.; AUTRETO, P.A.S.; PAUPITZ, R.; GALVÃO, D.S.; JORIO, A. Enhanced Mechanical Stability of Gold Nanotips through Carbon
Nanocone Encapsulation. Scientific Reports, v. 5, n. 10408, 2015
FERNANDES, A.L.; NASCIMENTO, J P.; SANTOS, A.P.; FURTADO, C.A.; ROMANO, L.A. ; DA ROSA, C.E. ; MONSERRAT, J.M.;
VENTURA-LIMA, J. Assessment of the effects of graphene exposure in Danio rerio: A molecular, biochemical and histological
approach to investigating mechanisms of toxicity. Chemosphere, v. 210, p. 458-466, 2018
GIRARDI, F. A.; BRUCH, G. E.; PEIXOTO, C.S.; DAL BOSCO, L. ; SAHOO, S. K. ; GONÇALVES, C. O. F.; SANTOS, A. P.; FURTADO, C.
A.; FANTINI, C.; BARROS, D. M.Toxicity of single-wall carbon nanotubes functionalized with polyethylene glycol in zebrafish
(Danio rerio) embryos. Journal of Applied Toxicology, v. 37(2), p. 214–221, 2017
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
77

Produção científica e tecnológica
Capítulos de livros
FERREIRA, TIAGO H.; SOUSA, EDESIA MARTINS BARROS. APPLICATIONS AND PERSPECTIVES OF BORON NITRIDE
NANOTUBES IN CANCER THERAPY. In: Gianni Ciofani; Virgilio Mattoli. (Org.). Boron Nitride Nanotubes in Nanomedicine.
1ed.Oxford: Elsevier, 2016, v. 1, p. 95-11
E. M. DO NASCIMENTO MARTINS; C. A. FURTADO; A. P. SANTOS; L. M. DE ANDRADE; L. O. LADEIRA. Synthesis,
Purification and Functionalization of Carbon Nanotubes for Biotechnological Applications. Synthesis, Purification and
Functionalization of Carbon Nanotubes for Biotechnological Applications. 1ed. Switzerland: Springer, 2015, v.1, p. 139-163
Depósito de patentes
SOUSA, E. M. B.; HOLANDA, L.M.; LANCELOTTI, M. Processo de transformação bacteriana por choque térmico,
transfecção celular e carreador de material gênico síntese a partir de nanopartícula híbrida. 2016, Brasil. Patente:
Privilégio de Inovação. Número do registro: BR1020160287235, título: "PROCESSO DE TRANSFORMAÇÃO
BACTERIANA POR CHOQUE TÉRMICO, TRANSFECÇÃO CELULAR E CARREADOR DE MATERIAL GÊNICO SÍNTESE A
PARTIR DE NANOPARTÍCULA HÍBRIDA", Instituição de registro: INPI - Instituto Nacional da Propriedade Industrial.
Depósito: 07/12/2016
FERREIRA, T. H.; CABRAL, T. C. S. ; SOUSA, EDÉSIA M.B. ; ARDISSON, J. D. ; GOMES, D. A. ; MIRANDA, MARCELO ;
ALBUQUERQUE, A. S. . Processo de obtenção de híbridos de nanotubos de nitreto de boro e ferrita magnética. 2018,
Brasil. Patente: Privilégio de Inovação. Número do registro: BR10201806889, título: "PROCESSO DE OBTENÇÃO DE
HÍBRIDOS DE NANOTUBOS DE NITRETO DE BORO E FERRITA MAGNÉTICA", Instituição de registro: INPI - Instituto
Nacional da Propriedade Industrial. Depósito: 17/09/2018
Dissertação e teses
BRUNA GUEDES ALVARENGA. Síntese e caracterização de nanocompositos hidroxiapatita/magnetita para aplicação
em magnetohipertermia. 2016. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
RENATO SÍLVIO SIQUEIRA. Sintese e Caracterização de Nanocompósitos a base de Sílica Mesoporosa/Ferritas para
Aplicação em Magnetohipertermia. 2016. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
DIEGO SANTOS DE OLIVEIRA. Síntese de nanocompósitos a base de nanotubos de nitreto de boro e óxido de ferro
para potencial aplicação em hipertermia.2017. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
PATRÍCIA MARIANA ALVES CAETANO. Aquecimento por Indução Magnética de Nanopartículas de Ferritas. 2015.
Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
GLEICIENE MARTINS DOS SANTOS. Efeito do aquecimento no processo de cura de resina epóxi contendo ferrita de
níquel nanoestruturadas. 2018. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
LÍVIA SANTOS GOMIDES. Estudo comparativo da funcionalização de nanotubos de carbono com polietilenoglicol
para bioaplicações. 2017. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
EGÍDIO PAULO FRANCISCO NHAVENE. Nanopartículas de sílica mesoporosa funcionalizadas com polímeros
biodegradáveis aplicados como veiculadores de Benznidazole visando o tratamento de doença de Chagas. 2018.
Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
GIOVANNA GOMES LARA. Desenvolvimento de Nanopartícula Mesoporosa de Sílica Funcionalizada para
Amenização do Efeito Bystander de Radiação. 2018. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
MARCELO FERNANDES CIPRESTE. Nanobastões de hidroxiapatita radiomarcados como agentes teranósticos para
osteossarcomas e metastases ósseas. 2017. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
GRACIELLE FERREIRA ANDRADE. Silica mesoporosa para aplicação em sistemas de liberação controlada de
fármacos para tratamento de tecido ósseo. 2015. Doutorado. Faculdade de Farmácia-UFMG.
ELISA MARCHEZINI RODRIGUES. Estudo da modificação de superfície por oxidação anódica aplicada a titânio para
implantes osseointegráveis, 2015. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
ANA PAULA DOS REIS WEITZEL. Funcionalização de uma camada nanoporosa de TiO2 sobre titânio via deposição de
compostos de Ca-P, 2017. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
78
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA
NANOESTRUTURAS DE CARBONO PARA APLICAÇÕES INDUSTRIAIS
O Laboratório de Química de Nanoestruturas de
Carbono (LQN) é pioneiro no Brasil em manipulação
química de nanomateriais de carbono e vem
desenvolvendo há 15 anos estudos sobre purificação
e interações covalentes e não-covalentes de
grupos e moléculas à superfície de nanomateriais
de carbono visando à modificação de propriedades,
tais como propriedades eletrônicas e ópticas,
dispersabilidade e reatividade química. Em um
trabalho recente, nanotubos de carbono e grafenos
foram funcionalizados para preparar nanofluidos
estáveis à base de óleos vegetais.
O projeto foi financiado pela empresa Vale SA,
FAPEMIG e FAPESPA e buscou aliar o uso da
nanotecnologia a uma exploração sustentável da
biodiversidade brasileira. Após um estudo sistemático
de processamentos, nanofluidos com
estabilidade superior a 30 dias foram obtidos,
utilizando-se a desagregação ultrassônica de
nanotubos de carbono carboxilados em oleína de
palma.
O uso adequado de dispersantes permitiu, ainda,
estender a estabilidade para 6 meses. Os nanofluidos
mostraram-se promissores para uso como
lubrificantes devido a propriedades tais como
elevada estabilidade, redução no desgaste do aço
AISI 52100 (de até 60%) e aumento na durabilidade
dos fluidos (de até 28%), conforme ilustra a Figura 1.
Em colaboração com a empresa Rhodia Solvay
(Unidade Têxtil de Santo André-SP), o LQN desenvolve
um estudo sobre a preparação e as propriedades
de fios e tecidos de poliamida revestidos
com grafeno de poucas camadas.
Neste trabalho, foi desenvolvido um processo
pioneiro para a produção de grafenos de poucas
camadas que usa um surfactante verde (pedido de
patente depositado) e água como solvente.
