Charla Usos Reactor Rp10

Uso de los Reactores Nucleares RP10 y RP0 en la formación de estudianes de ciencias e ingeniería a nivel

de pregrado y postgrado

Instituto Peruano de Energía Nuclear

A. ZUÑIGA USOS NEUTRONES RP10 Y RP0 1

DR. AGUSTIN ZUÑIGADirecctor General de Instalaciones

21 de Abril de 2005

CONTENIDO

1. Presentacion2. Contexto Nacional y Mundial: Las Aplicaciones Nucleares 3. Los reactores en la EDUCACION universitaria, pregrado y postgrado


Presentación


FECHAS HISTORICAS

Primer reactor nuclear: Fermi 1942

Creación del IPEN: 04 Febrero 1975

Puesta a crítico del RP0: Julio 1978 y Agosto 1991


Puesta a crítico del RP0: Julio 1978 y Agosto 1991

Puesta a crítico del RP10: Noviembre 1988

HISTORIA

El primer reactor nuclear fue diseñado y posteriormente construido, bajo la dirección de Enrico Fermi (1901-1954) en 1942, quien recibió el premio


1942, quien recibió el premio Nóbel en Física (1938) por su trabajo: “Radiactividad artificial producida por neutrones” y “Reacciones Nucleares producidas por neutrones de baja energía”.

Un reactor nuclear es el lugar donde se produce de formacontrolada reacciones nucleares, tales como la fisión de losnúcleos atómicos de los combustibles nucleares, liberándoseuna cantidad de energía que se conoce como energía nuclear.

REACTOR NUCLEAR


Moderador

Neutrón

CapturaFisión

Energía

Productos

de fisión

Uranio

ModeradorModerador

Radiación

Gamma

Radiación

Gamma

Neutrón

U-235

U-235

U-235Neutrones

Reacción en cadena


Neutrones

de alta

energía

Uranio

Barra de control

(absorción de

neutrones)

Esquema de Reacción en cadena

Radiación

GammaProductos

de fisión

Reacción en cadena del Uranio 235

Fragmentos

de fisiónNeutrón

U-235U-235 U-235

Fragmentos

de fisión

NeutrónNeutrón

Fragmentos

de fisión

Reacción en cadena controlada

TIPOS DE REACTORESREACTORES DE INVESTIGACION:

-Producción de Radioisótopos

-Investigación de materiales

-Facilidades críticas (RP-0)


-Multipropósito (RP-10)

REACTORES DE POTENCIA

-Refrigeradas con agua liviana (PWR, BWR)

-Refrigeradas con agua pesada (CANDU)

-Refrigeradas con otros compuestos (GFR, LFR, SFR)

REACTORES RP10 Y RP0


Cúpula del reactor

Laboratorios auxiliaresPlanta de producción de radioisótopos

EL CENTRO NUCLEAR RACSO (HUARANGAL)


REACTOR RP-10


El RP-10 es un reactor nuclear de 10MW de potencia térmica. Es de tipo piscina, refrigerado y moderado con agua desmineralizada, utiliza elementos combustibles tipo MTR (Material Testing Reactor). Actualmente se utiliza con fines de investigación en ciencias e ingeniería así como en la producción de radioisótopos de uso médico y otros. Fue puesto a crítico por primera vez el 30 de Noviembre de 1988 e inaugurado oficialmente el 19 de Diciembre de 1988.

RECINTO DEL REACTOR RP-10


Vista interior del Tanque del Reactor RP-10

Column

Sistema neumático


Conducto de Neutrografía

Cámara de fisión

Columna térmica

Núcleo del reactor

REACTOR RP-0


El RP-0 es un reactor nuclear de 1-10W de potencia térmica. Es de tipo piscina, refrigerado y moderado con agua desmineralizada, utiliza elementos combustibles tipo MTR (Material Testing Reactor). Actualmente se utiliza con fines de Enseñanza, Entrenamiento de Personal e investigación en ciencias e ingeniería. Fue puesto a crítico por primera vez el 20 de Julio de 1978.

