Sobre aplicações de geradores de nêutrons no Brasil: panorama atual e perspectivas

Autores

  • José Alípio dos Santos Filho Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN/CNEN)
    • E. S. Fonseca Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD)
      • C. M. Dias Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN, DF)
        • C. Salata Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN, RJ)
          • E. S. Santini Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN, RJ) / Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF)
            • Marco Aurélio de Sousa Lacerda Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN/CNEN)

              DOI:

              https://doi.org/10.15392/2319-0612.2024.2491

              Palavras-chave:

              Gerador de nêutrons, Análise por Ativação Neutrônica, PGNAA, fontes de nêutrons, aplicações de fontes de nêutrons

              Resumo

              Técnicas baseadas em feixes neutrônicos são utilizadas em pesquisa, indústria e medicina sendo especialmente adequadas para a caracterização de uma ampla variedade de materiais. A radiação neutrônica pode ser produzida usando reatores nucleares, fontes isotópicas ou aceleradores de partículas. Como o número de reatores está em declínio e as fontes isotópicas são caras e difíceis de manusear, a tecnologia de geradores de nêutrons (GN) tem experimentado um desenvolvimento expressivo. Os geradores de nêutrons são mais seguros que os reatores nucleares e as fontes isotópicas, e o uso do GN vem aumentando em todo o mundo e até mesmo no Brasil. Este artigo revisa as principais aplicações da radiação de nêutrons, técnicas de produção de nêutrons e, especificamente, as tecnologias utilizadas em geradores de nêutrons. É apresentado um panorama da utilização dessas técnicas no Brasil, bem como estudos sobre custos de aquisição e inicialização de equipamentos geradores de nêutrons e perspectivas de utilização futura em diversas áreas.

              Downloads

              Os dados de download ainda não estão disponíveis.

              Biografia do Autor

              • Marco Aurélio de Sousa Lacerda, Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN/CNEN)
                Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP-1999), mestrado em Ciências e Técnicas Nucleares pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG-2002) e doutorado em Tecnologias Energéticas e Nucleares pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE-2007). Atualmente é Pesquisador Titular do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CDTN/CNEN). Desenvolve pesquisas na área de Física Médica e Engenharia Nuclear com ênfase nos seguintes temas: Metrologia das Radiações, Método de Monte Carlo aplicado à Dosimetria das Radiações Ionizantes, Radioproteção.

              Referências

              CHADWICK, J. The existence of a neutron. Proc. R. Soc. Lond. Ser. Contain. Pap. Math. Phys. Character v.136, p.692-708, 1932. DOI: https://doi.org/10.1098/rspa.1932.0112

              ANDERSON, I. S., ANDREANI, C., CARPENTER, J. M., FESTA, G., GORINI, G., LOONG, C. K., SENESI, R., 2016. Research opportunities with compact accelerator-driven neutron sources. Phys. Rep. v.654, p.1-58, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.07.007

              VALKOVIĆ, V. 14 MeV neutrons: physics and applications. CRC Press/Taylor & Francis Group, Boca Raton, FL, 2016.

              IAEA. International Atomic Energy Agency. Neutron generators for analytical purposes, IAEA radiation technology reports. IAEA, Vienna, 2012.

              TSOULFANIDIS, N., LANDSBERGER, S. Measurement & detection of radiation, 4th edition. ed. CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, 2015. DOI: https://doi.org/10.1201/b18203

              ISO. International Organization for Standardization, Reference neutron radiations–Part 1: Characteristics and methods of production, ISO 8529-1:2021. Geneva, Switzerland, 2021.

              ISO. International Organization for Standardization, Reference radiation fields - Simulated workplace neutron fields - Part 1: Characteristics and methods of production, ISO 12789-1:2008. Geneva, Switzerland, 2008.

              HAMM, R.W., HAMM, M.E. (Eds.). Industrial accelerators and their applications. World Scientific, Singapore, 2012. DOI: https://doi.org/10.1142/7745

              IM, H.-J., SONG, K. Applications of Prompt Gamma Ray Neutron Activation Analysis: Detection of Illicit Materials. Appl. Spectrosc. Rev. v.44, p.317–334, 2009. DOI: https://doi.org/10.1080/05704920902852125

              BUFFLER, A. Contraband detection with fast neutrons. Radiat. Phys. Chem. v.71, p.853-861, 2004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2004.04.110

              IAEA. International Atomic Energy Agency. Commercial products and services of research reactors: proceedings of a technical meeting held in Vienna, IAEA TECDOC-1715, Vienna, 2013.

              IAEA. International Atomic Energy Agency. Considerations of Safety and Utilization of Subcritical Assemblies, IAEA TECDOC-1976, Vienna, 2021.