A dispersão pode ser empregada no revestimento
dos tecidos por spray ou na etapa de engomagem
dos fios (Fig 1), mediante um novo aparato proposto
para a adição controlada da dispersão contendo
o nanomaterial.
21,7 µm
21,7 µm
Oleína
10,9 mm
Dispersão
10,9 mm
Alpha = 44º Beta = 31
Alpha = 44º Beta = 31
2,82 mm
2,82 mm
Fig 1: A) Dispersão de NT em oleína de palma após 30 dias de
repouso; B) perfil topográfico de superfícies expostas a
ensaios tribológicos utilizando oleína de palma pura e
contendo nanotubos de carbono dispersos (nanofluidos).
µm
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
Demo Mode
µm
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
a
b
c
Demo Mode
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
79

Nanoestruturas de carbono para aplicações industriais
Módulo de Young (gf/tex)
a
b
Além de ganhos em propriedades mecânicas e
condutoras, o estudo busca desenvolver materiais
compósitos atenuadores de radiação eletromagnéticas
nas faixas do UV e dos raios X.
Os melhores têxteis apresentaram um aumento
em 40% do módulo de Young em relação à poliamida
pura (Fig 2B) e uma eficiência em torno de 15%
na atenuação aos raios X (Fig 2C).
Na área de refratários, foi investigada, em parceria
com a empresa Magnesita Refratários (hoje
RHIMagnesita), a aplicabilidade da nanotecnologia
do carbono na indústria, tema pouco explorado no
setor. Foram avaliados os efeitos da adição de
nanotubos de carbono de paredes múltiplas
(MWCNT) e de óxido de grafeno (GO) na microestrutura
e propriedades finais de concretos refratários.
A adição de óxido de grafeno (GO) teve uma
atuação benéfica na reologia e nas propriedades
Modulo (gf/tex)
600
500
400
300
200
100
41%
FLOW GUN - RCTA em diferentes condições
GO 0,05%
0
1R0 1R1 1R3 1R5 1R7
MWCNT
GO 0,03%
c
Branco
Cobalto (~6,8 keV)
Fios
revestidos
Atenuação aos
raios X (%)
1R3
15,2
1R5
14,7
1R7 12,3
FLOW GUN - RFQ em diferentes condições
Branco
Branco Branco
MWCNT
0,15%
MWCNT
MWCNT 0,15%
GO 0,03%
GO 0,03%
GO 0,03%
GO 0,05%
GO 0,05%
GO 0,05%
Fig 2: (a) fios de poliamida revestidos com grafenos;
(b) evolução do módulo de Young em função do teor de
grafenosnos fios; (c) Eficiência dos tecidos revestidos
na atenuação aos raios X.
Fig 3: Evolução de propriedades mecânicas do concreto
Al2O3-SiC-SiO2-C:cold crush strain (CCS);
hot modulus of rupture (HMOR) em função da
adição de MWCNT e óxido de grafeno.
80
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Nanoestruturas de carbono para aplicações industriais
do concreto do sistema Al O -SiC-SiO -C.
2 3 2
Observou-se um aumento no módulo de propriedades
mecânicas em até 1,5 vezes quando comparado
à formulação original, com adição de apenas
0,05% de nanomaterial (Fig 3). A introdução de
MWCNT por C VD não afetou nem a reologia e nem
as propriedades físicas e levou a um aumento
relevante no módulo de propriedades mecânicas
(1,2 vezes maior que o concreto original).
Em outro estudo, verificou-se que a adição de
níquel juntamente com MWCNT é eficiente no
aumento da resistência mecânica de refratários
aluminosos, proporcionando um aumento de até
40% na resistência mecânica em relação à composição
padrão, sendo uma forma promissora de
melhoria deste tipo de refratário (Fig 4).
Na área de mineração, o LQN desenvolve um
trabalho envolvendo a aglomeração a frio de
minério de ferro em parceria com a empresa Vale
SA. O objetivo é reduzir o gasto energético da
etapa de queima das pelotas, feito tradicionalmente
em torno de 1300°C.
Utilizando metodologia desenvolvida no CDTN, a
incorporação de óxido de grafeno apresentou um
efeito muito promissor, levando a ganhos em
propriedades mecânicas de até 58% em relação ao
aglomerante puro (Fig 5).
Atualmente os esforços estão concentrados na
modificação química do nanomaterial com o
intuito de melhorar sua dispersibilidade e sua
interação com a matriz, visando a atingir ganhos de
propriedades ainda maiores.
MPa
MPa
32
30
28
26
24
22
20
18
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
A2-Padrão
A2-Padrão
RCTA
95% CI for the Mean
B2-0,05CT
C2-0,5 CT
H2-0,05CT+Oxido Ni/R
RCTA
95% CI for the Mean
B2-0,05CT
C2-0,5 CT
H2-0,05CT+Oxido Ni/R
0,05 e 0,5% MWCNT
+ óxido de Ni
12-0,5CT+Oxido Ni/R
0,05% MWCNT
+ óxido de Ni
12-0,5CT+Oxido Ni/R
Fig 4: Evolução de propriedades dos refratários à
temperatura ambiente, destacando as composições
contendo óxido de níquel e MWCNT que apresentaram
ganhos em resistência mecânica.
Branco
0,1% de GO
Fig 5: Evolução das propriedades mecânicas de
pelotas preparadas com aglomerante puro (branco)
e aglomerante contendo 0,1% em
massa de óxido de grafeno.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
81

Produção científica e tecnológica
Artigos
PEREIRA, E.L.M., BATISTA, A.S.M.; RIBEIRO F.A.S., SANTOS, A.P.; OLIVEIRA, A.H.; FARIA L.O., Scanning
Electron Microscope Evaluation of the Poly(vinylidene fluoride)/Multiple-Walled Carbon
Nanotubes—Metal Oxides Nanocomposites. Materials Focus, v. 7, p. 1-5, 2018
DIAS, L.M.; DIP, R.M.; SOUZA, D.H.S.; DO NASCIMENTO, J.P.; SANTOS, A.P.; FURTADO, C.A., Electrospun
Nanofibers of Poly(lactic acid)/Graphene Nanocomposites. Journal of Nanoscience and
Nanotechnology, v. 17, p. 2531-2540, 2017
NOGUEIRA, S.L.; SAHOO, S. K.; JARROSSON, T. ; SEREIN-SPIRAU, F. ; LÈRE-PORTE, J.-P.; MOUJAES, E. A.;
MARLETTA, A.; SANTOS, A. P.; FANTINI, C. ; FURTADO, C. A.; SILVA, R. A. A new designed π conjugated
molecule for stable SWNT dispersion in aqueous medium, Journal of Colloid and Interface Science, v. 464,
p. 117-125, 2016.
DE OLIVEIRA JR., N.R.; RIBEIRO, F.A.S.; SALLES, G.C. ; FURTADO, C.A.; BRITO, M.A.; FIGUEIREDO JR., A.O.;
FERNANDES, M.R.F.; SANTOS, A.P.; Effect of Multi Walled Carbon Nanotubes Incorporated on Refractory
Castables, Materials Science Forum, v. 881, p. 475-480, 2016
OLIVEIRA, A.G.; NASCIMENTO, J.P.; GORGULHO, H.F.; MARTELLI, P.B.; FURTADO, C.A.; FIGUEIREDO, J.L.
Electrochemical synthesis of TiO2/Graphene oxide composite films for photocatalytic applications.
Journal of Alloys and Compounds, v. 654, p. 514-522, 2016
PACHECO, F.G.; COTTA, A.A.C. ; GORGULHO, H.F. ; SANTOS, A.P.; MACEDO, W.A.A.; FURTADO, C.A.