FACILIDAD DE IRRADIACION DEL RP-0

Sistema Neumatico


• Recinto del Reactor RP-0• Vista interior del Tanque del

Reactor RP-0

APLICACIONES DE LOS NEUTRONES PRODUCIDOS

POR LOS REACTORES


POR LOS REACTORES

Aplicaciones del RP-10Producción de radioisótopos para la medicina

Sm-153 (T1/2 = 46.3 horas )Tratamiento del dolor producido por metástasis ósea en el cáncer de huesos.

En 1989 el Instituto Peruano de Energía Nuclear comenzó a producir radioisótopos y desde esa fecha se han ido incorporando progresivamente a la medicina nuclear , radioisótopos como el Iodo 131, útil en el diagnóstico y tratamiento enfermedades tiroideas; Tecnecio 99m para la obtención de imágenes y el diagnóstico de diversas enfermedades; Samario 153, para el tratamiento del dolor que produce la metástasis ósea; Iridio 192 en forma de hilos de gran aplicación en braquiterapia.

Ir-192 (T1/2 = 73.83 días )Destrucción de tumores malignos por radioterapia intersticial o intracavitaria (braquiterapia)

I-131 (T1/2 = 8.04 días)Gammagrafía de tiroidesTerapia de hipertiroidesTerapia de cáncer de tiroidesTerapia en metástasis

Producción de radioisótopos para la medicina

Dy-165 (T1/2 = 2.334 horas )Alivio del dolor producido por

la artritis reumática.

Tc-99m (T1/2 = 6 horas )Marcación de fármacos

utilizados en centellografía (ósea, cerebro, epilepsia, depresión, esquizofrenia, muerte cerebral, alzheimer, imágenes renales, hepatobiliar y sanguínea), radiodiagnóstico (fracturas) y perfusión miocárdica, pulmonar, renal y cerebral

riñones

Fracturas

Perfusión pulmonar

Producción de radioisótopos para Agricultura, Industria, Minería e Hidrología

Ir-192 (T1/2 = 73.83 días )Discos de iridio utilizados como fuentes de radiación para gammagrafía industrial

I-131 (T1/2 = 8.04 días)Trazadores, Perfilaje de posos petrolerosDeterminación de fugas Hidrología

P-32 (T1/2 = 14.3 días )S-35 (T1/2 = 87.4 días )

Radiotrazador útil en la marcación de fertilizantes fosfóricos de uso agrícola e investigación.

Temas de Tesis:

• Producción del Radioisótopo de P-32• Producción del Radioisótopo de I-125• Generadores de Tc-99m

Análisis por Activación Neutrónica (AAN)

Procedimiento de un análisis por activación neutrónica1. Se preparan los estándares.

2. Se preparan las muestras.

4. Se mide la radiactividad inducida por espectrometría gamma.

Elementos analizados por activación neutrónica

ELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOS

Dy, Eu.Mn, In, Lu.Co, Rh, Ir, Br, Sm, Ho, Re, Au.Na, Ge, Sr, Nb, Sb, Cs, La, Yb, U, V,Cu, Ga,As, Pd, Ag, I, W.Al, Cl, K, Sc, Se, Gd, Hg, Ni, Rb, Cd,Te, Ba,

3. Se irradian los estándares y muestras en el reactor nuclear.

5. Se procesan los espectros gamma y se hace el cálculo de resultados.

Aplicaciones del AAN

•Arqueología: cerámicos, vidrio,arcilla, huesos, etc.

•Ciencia ambiental: animales,aerosoles, agua, plantas, algas, suelos,etc.

•Geología y Geoquímica: carbón,petróleo, meteoritos, rocas,minerales, etc.

•Industria: materiales diversos.

•Medicina: tejidos humanos.

Al, Cl, K, Sc, Se, Gd, Hg, Ni, Rb, Cd,Te, Ba,Tb, Hf, Ta, Os, Pt, Th.P, Ti, Zn, Mo, Sn, Ce, Nd, Mg, Ca.F, Cr, Zr.Fe.

Análisis por Activación Neutrónica (AAN)


Temas de Tesis:1. Microelementos en metales y compuestos inorgánicos.2. Microelementos en tejidos de animales y plantas.3. Microelementos que contiene los suelos, agua de río y mar4. Microelementos en muestras de investigación tales como la lluvia y la nieve que cae.5. Composición de materiales cósmicos.6. Composición de rocas.7. Otros (medicina, arqueología, etc.)

