Aula 3.1 - Produção de Radionuclídeos

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Resumo da Malu – 2020.1 
Produção de Radionuclídeos 
Histórico 
→ 1913: 
• Primeira aplicação de radionuclídeos em Medicina 
• Utilizou-se o 226Ra 
 
→ 1935: 
• Início da produção de radioisótopos artificiais: 
- Niels Bohr produz 32P a partir do Be 
 
→ 1946: 
• Primeiro reator nuclear para produção de radionuclídeos: 
- Oak Ridge, USA 
 
→ Anos 50: 
• Reatores Nucleares foram implantados para obtenção de 
radionuclídeos 
• Foram construídos os primeiros Aceleradores de Partículas 
Circulares → chamados cíclotrons 
• Reconhecimento da Medicina Nuclear como especialidade 
• Produção regular de 131I, 198Au, 24Na, 42K e 32P 
- Iodo – usado para tratamento do tumor de tireoide e 
para a obtenção da sua imagem também 
- Fósforo – usado para tratamento do tumor ósseo 
 
→ Radionuclídeos Naturais: 
• Motivos que não são utilizados: 
- Possui um tempo de meia-vida elevado → lixo radioativo 
teria uma existência muito grande, gerando custo 
elevado para o seu armazenamento (109 anos para 40K) 
- Elementos pesados (235U, 226Ra) geralmente são emissores 
de partícula α → pouco interesse na medicina nuclear 
- Encontrada em pequena abundância na natureza 
Radionuclídeos produzidos em 
Reatores Nucleares 
→ Reator Nuclear: 
• Dispositivos onde se realizam reações de fissão nuclear 
controladas 
- Moderadores – são barras de cádmio responsáveis por 
fazer a moderação do feixe de nêutrons emitidos pelo 
material que sofre fissão, possibilitando manter essa 
reação controlada 
- Barras de controle – realizam o controle da reação 
nuclear ao absorver parte dos nêutrons emitidos na 
fissão do urânio 
• A reação de fissão ocorre em cadeia, mas é controlada 
 
 
• Possui uma blindagem bastante espessa para impedir que 
a radiação escape dele 
• Núcleo ou Caroço do Reator – fica imerso em uma piscina 
com água, para fazer a refrigeração do caroço do reator 
nuclear 
• Sistema Pneumático de inserção e remoção de amostra – 
Presente em reatores nucleares dedicados à produção de 
radionuclídeos. 
• Amostras – material que será exposto ao feixe de nêutrons 
emitidos no processo de fissão → 235U 
• Reação autossustentável e controlável 
 
→ Fissão Nuclear: 
• Induzida pela captura de um nêutron pelo material que irá 
sofrer a fissão (235U) 
• Há produção de um núcleo instável, que vai sofrer fissão 
(fracionamento) gerando moléculas diferentes, energia e 
3 nêutrons 
• Esses nêutrons liberados que constituem o que chamamos 
de feixe de nêutrons, podendo expor novos núcleos a esse 
feixe emitido 
• Esses núcleos expostos podem capturar um nêutron se 
tornando instável, gerando um novo radionuclídeo (esse 
produzido artificialmente) 
• Alguns produtos da fissão podem ser utilizados para fins 
de tratamento e imagem 
- 99Mo → 99Tc ou 99mTc (usado na obtenção de PET scan) 
 
Principais Reações Nucleares 
→ Reação de captura de nêutrons (n): Ativação 
 
 
 