Comparative temporal analysis of multiwalled carbon nanotube oxidation reactions: Evaluating chemical
modifications on true nanotube surface, Applied Surface Science, v. 357, p. 1015-1023, 2015
OLIVEIRA JUNIOR, N.R.; RIBEIRO, F.A.S.; SALLES, G.C. ; FURTADO, C.A. ; BRITO, M.A.; FIGUEIREDO JR., A.O.;
FERNANDES, M.R.F.; SANTOS, A.P. Effect of Multi Walled Carbon Nanotubes Incorporated on Refractory
Castables. Materials Science Forum (Online), v. 881, p. 475-480, 2016
PEREIRA, E.L.M.; BATISTA, A.S.M.; RIBEIRO, F.A.S.; SANTOS, A.P.; FURTADO, C.A.; FARIA, L.O. Preliminary
Studies of MWCNT/PVDF Polymer Composites. Word Academy of Science, Engineering and
Techonology, v. 10, p. 144-147, 2016
Depósito de patente
R. D. E. CARVALHO, C. A. FURTADO, A. P. SANTOS, M. P. FERREIRA, J. P. NASCIMENTO, C. B. SWEENEY.
Formulação Surfactante Verde e seu uso na Obtenção de Grafenos, 2016, Brasil. Patente: Privilégio de
Inovação. Número do registro: BR1020160170222, título: "Formulação surfactante verde e seu uso na
obtenção de grafenos", Instituição de registro: INPI - Instituto Nacional da Propriedade Industrial.
Depósito: 22/07/2016
82
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Dissertações e teses
PAULA REGINA DUTRA. Efeito da adição de nanotubos de carbono em refratários alumina-carbono
utilizados em formulações de placas válvula gaveta. 2018. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
LÍVIA SANTOS GOMIDES. Estudo comparativo da funcionalização de nanotubos de carbono com polietilenoglicol
para bioaplicações. 2017. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
DANIELE SANTOS CAVANELLAS GOMES. Caracterização Estrutural de Grafites Irradiados. 2017.
Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
THAÍS LAS CASAS FERREIRA ARAÚJO. Processamento químico de nanotubos de carbono para preparação
de nanofluidos. 2015. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
JEFFERSON PATRÍCIO NASCIMENTO. Grafenos Quimicamente Esfoliados em Solução Aquosa de 1-
Ciclohexil-2-Pirrolidona. 2018. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
NORVAL RODRIGUES DE OLIVEIRA JÚNIOR. Nanotecnologia aplicada a concretos refratários: efeito da
adição de nanoestruturas de carbono. 2016. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
FLÁVIA GONÇALVES PACHECO. Funcionalização e Dispersão de Nanoestruturas de Carbono em Óleo
Vegetal. 2016. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
CAMILA DE OLIVEIRA VIANA. Monitoramento da ação de nanotubos de carbono sobre fungos liqueinizados
epifíticos. 2015. Doutorado. Microbiologia-UFMG
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
83

CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS
NANOESTRUTURAS MAGNÉTICAS
As correlações entre as propriedades estruturais e da experimentalmente e por simulação micromagnéticas
de matérias nanoestruturados têm magnética utilizando o código OOMMF (NIST). Foi
sido investigadas no CDTN em diferentes siste- demonstrado que para discos com diâmetro na
mas, tais como filmes finos e multicamadas, faixa de 0,5 a 8 µm e espessura de 20 nm, a conficrescidos
por epitaxia de feixe molecular (MBE) ou guração de vórtice magnético é a configuração
por pulverização catódica (sputtering).Têm sido fundamental, e com o aumento do diâmetro,
realizados esforços para a consolidação de outras configurações têm energia muito próxima.
infraestrutura e investigação experimental desses
Estes estudos foram conduzidos em discos de
sistemas utilizando técnicas de magnetometria, de
Co60Fe 40, preparados por deposição por pulverizaanálise
de superfície e de microscopia de varredução
catódica seguida por litografia a laser, e
ra por sonda de alta resolução e sensível ao spin.
caracterizados por medidas de microscopia de
Configurações de spins não convencionais, como força magnética (MFM). Resultados típicos de
os vórtices magnéticos em estruturas confinadas imagem topográfica e magnética, bem como de
espacialmente, as espirais e os skyrmions magné- simulação micromagnética para tal sistema são
ticos apresentam especial interesse científico e mostrados na Figura 1.
para novas aplicações tecnológicas. Um dos
Recentemente foi concluído, em colaboração com
trabalhos realizados foi o estudo de vórtices
o grupo do Prof. Wulf Wulfhekel, do Instituto de
magnéticos em arranjos de nanoestruturas na
Tecnologia de Karlsruhe, Alemanha, um estudo do
forma de discos magnéticos da liga Co60Fe
40
magnetismo de nanoestruturas de Co crescidas
[Parreiras e Martins, 2015].
sobre Ru(0001), utilizando microscopia de tunela-
A estabilidade de diferentes configurações mento com resolução em spin (SP-STM), em
magnéticas em discos de tal material foi investiga- temperatura de hélio liquido (4.2 K).
a b c
40
Fig 1: Imagem MFM (a) topográfica e (b) magnética de um disco de Co60Fe de 8 µ m de diâmetro mostrando a
configuração de três domínios, área 15x15 µ m²; (c) imagem MFM obtida por simulação micromagnética.
84
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Nanoestruturas magnéticas
Fig 2: Imagens topográfica (esquerda) e espectroscópica (direita) obtidas por SP-STM de um filme ultrafino de Co (1,4 ML)
sobre Ru(0001) mostrando a configuração não colinear de spins (Is = 0,29 nA; VB = -220 mV; T = 4,2 K).
perpendicular (PMA) são importantes para o
desenvolvimento de novos dispositivos spintrôni-
cos, como junções-túnel e memória magnética de
acesso aleatório. Neste contexto, o crescimento,
estrutura, morfologia e a influência da ordem
química nas propriedades magnéticas de monoca-
madas alternadas de Fe/Co crescidas epitaxial-
mente sobre substrato de Cu3Au(001) foram
investigadas. Os resultados mostraram que esse
sistema apresenta um crescimento camada por
camada até 7 ML (imagens de STM), e que a
anisotropia magnética efetiva do mesmo oscila
entre planar e perpendicular (histereses MOKE),
dependendo da terminação (Fe ou Co) do empilha-
mento de monocamadas (Fig. 3).
Os resultados obtidos demonstraram que o estado
magnético fundamental de nanoestruturas de 1
monocamada atômica (ML) de espessura, na
ausência de um campo magnético externo, é uma
configuração magnética não colinear quiral do tipo
espiral de spins, com periodicidade de aproximadamente
40 nm. Na presença de campo externo
de valor moderado (da ordem de 100 mT), a espiral
de spins evolui para uma configuração contendo
skyrmions magnéticos isolados.
A Figura 2 ilustra um resultado típico desse estudo,
obtido por SP-STM para 1,4 ML de Co sobre
Ru(0001), publicado na importante revista científica
Nature Communications [Hervé et al., 2018].
Sistemas que apresentam anisotropia magnética
a
b
Fig 3: (a) Imagens de STM do substrato de Cu3Au(001), e de monocamadas alternadas de Fe/Co.
(b) Histereses MOKE em geometrias polar e longitudinal para as camadas alternadas de Fe/Co mostradas em (a).
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
85

Nanoestruturas magnéticas
Em nanoestruturas magnéticas multicamadas, há
ainda muito a ser entendido sobre a influência de
efeitos estruturais e de interface, como orientação
cristalográfica, ordem química, interdifusão e
também de tamanho e geometria, no acoplamento
magnético e na estrutura de spins, sendo que
sistemas ferromagneto (F)/antiferromagneto (AF)
envolvendo AFs de alta temperatura de Néel são
de grande relevância para o desenvolvimento de
novos dispositivos spintrônicos, e têm sido sistematicamente
investigados no Laboratório de Física
Aplicada (LFA/CDTN).