              PEREIRA, M.A.S. Imageamento com nêutrons: 30 anos de atividades no IPEN-CNEN/SP. Editora Sagitário, São Paulo, 2017.

              PARISH, T. A., DAVIDSON, J. W. Reduction in the Toxicity of Fission Product Wastes through Transmutation with Deuterium-Tritium Fusion Neutrons. Nucl. Technol. v.47, p.324-342, 1980. DOI: https://doi.org/10.13182/NT80-A32436

              KIYANAGI, Y. Neutron applications developing at compact accelerator-driven neutron sources. AAPPS Bull. v.31, 22, 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/s43673-021-00022-3

              SHOPE, L. A., BERG, R. S., O’NEAL, M. L., BARNABY, B. E. Operation and Life of the Zetatron: A Small Neutron Generator for Borehole Logging. IEEE Trans. Nucl. Sci. v.28, p.1696-1699, 1981. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.1981.4331501

              YOSHIKAWA, K., MASUDA, K., et al. Development of a High-performance Landmine Detection System Through Gamma-ray Detection by Using a Compact Fusion Neutron Source and Dual-sensors, in: Furuta, K., Ishikawa, J. (Eds.), Anti-Personnel Landmine Detection for Humanitarian Demining. Springer London, London, p. 157-173, 2009. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-84882-346-4_10

              BURKHART, R. Neutron Generators and Well Logging. Sandia National Lab. (SNL-NM), Albuquerque, NM, United States, 2006.

              MICELI, A., FESTA, G., GORINI, G., SENESI, R., ANDREANI, C. Pulsed neutron gamma-ray logging in archaeological site survey. Meas. Sci. Technol. v.24, 125903, 2013. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/24/12/125903

              THERMOFISHER SCIENTIFIC. PGNAA and PFTNA technology for non-scientists. PGNAA PFTNA Technol. Non-Sci, 2024. URL https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CAD/Scientific-Resources/pgnaa-pftna-technology-ebook.pdf (accessed 3.13.24).

              CHICHESTER, D. L., 2012. Production and applications of neutrons using particle accelerators. In: Industrial Accelerators and Their Applications. World Ccientific, p. 243-305. DOI: https://doi.org/10.1142/9789814307055_0007

              KAPLANOĞLU, M. T. A simulation for detecting anti personnel landmines with 14 MeV neutron source. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018.

              SOWERS, D., LIU, Y., MOSTAFAEI, F., BLAKE, S., NIE, L. H. A Dosimetry Study of Deuterium-Deuterium Neutron Generator-based In Vivo Neutron Activation Analysis. Health Phys. v.109, p.566-572, 2015. DOI: https://doi.org/10.1097/HP.0000000000000345

              REIJONEN, J. Compact Neutron Generators for Medical, Home Land Security, and Planetary Exploration, in: Proceedings of the 2005 Particle Accelerator Conference. Presented at the 2005 IEEE Particle Accelerator Conference: Knoxville, TN, May 16 - 20, 2005, IEEE Operations Center, Piscataway, NJ, pp. 49–53, 2005. DOI: https://doi.org/10.1109/PAC.2005.1590356

              SIQUEIRA, P. T. D., YORIYAZ, Y., SHORTO, J. M. B., CAVALIERI, T. Princípios e Aplicações da Terapia por Captura de Nêutrons por Boro. Rev. Bras. Física Médica v.13, 116-121, 2019. DOI: https://doi.org/10.29384/rbfm.2019.v13.n1.p116-121

              IAEA. International Atomic Energy Agency. Compact Accelerator Based Neutron Sources. IAEA TECDOC-1981, Vienna, 2021.

              KASESAZ, Y., KARIMI, M. A novel design of beam shaping assembly to use D-T neutron generator for BNCT. Appl. Radiat. Isot. v.118, p.317-325, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2016.09.029

              KOAY, H. W., FUKUDA, M., TOKI, H., SEKI, R., KANDA, H., YORITA, T. Feasibility study of compact accelerator-based neutron generator for multi-port BNCT system. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. Accel. Spectrometers Detect. Assoc. Equip. v.899, p.65-72, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.05.025

              OTT, F., MENELLE, A., ALBA-SIMIONESCO, C. The SONATE project, a French CANS for Materials Sciences Research. EPJ Web Conf. v.231, 01004, 2020. DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/202023101004

              MARTIN, R. C., KNAUER, J. B., BALO, P. A. Production, distribution and applications of californium-252 neutron sources. Appl. Radiat. Isot. v.53, p.785-792, 2000. DOI: https://doi.org/10.1016/S0969-8043(00)00214-1

              ELIZONDO-DECANINI, J. M., SCHMALE, D., CICH, M. et al. Novel Surface-Mounted Neutron Generator. IEEE Trans. Plasma Sci. v.40, p.2145-2150, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2012.2204278

              HUANG, Z., WANG, J., MA, Z. et al. Design of a compact D–D neutron generator. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. Accel. Spectrometers Detect. Assoc. Equip. v.904, p.107-112, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.07.005

              IAEA. International Atomic Energy Agency. Manual for troubleshooting and upgrading of neutron generators. IAEA-TECDOC-913, Vienna, 1996. DOI: https://doi.org/10.1163/9789004636750_044

              JESSEN, P. L. Design Considerations for Low Voltage Accelerators, Kaman Nuclear, 1968.