Estudios de futuras aplicaciones en el RP-10Producción de Gemas de Topacio

Ubicación en el reactor RP-10. Irradiación de cristales de topacio

Portamuestras

Topacios Irradiados (a, b, c, d) y topacio natural (a, e).

Dopado por transmutación de Silicio (NTD-Si) en el reactor RP-10.


Dopado por transmutación de Silicio (NTD-Si) en el reactor RP-10.

Las Areas de investigacion en Tesis en el RP-10 serian:

• Diseño, Evaluación e Implementacion de facilidad de irradiacion del sistema NTD-Si.


• Medicion de la Resistividad del Silicio Dopado como una medida de calidad del producto.

• Evaluacion de los diferentes dispositivos fabricados con el material de Silicio dopado: Transistores de poder, Tiristores, CCD, etc.

Neutrografía

Obtención de una Neutrografía

Sistema de Neutrografía

Comparación entre las imágenes de una

ColimadorBlindaje de recinto

Comparación entre las imágenes de una válvula de gas obtenidas por dos técnicas diferentes

Blindaje de haces

Sistema automático de colocación de muestras

Neutrografía

Temas de Tesis:

Aplicaciones Industriales.

Existen diversas aplicaciones a nivel industrial debido a la complejidad deprocesos industriales, entre las aplicaciones mas frecuentes podemos mencionar:

-Controldecalidadenalabesdeturbinasenaviones


-Controldecalidadenalabesdeturbinasenaviones

-Inspección de sistemas de refrigeración y lubricación en motores de combustióninterna.

-Detección de trazas de agua en diversos productos.

-Detección de corrosión y humedad en componentes de aviones y cohetes.

-Control de calidad en cargas explosivas.

-Determinación de estructuras y composición en cerámicos y materialesaeroespaciales.

•Aplicaciones no industriales.

•Medicina:

- Determinación de estructura de los cálculos biliares

- Investigación de compuestos para BNCT

- Detección de presencia de tumor en tejidos

•Odontología:

- Estadodeldientebajoel metaldela corona.

Neutrografía


- Estadodeldientebajoel metaldela corona.

- Optimización de superficies después de la perforación

•Biología:

- Estudio de desarrollo de la raíz

- Cambios morfológicos en las plantas durante el proceso de regeneración.

•Utilización forense:

- Determinación de la autenticidad o integridad de documentos.

- Detección de pegamentos, tintas y compuestos hidrogenados

•Arte:

•- Examen de reliquias antiguas, visualización de estructura de bajo de la pintura

Terapia por captura de neutrones (BNCT)Consiste en el tratamiento de cáncer al cerebro mediante el uso de un flujo de neutrones que interactúan con un fármaco que contiene Boro-10, debido a esta interacción se emiten partículas alfa que destruyen el tejido cancerígeno que se encuentra alrededor.

A. ZUÑIGA USOS NEUTRONES RP10 Y RP0 28El IPEN está desarrollando los primeros estudios en una de las facilidades de irradiación conocida cono columna térmica.

Terapia por captura de neutrones (BNCT)

Primeros Estudios Realizados

Flu

jos

(neu

tron

es/c

m2 s

)

1e+6

1e+7

1e+8

1e+9

1e+10

TérmicoEpitérmicoRápidoAjuste ExponencialAjuste ExponencialAjuste Exponencial

Caracterización de la Facilidad de Irradiación Columna Térmica del RP-10.

Distancia (cm)

0 50 100 150 200

Flu

jos

(neu

tron

es/c

m

1e+1

1e+2

1e+3

1e+4

1e+5

1e+6

Medición del espectro gamma en la facilidad de irradiación de la columna térmica

Detectores de polímeros CR-39 para medir flujos de neutrones en la zona externa de la columna térmica

Flujo de neutrones Térmico, Epitérmico y Rápido de la columna termica.

Les investigaciones para lograr tener en nuestro país el equipo de terapia por captura de neutrones son trabajos de tesis. Los campos mas grandes de investigación para realizar tesis serian:

• Evaluacion del diseño del y los materiales adecuados para la contruccion dela facilidada de irradiacion BNCT mediante simulacion y posteriormente en forma experimental.

Terapia por captura de neutrones (BNCT)


• Caracterización y Calibración de la condición del haz de neutrones térmicos y la dosis de radiación mixta neutrón-gamma.