Um exemplo de estudo nesta área é a investigação
da influência de parâmetros de síntese da estrutura
cristalina na anisotropia perpendicular de
multicamadas de CoFe/Pt (Fig 4a) preparadas por
sputtering.
Os resultados demonstraram que o controle da
taxa de crescimento da camada semente de Pt
permite o ajuste do campo de anisotropia da
multicamada, através da maximização da formação
da fase Pt50Co30Fe20(111) (Fig 4b), favorecendo
a anisotropia magnética perpendicular (PMA)
(Fig 4c) e evidenciam que a anisotropia magnetocristalina
é preponderante para a PMA em tal
sistema, e não relaxações da rede cristalina.
a
b
c
1
S2 - 0.70 Å /s
M R
/M S
= 0.84
H K
= 13 kOe
0
-1
-15 -10 -5 0 5 10 15
H(kOe)
Fig 4: (a) Imagem transversal de miscroscopia eletrônica de
alta resolução da estrutura multicamada Ta/Pt/ [CoFe/Pt] 5
/Ta mostrando as espessuras dos distintos materiais
utilizados, (b) padrão de difração de raios X mostrando sua
estrutura cristalográfica, (c) curvas de histerese magnética
medida no plano (linha vermelha) e perpendicular
(linha preta) à superfície da amostra mostrando
anisotropía magnética perpendicular.
86
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Artigos
YANG, H.X. ; CHEN, G. ; COTTA, A.A.C.; N'DIAYE, V.; NIKOLAEV, S.A.; SOARES, E.A.; MACEDO, W.A.A.; KAI LIU;
SCHMID, A.K.; FERT, A.; CHSHIEV, M. Significant Dzyaloshinskii-Moriya interaction at graphene-ferromagnet
interfaces due to the Rashba effect. Nature Materials, v. 605, p. 605, 2018
HERVÉ, M.; DUPÉ, B.; LOPES, R; BÖTTCHER, M.; MARTINS, M.D.; BALASHOV, T.; GERHARD, L.; SINOVA, J.;
WULFHEKEL, W. Stabilizing spin spirals and isolated skyrmions at low magnetic field exploiting vanishing
magnetic anisotropy. Nature Communications, v. 9, p. 1015, 2018
FERNANDEZ-OUTON, L.E.; SCHMIDT, W.G.; FORTINI, A.M.; MARTINS, M.D.; MACEDO, W.A.A. Tailoring magnetocrystalline
perpendicular anisotropy in Co60Fe40/Pt multilayers. Journal of Magnetism and Magnetic
Materials, v. 467, p. 139, 2018
PARREIRAS, S.O.; GASTALDO, M.; MORENO, C.; MARTINS, M.D.; GARCIA-LEKUE, A.; CEBALLOS, G.; PANIAGO,
R.; MUGARZA, A. Symmetry forbidden morphologies and domain boundaries in nanoscale graphene islands.
2D Materials, v. 4, n. 025104, 2017
ARANA, M.; ESTRADA, F.; MAIOR, D.S.; MENDES, J.B.S.; FERNANDEZ-OUTON, L E.; MACEDO, W.A.A.;
BARTHEM, V.M.T.S.; GIVORD, D.; AZEVEDO, A.; REZENDE, S.M. Observation of magnons in Mn 2 Au films by
inelastic Brillouin and Raman light scattering. Applied Physics Letters, v. 111, p. 192409, 2017
KUŚWIK, P.; GASTELOIS, P.L.; GŁOWIŃSKI, H.; PRZYBYLSKI, M.; KIRSCHNER, J. Impact of orthogonal exchange
coupling on magnetic anisotropy in antiferromagnetic oxides/ferromagnetic systems. Journal of Physics.
Condensed Matter, v. 28, n. 425001, 2016
PARREIRAS, S.O.; MARTINS, M.D. Effect of Planar Anisotropy in Vortex Configuration of Micro-scale Disks.
Physics Procedia, v. 75, p. 1142, 2015
P. KUŚWIK, P. L. GASTELOIS, M. M. SOARES, H. C. N. TOLENTINO, M. DE SANTIS, A. Y. RAMOS, A. D. LAMIRAND,
M. PRZYBYLSKI, AND J. KIRSCHNER. Effect of CoO/Ni orthogonal exchange coupling on perpendicular
anisotropy of Ni films on Pd(001). PHYSICAL REVIEW B, v. 91, n. 134413, 2015
ESTRADER, M.; LÓPEZ-ORTEGA, A.; GOLOSOVSKY, I.V.; ESTRADÉ, S.; ROCA, A.G.; SALAZAR-ALVAREZ, G.;
LÓPEZ-CONESA, L.; TOBIA, D.; WINKLER, E.; ARDISSON, J.D.; MACEDO, W.A.A.; MORPHIS, A.; VASILAKAKI, M.;
TROHIDOU, K.N.; GUKASOV, A.; MIREBEAU, I. ; MAKAROVA, O.L.; ZYSLER, R.D.; PEIRÓ, F.; DOLORS BARÓ, M.;
BERGSTRÖMB, L.; NOGUÉS, J. Origin of the Large Dispersion of Magnetic Properties in Nanostructured Oxides:
FexO/Fe3O4 Nanoparticles as a Case Study. Nanoscale, v. 7, p. 3002, 2015
PONCE, A.S.; PARREIRAS, S.O.; COTTA, A.A.C.; GOMES, G.F.M.; SCHIO, P.; CEZAR, J.C.; PANIAGO, R.; GASTELOIS,
P.L.; MACEDO, W.A.A.. Chemical order and magnetic anisotropy in alternate Fe/Co monolayers on Cu3Au(001).
AIP Advances vol. 8, p. 115307-1 – 11307-9, 2018
Dissertações e teses
ULISSES SARAIVA DE OLIVEIRA. Estudo do magnetismo de um filme ultrafino de Cobalto depositado na
superfície vicinal Au(788). 2018. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
RAMON JUNIO GONÇALVES ROSA. Investigação da anisotropia magnética em filmes ultrafinos de Co sobre a
superfície vicinal Au(788). 2018. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
RAFAEL LOPES DE SOUZA. Estudo da configuração não-colinear de spins em nanoestruturas de cobalto
sobre Ru(0001). 2018. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
SOFIA DE OLIVEIRA PARREIRAS. Estudo da estrutura de nanoilhas de grafeno por microscopia de varredura
por tunelamento. 2017. Doutorado. Departamento de Física-UFMG
ALEXANDRE ALBERTO CHAVES COTTA. Estudo da transição de reorientação de spins em filmes de Co
recobertos por grafeno e de ligas de FeCo. 2015. Doutorado . Departamento de 9Física-UFMG
PEDRO LANA GASTELOIS. Structural and Magnetic properties of Fe/Rh(001), Ni/Rh(001) and Ni/Pd(001) films
and of CoO/Ni/Pd(001) coupled layers. 2015. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
87

CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS
SUPERFÍCIES E INTERFACES
Na compreensão de processos dominados por
fenômenos de superfície, a aplicação de técnicas
experimentais avançadas, como as técnicas
baseadas em espectroscopias de elétrons de
baixa energia são de fundamental importância. Em
tais processos, as propriedades eletrônicas e
estruturais, a energia de ligação dos átomos na
superfície, os efeitos de relaxamento, concentração
de defeitos e a densidade atômica, entre
outros, são parâmetros que podem desempenhar
um papel determinante. No CDTN, vem sendo
dada ênfase à aplicação de espectroscopia de
elétrons excitados por raios X (XPS) para investigar
processos como interdifusão em interfaces,
corrosão/oxidação e também processos de
funcionalização de superfícies em sistemas
nanométricos para bioaplicações.
Modificações superficiais conhecidas como
funcionalização são de fundamental importância
em nanociência e nanotecnologia. Em uma
funcionalização ideal, as reações devem ocorrer
de forma controlada e somente na superfície, sem
alterações internas significativas no material.