              VAINIONPAA, J. H., GARY, C. K., HARRIS, J. L., PIESTRUP, M. A., PANTELL, R. H., JONES, G. Technology and Applications of Neutron Generators Developed by Adelphi Technology, Inc. Phys. Procedia v.60, p.203-211, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.11.029

              SNIC. Sindicato Nacional da Indústria do Cimento. Parque produtor de cimento. 2024. [WWW Document]. URL http://snic.org.br/numeros-do-setor.php (accessed 3.18.24).

              Instituto Aço Brasil. Pocket yearbook: Indústria do aço em números, 2023. Rio de Janeiro, 2023

              CNI. Confederação Nacional da Indústria. Perfil Setorial da Indústria Brasileira, 2024. [WWW Document]. URL https://perfilsetorialdaindustria.portaldaindustria.com.br/ (accessed 3.18.24)

              CNEN. Comissão Nacional de Energia Nuclear. Requisitos de Segurança e Proteção Radiológica para Perfilagem de Poços. Norma CNEN NN 6.07, Rio de Janeiro, 2019.

              ANP. Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Boletim da Produção de Petróleo e Gás Natural, 2024. [WWW Document]. URL https://perfilsetorialdaindustria.portaldaindustria.com.br/ (accessed 3.18.24).

              IEAV, I. de E.A. Laboratórios Instituto de Estudos Avançados, 2023. [WWW Document]. URL https://ieav.dcta.mil.br/images/pdf/Laboratorios_do_IEAv_Fev_2023.pdf (accessed 3.14.24).

              IRD. Instituto de Radioproteção e Dosimetria. Apresentação do Laboratório de Metrologia de Nêutrons (LN), 2024. [WWW Document]. URL https://www.gov.br/ird/pt-br/assuntos/areas-de-atuacao/metrologia/metrologia-de-neutrons-1/apresentacao (accessed 3.18.24).

              ALVARENGA, T. S. Estabelecimento e caracterização de um laboratório de calibração com campos neutrônicos de referência com rastreabilidade ao sistema metrológico internacional (Tese de doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018.

              MORERO, L. D., PEREIRA, W. W., BORGES, J. C., NICOLUCCI, P. Simulation of a new neutron calibration laboratory in Brazil using MCNP5. Appl. Radiat. Isot. v.186, 110289, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110289

              Downloads

              Publicado

              25-09-2024

              Edição

              v. 12 n. 3 (2024)

              Seção

              Artigos de Revisão

              Licença

              Direitos autorais (c) 2024 Brazilian Journal of Radiation Sciences

              Creative Commons License

              Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.

              Declaro que o presente artigo é original, não tendo sido submetido à publicação em qualquer outro periódico nacional ou internacional, quer seja em parte ou em sua totalidade. Declaro, ainda, que uma vez publicado na revista Brazilian Journal of Radiation Sciences, editada pela Sociedade Brasileira de Proteção Radiológica, o mesmo jamais será submetido por mim ou por qualquer um dos demais co-autores a qualquer outro periódico. Através deste instrumento, em meu nome e em nome dos demais co-autores, porventura existentes, cedo os direitos autorais do referido artigo à Sociedade Brasileira de Proteção Radiológica, que está autorizada a publicá-lo em meio impresso, digital, ou outro existente, sem retribuição financeira para os autores.

              Licença
              Os artigos do BJRS são licenciados sob uma Creative Commons Atribuição 4.0 Licença Internacional, que permite o uso, compartilhamento, adaptação, distribuição e reprodução em qualquer meio ou formato, desde que você dê o devido crédito ao (s) autor (es) original (is) e à fonte, forneça um link para a licença Creative Commons, e indique se mudanças foram feitas. As imagens ou outro material de terceiros neste artigo estão incluídos na licença Creative Commons do artigo, a menos que indicado de outra forma em uma linha de crédito para o material. Se o material não estiver incluído no licença Creative Commons do artigo e seu uso pretendido não é permitido por regulamentação legal ou excede o uso permitido, você precisará obter permissão diretamente do detentor dos direitos autorais. Para visualizar uma cópia desta licença, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/