• Estudio del fármaco que contiene B-10 y su análisis en organismos vivos de la ubicación en forma optima en tejidos cancerígenos.

Difracción de neutrones

La difracción de neutrones es el mejor mediopara obtener información estructural detalladaa nivel atómico en muchas clases demateriales.

•Los neutrones son dispersados por el nucleo de la muestra.

•Atomos livianos dispersan a los neutrones tan bien como los elementos pesados.

AplicacionesAplicaciones

�Estudio de nuevos superconductores cerámicos�Desplazamientos moleculares.� Estructuras de virus � Conecciones entre estructuras.� Propiedades elásticas de polímerosbien como los elementos pesados.

•Los neutrones tienen un momento magnético que le permite interactuar con elementos magneticos

� Propiedades elásticas de polímeros�Identificación y Evaluación deMaterias Primas

θλ sin2dn =

Difracción de neutrones

VISTA ISOMETRICA

ANGULO DE GIRO DELBLINDAJE- DETECTOR ES DE 120°

PRIMER EJE

ESTRUCTURA

DE ENLACE

BLINDAJE - DETECTOR

CONTRAPESO

PORTAMUESTRA

ANGULO DE GIRO DE LAESTRUCTURA CORRESPONDIENTEAL SEGUNDO EJE ES 60°

PERFILES ROLADAS (GUIAS)

PLANCHA ESTRUCTURAL 1/4”

ESTRUCTURA ROLADA (ZONA SEGUNDO EJE)

Areas de Investigaciones en Tesis:

1. Propiedades de los neutrones como pruebas en dispersión neutrónica en:

a) Alta penetración de materiales debido a la carencia de una carga eléctricab) Dispersión por interacción nuclear en una muestrac) Sensibilidad especial al hidrogeno y sustancias hidrogenadas que se diferencian

en la dispersión por el hidrógeno y el deuterio.d) Dispersiónpor interacciónmagnéticacon los electronesdesapareadosen átomos

Estudio de Estructura de Materiales


d) Dispersiónpor interacciónmagnéticacon los electronesdesapareadosen átomosmagnéticos.

e) Medición de distancias interatómicas de muestras mediante la Longitud de ondaDe Broglie de neutrones térmicos .

f) Evaluación de muestras de la energía de neutrones térmicos que están en el mismoorden de excitaciones en materia condensada.



2. Caracterización y calibración de las Facilidades de Irradiación (Fuente de neutrones), que son usados en investigaciones en física, química, ciencia de materiales y biología.



3. Evaluación de la dispersión neutrónica aplicado a la ciencia de materiales para el estudio de la composición atómica, dirección de momentos magnéticos de cristales y estructura magnética, todo esto obtenido por resultados experimentales del:

a) Difractómetro de neutronesb) Espectrometría de neutronesc) Topografía y dispositivos de neutrones

4. Instrumentación del equipo de dispersión de neutrones como complemento del uso de otros instrumentos como rayos X.

Análisis por Activación Neutrónica Gamma Pronto (PGNAA)


Areas de Investigaciones en Tesis:

1. Análisis de muestras en ciencias geológicas y atmosféricas de elementos: H, B, C, N, P, S, Cd, Pb, SM, y Gd.

2. Concentración de B-10 en muestras Biológicas en ppm.

Aplicaciones del RP-10 y RP-0Utilización en Educación

El IPEN hace un llamado a la comunidad universitaria a fin de presentarles la variedad de experimentos de pre-grado y post-grado en el campo de la física de reactores, física nuclear, instrumentación nuclear y análisis multielemental por


multielemental por activación neutrónica. Para este propósito se dispone de guías de laboratorio adecuadamente preparadas, y principalmente el reactor RP-0, ubicado en la Av. Canadá 1470, de fácil acceso para todas las universidades.

APLICACIONES NUCLEARES



REACTORES DE INVESTIGACION EN LATINOAMERICA


BENEFICIOS SOCIALES Y ECONOMICOS


MEDIO AMBIENTE Y AGRICULTURA


INDUSTRIA, HIDROLOGIA Y MINERIA


INVESTIGACION CIENTIFICA Y DESARROLLO


TECNOLOGICO

“El Centro Nuclear es una instalación de todos los

peruanos, usémoslo para beneficio de la educación


beneficio de la educación universitaria”

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