Processos de funcionalização superficial também
têm sido investigadas por XPS. Um dos objetivos
dos processos de funcionalização de nanoestruturas
investigados é o desenvolvimento de dispositi-
Fig 1: Curvas de adsorção de oxigênio, obtida por XPS
(pico O 1s), durante a exposição de filmes ultrafinos Fe
sobre Cu(100) à atmosfera de O 2: bcc Fe(110) e fcc Fe(110).
Entre os estudos de oxidação de superfícies
metálicas, um exemplo é a influência da estrutura
cristalográfica na oxidação de filmes epitaxiais de
Fe, recentemente investigada. Filmes de Fe em
duas diferentes estruturas, cúbica de face centra-
da (cfc) e cúbica de corpo centrado (ccc), foram
obtidos por crescimento epitaxial sobre um
monocristal de Cu(100), expostos, de forma
controlada, a baixas concentrações de O 2, e o
processo de oxidação foi acompanhado in-situ, em
ultra alto vácuo, por XPS. Os resultados evidenciam
que o processo de oxidação do Fe(100) cfc apresenta
uma cinética muito mais lenta que a superfície
do Fe(110) ccc, sendo que a formação de uma
camada rica em Fe
3+
na superfície do Fe(110) tem
papel determinante no mesmo. A Figura 1 evidencia
o diferente comportamento da adsorção do
oxigênio para o Fe nas diferentes estruturas
cristalográficas.
vos capazes de serem direcionados ativamente
para células-alvo, i.e., sistemas para liberação de
medicamentos altamente específicos.
Nanotubos de nitreto de boro (BNNTs) têm
relevância crescente no desenvolvimento de
sistemas nanoestruturados para bioaplicações.
Estudo recente demonstrou que a funcionalização
da superfície desse material é melhorada por
reação assistida por micro-ondas, resultando em
maior seletividade e em redução do tempo de
reação. O uso de micro-ondas também pode
resultar na redução de defeitos estruturais na
superfície dos nanotubos, quando comparado
com o uso de métodos convencionais.
No estudo em foco, BNNTs foram oxidados em
meio ácido e funcionalizados, com a utilização de
micro-ondas, com dimetacrilato de trietileno glicol
(TEGDMA), um agente de reticulação com duas
ligações insaturadas de carbono. A presença de
grupos orgânicos e inorgânicos foi avaliada por
XPS, confirmando a influência da diferença nas
características químicas dos BNNTs. O processo
de modificação química sugere uma alteração de
grupos hidroxila para radicais orgânicos sobre a
superfície dos nanotubos (Fig 2 - página seguinte).
88 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Fenômenos de superfície
a
b
c
Fig 2: (a) Esquema de modificação de superfície de BNNTs, e Espectros XPS
de alta resolução O 1s para (b) BNNTs, e (c) F-BNNTs.
Produção científica e tecnológica
Artigos
DE MENDONÇA, R.; MARTINS, M.D.; SILLY, M.; SIROTTI, F. A photoemission spectroscopy study of the initial
oxidation of epitaxial fcc and bcc Fe films grown on Cu(100). Thin Solid Films, v. 636, p. 567-572, 2017
SILVA, W.M.; MONTEIRO, G.A.; GASTELOIS, P.L.; SOUSA, R.G.; MACEDO, W.A.A.; DE SOUSA, E.M.B. Efficient
sensitive polymer-grafted boron nitride nanotubes by microwave-assisted process. Nano-structures & Nanoobjects,
v. 15, p. 186-196, 2017
CIPRESTE, M.; GOES, A.M.; MACEDO, W.A.A.; SOUSA, E.M.B. Attaching folic acid on hydroxyapatite nanorods
surfaces: an investigation of the HA-FA interaction. RSC Advances: an International Journal to Further the Chemical
Sciences, v. 6, p. 76390-76400, 2016
FREITAS, L. B. O. et al. Mesoporous silica materials functionalized with folic acid: preparation, characterization and
release profile study with methotrexate. Journal of Sol-Gel Science and Technology, v. 77, p. 186-204, 2016
Dissertação
PABLO FORLAM RIBEIRO BATISTA. Estudo de interdifusão de Mn em bicamadas CoFe/IrMn. 2016. Mestrado.
PPG-CDTN/CNEN
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
89

CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS
MATERIAIS AVANÇADOS
A pesquisa em materiais busca desenvolver
metodologias, técnicas e procedimentos para a
obtenção de novos materiais ou ligas, bem como,
aprimorar os processos de fabricação ou reutilização
dos materiais para o uso nas indústrias nuclear
e convencional.
Para minimizar os efeitos deletérios da exposição à
radiação em radiologia de intervenção, existe um
interesse cada vez maior para o desenvolvimento
de materiais que atenuem parte do feixe de
radiação, diminuindo doses nas regiões de alto
risco. Dentre estes materiais, nanocompósitos
poliméricos preenchidos com óxidos metálicos
e/ou materiais grafíticos funcionalizados são
potencialmente interessantes, uma vez que,
apresentam flexibilidade e leveza, combinados
com propriedades atenuadoras de raios X elevadas.
Dentre os resultados obtidos nos últimos 4 anos,
pode-se destacar a obtenção de nanocompósitos
feitos do homopolímero poli(fluoreto de vinilideno)
[PVDF] e preenchidos com de óxido de grafeno,
que apresentaram um aumento considerável do
coeficiente de atenuação mássico (37 cm
2/g), para
fótons com energia de 8,5 keV, o que é equivalente
ao coeficiente de atenuação do alumínio. O mesmo
nanocompósito preenchido com a mesma quantidade
de outros materiais grafíticos (MWCNT,
grafite pirolítico e fuligem) apresentaram coefici-
2
entes entre 5 e 12 cm /g (Fig 1). Filmes com apenas
0,1 mm de espessura podem atenuar 83% do feixe
de raios X. Este resultado ressalta a grande importância
da exploração do potencial do grafeno para
aplicação em atenuação da radiação ionizante.
O Laboratório de Materiais Nucleares se dedica à
síntese e à investigação das propriedades de ligas
e óxidos à base de urânio. Pastilhas de (U,Gd)O 2
obtidas a partir da mistura física de pós apresentam
problemas de homogeneização e, como consequência,
baixas densidades. Foram desenvolvidas
rotinas para fabricação de pastilhas de UO2-Gd2O
3
com teores entre 6 e 10 % em peso de óxido de
gadolínio, buscando uma maior homogeneização
do gadolínio na pastilha. Resultados indicam que
pastilhas de UO 2 com 10% em peso de Gd2O
3
a
b
Fig 1: (a) Filmes de PVDF/OG com apenas 0,1 mm de
espessura atenuam 82,9% do feixe de raios X (E=8,5 keV).
(b) Coeficiente de atenuação mássico de nanocompósitos
de PVDF preenchidos com 1,88% de óxido de grafeno,
grafite pirolitíco, nanotubos de carbono de paredes múltiplas
e fuligem. O coeficiente observado do nanocompósito
PVDF/OG é equivalente ao do alumínio.
Fig 2: Microesferas de aço inox de alta esfericidade (99%)
e com diâmetros específicos e diferentes
densidades geométricas.
90
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Materiais avançados
apresentam 95% da densidade teórica e distribui- Nesta estrutura funcionalizada, sais, compostos
ção homogênea do Gd na estrutura. Foram desen- orgânicos e outros elementos podem ser adsorvivolvidos
também materiais para produção de dos e dessorvidos em quantidades significativas, o
combustíveis tipo cermets a partir de microesferas que garante a sua utilização para tratamento de
de UO 2 e de aço inox, ambas de mesmo diâmetro e meios aquosos pela técnica de adsorção, a baixo
da ordem de 200 μm (Fig 2 - página anterior). do custo. Foram obtidas esferas de Fe – amido -
Um dos combustíveis nucleares mais utilizados em
PVA de hidrogéis adsorventes altamente porosos
reatores à água leve pressurizada é o Uo , que
e termicamente estáveis, com capacidades
2
além de apresentar vantagens como excelente
adsortivas para contaminantes com As, Cd, U, F e
estabilidade química e resistência à corrosão em
Na (437 mg/g, 204 mg/g, 94 mg/g, 413 mg/g, 205
alta temperatura, tem como principal desvantamas
estão sendo produzidos para aplicação como
mg/g e 200 mg/g, respectivamente). Tais siste-
gem uma baixa condutividade térmica. Tem sido
investigada a obtenção e a condutividade térmica
filtros coloidais flutuantes.
de pastilhas de UO2-BeO. Os resultados mostraram Na área de engenharia de materiais, o CDTN atua
que a adição de 2% a 3% em peso de BeO no UO 2 ainda na busca do aproveitamento de rejeitos da
promove um aumento na condutividade térmica, mineração, em estreita colaboração com mineranormalizada
para 95% da densidade teórica, de até doras e com empresas potenciais consumidoras
54% em relação à pastilha de UO 2, na faixa de de rejeito como insumo para os seus produtos.
temperatura de 25 °C a 500°C (Fig 3).
Já foram desenvolvidos e implementados industrialmente
a fabricação de blocos para pavimentação
intertravada e um tipo de pigmento para
madeira plástica. Também foi realizado o desenvolvimento
de uma brita polimérica utilizando-se
esse tipo de rejeitos com incorporação de PET de
garrafas descartadas (Fig 4).
Fig 3: Pastilhas de combustível nuclear obtidas com pó de
UO 2 e misturas de pós de UO 2 e BeO e condutividade
térmica normalizada para 95% da densidade
teórica das pastilhas de UO 2.
O CDTN também atua no desenvolvimento de
materiais para dessalinização e eliminação de
orgânicos de meios aquosos utilizando abordagens
inovadoras, empregando materiais sintetizados
via tecnologia sol-gel.
Estes materiais apresentam estrutura global de
tamanho micrométrico que proporciona a necessária
robustez mecânica para empacotamento em
dispositivos de tratamento de meios aquosos,
onde possam ter uso contínuo, sem desgaste.
Fig 4: Produtos desenvolvidos a partir dos rejeitos
da mineração pelo CDTN em parceria
com mineradoras e universidades
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
91

Produção científica e tecnológica
Artigos
ZUCCHERATTE, A.C.V.; FREIRE, C.B.; LAMEIRAS, F.S., Synthetic gravel for concrete obtained from sandy iron ore tailing
and recycled polyethyltherephtalate. Construction and Building Materials, v. 151, p. 859-865, 2017
ALKMIM, D.G.; ALMEIDA, F.O.T.; LAMEIRAS, F.S., FTIR study of aquamarines after gamma irradiation, heat treatment
and electrodiffusion. REM - International Engineering Journal, v. 70, p. 289-292, 2017
BELLA, G.; LAMEIRAS, F.S.; ESPÓSITO, T J.; BARBERO, M.; BARPI, F. Aging simulation of the tailings from Stava fluorite
extraction by exposure to gamma rays. REM - International Engineering Journal, v. 70, p. 483-490, 2017
MARTINS, P.F F.; MORAIS, C.A.; LAMEIRAS, F.S.; ALBUQUERQUE, R.O. Silica and Iron Recovery from a Residue of Iron
Ore Flotation. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering (online), v. 05, p. 153-160, 2017
LAMEIRAS, F.S.; SILVA, G.D.L., Methodology to control the influence of processing factors during composite stone
fabrication. REM. Revista Escola de Minas, v. 68, p. 69-75, 2015
CAMARANO, D.M.; MANSUR, F.A.; SANTOS, A.M.M. et al. Effects of beryllium and compaction pressure on the thermal
diffusivity of uranium dioxide fuel pellets, Int J Thermophys, v. 38, p. 137, 2017
MANSUR, F.A.; ARAÚJO, T.L.C.F; SALLES, G.C.; SANTOS, A.P.; CAMARANO, D.M. Thermophysical properties of
ethylene glycol mixture based CNT nanofluids, Journal of Physics: Conference Series, v. 733, p. 012015, 2016
PEDROSA T. A.; SANTOS, A.M.M.; LAMEIRAS, F.S.; CETLIN, P.R.; FERRAZ, W.B. Phase transitions during artificial ageing
of segregated as-cast U-Mo alloys, Journal of Nuclear Materials. v. 457, p. 100, 2015
FONTAINHA, C.C.P.; BAPTISTA NETO, A.T.; SANTOS, A.P.; DE FARIA, L.O. P(VDFTrFE)/ZrO2 Polymer-Composites for
X-ray Shielding, Materials Research, v.19(2), p. 426-433, 2016
PEREIRA, J.V.; BATISTA, A.S.M.; NASCIMENTO, J.P.; FURTADO, C.A.; FARIA, L.O. Characterization of Gamma Irradiated
PVDF and PVDF/Graphene Oxide Composites by Spectroscopic Techniques. Word Academy of Science,
Engineering and Techonology, v. 10, p. 173-176, 2016
PEREIRA, J.V.; SILVA, L.A.; BATISTA, A.S.M.; FURTADO, C.A.; NASCIMENTO, J.P.; FARIA, L.O. Increased X-ray
Attenuation Efficiency of Graphene-based Nanocomposite. Industrial & Engineering Chemistry Research, p. acs.iecr.7b02711-11365,
2017
LOPES, F.A.; FERREIRA, G.R.; FRANCO, M.R.; SCHIMITBERGER, T.; DE FARIA, L.O.; BIANCHI, R.F. A versatile radiochromic
dosimeter for low-medium gamma radiation and its application to food irradiation. Journal of Applied Polymer
Science, v. 135, p. 45729-45736, 2018
FONTAINHA, C.C.P.; ALVES, N.; FERRAZ, W.B.; DE FARIA, L.O. Very Sensitive alpha-Al2O3:C Polycrystals for
Thermoluminescent Dosimetry. Applied Radiation And Isotopes, v. 138, p. 91, 2018
Depósito de patente
LAMEIRAS, FERNANDO SOARES; SANTOS, ANA MARIA MATILDES DOS; GUIMARAES, A. C. P. D. Processo de recuperação
de óxido de ferro da lama (rejeito) proveniente da concentração de minério de ferro. 2018, Brasil. Patente:
Modelo de Utilidade. Número do registro: BR1020180156004, título: "Processo de recuperação de óxido de ferro da
lama (rejeito) proveniente da concentração de minério de ferro", Instituição de registro: INPI - Instituto Nacional da
Propriedade Industrial. Depósito: 30/07/2018 Instituições financiadoras: CNEN; CAPES.
92
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Dissertações e teses
LUCIANA SAMPAIO RIBEIRO. Crescimento de multicamadas coerentes de ação inox na superfície de microesferas
sinterizadas de UO2 via rota química: um artifício para aumentar a densidade de átomos de U nas pastilhas do cermet
UO2 -Aço inox”. 2018. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
ESTHER LORRAYNE MACHADO PEREIRA. Estudo das Propriedades de Dosimetria e de Blindagem de Compósitos
Preparados com PVDF/ZrO2-MWCNTs. 2017. Mestrado. Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
NERIENE ALVES. Síntese e Estudo das Propriedades Luminescentes de Cristais LaAlO3:C para Aplicação em
Dosimetria da Radiação Ultravioleta. 2018. Doutorado. Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
ARNIE VERDE NOLASCO. Métodos de Dosimetria de Superfície Aplicados ao Controle de Qualidade e à Investigação
de Dose na Pele em Tratamentos de Radioterapia. 2017. Doutorado. Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
JULIANA VIÉGAS PEREIRA. Dosimetria em Altas Doses e Atenuação de Raios X de Nanocompósitos Poliméricos de
PVDF/OG. 2017. Doutorado. Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
ANNIBAL THEOTONIO BAPTISTA NETO. Desenvolvimento de um Medidor Multipropósito para Estimativa de
Parâmetros Característicos de Feixes de Raios-X. 2016. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
CRÍSSIA CAREM PAIVA FONTAINHA. Desenvolvimento de Compósitos Poliméricos com Metais Atenuadores e
Estudo da Eficiência de Atenuação da Radiação para Aplicação em Procedimentos Radiológicos. 2016. Doutorado.
Departamento de Engenharia Nuclear-UFMG
THIAGO SCHIMITBERGER. Desenvolvimento de Sistemas Orgânicos Biodegradáveis e Fotoluminescentes à base do
PBAT e do MEH-PPV para Aplicação em Dosimetria de Altas Doses. 2015. Doutorado. UFMG
KELLY CRISTINA MARTINS FAÊDA. Desenvolvimento de combustível tipo placa em dispersão da liga U-10Mo em
zircaloy e investigações da cominuição da liga de urânio e da difusividade entre o combustível e o revestimento. 2015.
Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
NATÁLIA MATTAR CANTAGALLI. Desenvolvimento do combustível tipo placa da liga U-Zr-Nb revestido em Zircaloy
e investigação da difusividade do urânio visando à estabilidade química do combustível. 2015. Doutorado. PPG-
CDTN/CNEN
RAFAEL WITTER DIAS PAIS. Estudo das Transformações de Fases nas Ligas U-2,5Zr-7,5Nb e U-3Zr-9Nb para
Aplicação em Combustível Nuclear Avançado. 2015. Doutorado. PPG-CDTN/CNEN
Capítulo de livro
NOLASCO, ARNIE VERDE; FARIA, LUIZ O. The use of the TLD-100 for quality assurance in Total Body Irradiation (TBI).
IFMBE Proceedings. 65ed.Singapore: Springer Singapore, 2018, v. 1, p. 434-437
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
93

CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS
INTEGRIDADE ESTRUTURAL E EXTENSÃO DE VIDA
A Avaliação da Integridade Estrutural (AIE) de
componentes e estruturas é uma área multidisciplinar
que engloba todos os conhecimentos e
técnicas que, em conjunto, permitem prever o
comportamento mecânico de um componente
estrutural submetido a condições de operação
e/ou de teste. É amplamente utilizada para o
estabelecimento do estágio de dano e da condição
de segurança em que um componente estrutural
se encontra, bem como para o controle da degradação
de componentes estruturais ao longo de
sua vida em serviço, dentro de limites aceitáveis.
No CDTN, as atividades em Integridade Estrutural
envolvem as seguintes áreas: Corrosão, Análise de
Tensões, Ensaios Não Destrutivos, Fadiga e
Comportamento Mecânico.
A efetividade da redução das tensões residuais
internas em tubos soldados, tanto submetidos a
solda de recobrimento (WOL), quanto submetidos
a tratamentos térmicos pós-soldagem, tem sido
investigada, inclusive com a simulação numérica
dos fenômenos envolvidos na geração de tensões
residuais de origem térmica.
Para a avaliação das tensões residuais de origem
térmica, oriundas do processo de soldagem, foram
recentemente criados mockup’s de tubulações
soldadas envolvendo aços inoxidáveis, aço
carbono e ligas de níquel. A solda de recobrimento
foi executada com a adição da liga de níquel 82, por
meio do processo de soldagem GTAW, sobre a
solda dissimilar.
Foram realizadas medidas de tensão residual por
meio da técnica do furo central próximas à raiz da
solda para verificar qual o efeito da solda de
recobrimento e do tratamento térmico (Fig 1), bem
como desenvolvidas simulações numéricas, via
elementos finitos (Fig 2), visando a otimização dos
parâmetros de soldagem e de tratamentos
térmicos para maior eficiência na redução das
tensões residuais de origem térmica.
Os resultados demonstraram que ambas as
técnicas são eficazes no sentido de diminuir as
tensões residuais (trativas ou compressivas) na
região próxima à raiz da solda, contribuindo para
aumentar a resistência à corrosão sob tensão,
permitindo ampliar a faixa de opções menos
onerosas para a mitigação das tensões residuais
em soldas dissimilares, conforme indicado a
Tabela 1 (página seguinte).
(MpA)
Maximun Axial Stress
300
316L
200
A-106
100
0
-150
-100
-100 -50 0 50 100 150
-200
-300
8 2
Distance of the center weld (mm)
(MpA)
Maximun Axial Stress
300
316L
200
A-106
100
0
-150
-100
-100 -50 0 50 100 150
-200
-300
8 2
Distance of the center weld (mm)
Fig 1: Perfil das Tensões Residuais Axiais e
Circunferências na Tubulação Soldada
Fig.2: Modelo de Elementos Finitos 3D da Solda Dissimilar
94
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Integridade estrutural e extensão de vida
Materiais
ASTM A-312 TP 316L
Tensões Axiais (MPa)
Antes WOL Após WOL Após TT
Tensões Circunferenciais (MPa)
Antes TT
254,5 -12 151
42
ASTM A-106 GrB
-251,7
-200 -264 -190
Tab 1: Valores das Tensões Residuais
Soldas dissimilares envolvendo aço inoxidável
austenítico, aço carbono e ligas de níquel, são
amplamente empregadas em indústrias químicas,
petroquímicas e nucleares, onde diversos componentes
mecânicos interagem constantemente
com ambientes agressivamente corrosivos.
Os processos de soldagem em metais dissimilares
podem levar à formação de tensões residuais,
responsáveis pelo surgimento de trincas por
corrosão sob tensão (CST).
Portanto, faz-se necessário o estudo da susceptibilidade
à corrosão sob tensão destas soldas
dissimilares, por meio de ensaios capazes de
simular as suas condições de operação, no intuito
de levantar e compreender os fatores que levam
ao aparecimento de trincas em serviço no tocante
ao controle dos aspectos metalúrgicos, ambientais
e mecânicos.
Fig 3: Curva carga x deformação de ensaio com taxa de
deformação lenta para ensaios com junta soldadas
após tratamento térmico pós soldagem a 600 °C e 800 °C.
Neste tema, são investigados os efeitos de
tratamentos térmicos pós soldagem (TTPS),
realizados a altas temperaturas (> 600°C), na
resistência à CST em juntas soldadas envolvendo
aços inoxidáveis e ligas de níquel como material de
adição, em um meio contendo alta concentração
de cloretos, por meio de ensaios eletroquímicos, à
temperatura ambiente.
Na Figura 3 é possível observar a susceptibilidade
das juntas soldadas à CST no meio estudado, pela
diminuição da ductilidade (alongamento em %) em
meio corrosivo em relação à ductilidade em meio
inerte.
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
95

Integridade estrutural e extensão de vida
O aumento da temperatura dos TTPS causou uma Em complemento aos estudos por análise de
maior dissolução da ferrita delta presente no metal tensões residuais e de corrosão sob tensão, têm
base e próximo à linha de fusão da junta soldada. A sido dedicados esforços para o desenvolvimento
dissolução da ferrita delta com o aumento da de sondas especiais para ensaios nao destrutivos
temperatura dos TTPS foi responsável pelo (END) pelo método de ultrassom phased array para
aumento da resistência à corrosão por pites da detecção de descontinuidades nas soldas dissimijunta
soldada. Análises metalográficas mostraram lares, e análise do ruído magnético Barkhausen
a tendência do pite se formar nas regiões adjacen- para a avaliação de tensões residuais e de carregates
à linha de fusão do cordão de solda, e que estes mento em juntas soldadas (Fig 4).
aumentam de tamanho com o aumento da temperatura
dos TTPS, devido à diminuição da capacidade
das juntas soldadas de se repassivarem.
Fig 4: Sonda com sensores envolventes, desenvolvida no CDTN para avaliação do revestimento de aço inoxidável dos
elementos combustíveis do reator Triga pelo método de ensaios por correntes parasitas e sinais referentes a
perdas de espessura de 50%, 75% e 100% nesse revestimento, obtidos com as mesmas.
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CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

Produção científica e tecnológica
Artigos
SILVA, L.L.; RIBEIRO, V.S. ; SCALDAFFERI, D.H.B.;RABELLO, E.G.; CAMPOS, W.R.C.;MANSUR, T.R., Development and
Test of an Equipment to Measure Residual Strain Inside Pipes Using the Hole-Drilling Method. Latin American Journal
of Solids and Structures, v. 13, p. 2016-2439, 2018
SILVA, L.L.; PAULA, R.G.; MANSUR, T.R.; PALMA, E.S.; RABELLO, E.G. Study of the Strains Caused by Thermal
Stratification in the Thermal Fatigue Life of an Experimental Section Material that Models a NPP Steam Generator
Injection Nozzle Kuwait Journal of Science, Academic Publication Council Kuwait University, 2018
FRAGA, M.M.; SOARES, R.B.; CAMPOS, W R.C.; ARDISSON, J.D.; LINS, V.F.C. Influência do teor de austenita reversa na
corrosão do aço supermartensítico. The Journal of Engineering and Exact Sciences, v. 3, p. 1167-1173, 2017
MENEZES, M.R.; GODOY, C.; BUONO, V.T.L.; SCHVARTZMAN, M.M.A.M. ; WILSON, J.C.A.B. Effect of shot peening and
treatment temperature on wear and corrosion resistance of sequentially plasma treated AISI 316L steel. Surface &
Coatings Technology, v. 309, p. 651-662, 2017
ALY, O.F.; NETO, M.M.; SCHVARTZMAN, M M.A.M.; LIMA, L.I.L. Compared Modeling Study of Primary Water Stress
Corrosion Cracking at Dissimilar Weld of Alloy 182 of Pressurized Water Nuclear Reactor According to Hydrogen
Concentration. Journal of Disaster Research, v. 10, p. 641-646, 2015
SILVA, R.F.; SILVA JÚNIOR, S.F. Estudo sobre a viabilidade do uso do ensaio por correntes parasitas para a avaliação da
integridade do revestimento dos elementos combustíveis do reator de pesquisas TRIGA IPR-R1 do CDTN. Matéria-Rio
de Janeiro, v. 22, n 04, 2017
Dissertações e teses
ÂNGELO GONTIJO SILVA. Avaliação numérica de tensões em juntas soldadas dissimilares em tubulações. 2016.
Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
VLADIMIR SOLER RIBEIRO. Avaliação experimental de juntas soldadas dissimilares em tubulações. 2015. Mestrado.
PPG-CDTN/CNEN
GERALDO EUSTÁQUIO DA SILVA JÚNIOR. Estudo da influência da geometria e dimensões dos corpos de prova na
vida a fadiga do aço AISI 316L utilizado em componentes estruturais da indústria nuclear. 2017. Mestrado. PPG-
CDTN/CNEN
FERNANDO LADEIA PEIXOTO. Análise do comportamento mecânico, a baixa temperatura, de compósitos estruturais
hierárquicos nanoestruturados à base de resina epoxi e fibra de carbono. 2016. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
MÁRIO JOSÉ BUENO DE SOUZA FREITAS. Avaliação da susceptibilidade à corrosão localizada do aço inoxidável
supermartensítico com diferentes acabamentos superficiais. 2016. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
DÉBORA RIBEIRO LOPES. Avaliação da corrosão por pites de aço inoxidável supermartensítico em meio contendo
íons cloreto e tiossulfato. 2016. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
RANGEL TEIXEIRA FRADE. Avaliação de combustíveis nucleares tipo placa pelo método de correntes parasitas. 2015.
Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
ROGER FERREIRA DA SILVA. Avaliação da Integridade do Revestimento dos Elementos Combustíveis do Reator
TRIGA IPR-R1 pelo Método de Correntes Parasitas. 2015. Mestrado. PPG-CDTN/CNEN
CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018
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DESTAQUE CDTN
MGgrafeno
PLANTA PILOTO DE GRAFENO EM MINAS GERAIS
IMPULSIONA DESENVOLVIMENTO INDUSTRIAL
EM NANOTECNOLOGIA
Brasil. O processo gera dois nanomateriais: o grafeno e
as nanoplacas de grafeno, com capacidade instalada de
aproximadamente 35 kg/ano e 110 kg/ano, respectiva-
mente. Além de já ter superado as metas do projeto em
termos de produção, o processo desenvolvido é
facilmente escalável, sendo prevista uma expansão
considerável nos próximos três anos. O processo é
baseado em água, 100% do resíduo produzido é reutili-
zado ou reciclado e toda a água utilizada retorna ao
processo. Isso torna a planta ecologicamente correta e
sustentável e, até onde se pode afirmar, é a única no
mundo com essas características.
No CDTN, tendo à frente como pesquisadores principais
as doutoras Adelina Santos e Clascídia Furtado, o Projeto
envolve principalmente o Laboratório de Química de
Nanoestruturas de Carbono (LQN) do SENAN, com
participação dos Serviços de Meio Ambiente,
Tecnologia Mineral, Gerência de Rejeitos e Engenharia e
Manutenção. Uma área de aproximadamente 500 m2
vem sendo adaptada para abrigar o processo piloto de
produção e a equipe de mais de 51 profissionais, sendo
20 deles doutores em áreas relacionadas ao grafeno e
em áreas correlatas. Na UFMG, o Projeto é coordenado
pelos doutores Daniel Elias, Flávio Plentz e Luiz Gustavo
Cançado do Departamento de Física.
A alta produção de grafite em Minas Gerais, somado ao
fato do CDTN e da UFMG serem pioneiros e terem
tradição consolidada em estudos e aplicações de
nanocarbono faz do estado o ambiente ideal para o
desenvolvimento da pesquisa e instalação de uma
planta de grafeno.
A produção de grafeno a partir da grafita natural e o
fomento ao desenvolvimento de suas aplicações, além
de agregar enorme valor ao mineral, habilita a criação de
uma nova cadeia de negócios em torno das aplicações
do nanomaterial dele derivado. Para isto, os grandes
desafios atuais consistem em reduzir o custo do grafeno,
cujo valor atual de mercado chega a ser 1.000 vezes
maior do que o do grafite, e aumentar sua disponibilidade,
para que ele possa ser largamente utilizado na
elaboração de produtos inovadores.
O projeto que receberá R$ 21,3 milhões em investimentos
até meados de 2019 tem expectativa de renovação,
dado os resultados expressivos que estão sendo
obtidos. A qualidade do material produzido é no mínimo
equivalente e, em muitos casos, superior à dos grafenos
disponíveis no mercado mundial.
Atualmente, um processo eficiente de produção de
grafeno já opera na planta instalada no CDTN, sendo a
primeira planta piloto para produção de grafeno no
Instalações e alguns dos colaboradores da MGgrafeno, planta piloto no CDTN
98 CDTN - Relatório de Atividades 2015 - 2018

EXPEDIENTE
Produção, edição e diagramação
SOLUÇÃO - Marketing e Comunicação / MENDEZBR
Jornalista Responsável
Ivan Gonçalves Mendes (MTB: 12579/MG)
Revisão
Chefes de Divisão e colaboradores das áreas
Impressão
Artes Gráficas Formato

CENTRO DE DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA NUCLEAR
Av. Antônio Carlos, 6627 - Campus da UFMG - Pampulha - Cep: 31270-901 - Belo Horizonte (MG)
Telefone: +55 (31) 3069-3434 - www.cdtn.br