• Nêutrons térmicos – são aqueles emitidos por uma reação 
nuclear ocasionada 
• Características: 
- Radionuclídeo originado é isótopo do alvo 
- Difícil separação 
 Ex: 131I, 125I, 51Cr, 99mTc e 113mIn 
Nêutrons 
térmicos 
Átomo 
estável 
Átomo 
instável 
n 
 Resumo da Malu – 2020.1 
→ Reação (n, 𝛾) – Ativação seguida de emissão 𝛽-: 
• Características: 
- Separação mais fácil pois a emissão 𝛽- gera um novo 
radionuclídeo por transmutação 
- O 130Te captura um nêutron produzindo um isótopo (131Te) 
- O 131Te emite uma radiação 𝛾 seguida por uma emissão 
de partícula 𝛽- formando o 131I 
• A maior parte do 131Te é obtido a partir da fissão nuclear 
• Os radionuclídeos obtidos por produto de fissão nuclear 
são mais baratos e o seu rendimento (quantidade 
produzida) é maior do que em uma reação nuclear de 
captura de nêutrons 
 
 
 
→ Reação (n, p) e (n, α) – Transmutação: 
 
 
 
 
 
 
• O átomo instável se torna estável a partir da emissão de 
um próton ou de uma partícula α 
• Características: 
- Usam nêutrons de maior energia 
- Alvo (átomo que será exposto ao feixe de nêutrons) e 
produto (radionuclídeo produzido) são diferentes 
- Produzem radionuclídeos de separação mais fácil e mais 
barata 
 
→ Fissão Nuclear: 
 
 
 
 
 
 
• Características: 
- Elementos 235U ou 239Pu 
- Produtos de massas atômicas entre 72 a 162 (máximo em 
95 e 139) 
- Radionuclídeos úteis podem ser obtidos como produtos 
de fissão – 89Sr, 90Y, 99Mo, 131I, 131Xe, 137Cs, 153Sm 
- Difícil separação dos produtos, pois são isótopos (131I e 
129I) 
 
 
Radionuclídeos produzidos em 
Aceleradores de Partículas 
→ Aceleradores: 
• Aceleradores dedicados à produção de radionuclídeos são 
os aceleradores circulares, chamados cíclotrons 
• Se utilizam partículas carregadas: H+, 2H+, 3H+, α 
• Princípio – Aplicação de partículas carregadas sob ação 
de um campo elétrico e um campo magnético 
• Energia da Partícula: 
 
 
- H – intensidade do campo magnético 
- R – raio da trajetória 
- Z – número atômico 
- A – número de massa 
Nêutrons 
térmicos 
Átomo 
estável 
Átomo 
instável 
Átomo 
estável 
Emissão 
p ou 𝛼 
 
Nêutrons 
térmicos 
Átomo 
estável 
Átomo 
instável 
Produto 2 Produto 2 Produto 2 
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• A aplicação dos campos elétrico e magnético serão 
necessários para que a partícula faça a trajetória na 
forma de um círculo 
• Conforme ela vai fazendo essa trajetória circular sua 
velocidade aumenta, e consequentemente sua energia 
cinética também 
• Isso é importante pois a partícula precisa adquirir uma 
energia maior que a energia de repulsão que impede que 
ela entre no núcleo atômico 
- O núcleo possui cargas positivas e as partículas 
carregadas que se deseja colocar no núcleo também são 
positivas 
• Com isso, a partícula consegue entrar no núcleo causando 
uma instabilidade nuclear → gera um radionuclídeo com 
excesso de cargas positiva (podem decair por emissão 𝛽+) 
• O objetivo em questão é produzir emissores de pósitrons 
para serem utilizados na imagem PET scan 
- Possui extrema importância no diagnóstico de tumores 
• Um acelerador circular de partículas típico usa: 
- Campo magnético (H) = 1,5 T 
- Diferencia de potencial (U) = 200 kV 
- Frequência de oscilação do campo magnético (f) = 5 MHz 
- Trajetória circular de raio (R) = 38 cm 
• Nessas condições: 
» Partícula α chega a atingir uma energia de: 
- E = 15 MeV 
» Núcleos de deuterons (2H+) possuem uma energia de: 
- E = 8 MeV 
 
→ Representação Esquemática - Cíclotron: 
• A partir de uma fonte (S) é emitida partículas de carga 
positivas que vão descrever trajetórias circulares, e à 
medida que aumenta o seu raio a energia da partícula 
aumenta, até atingir um valor suficiente para ser defletida 
e atingir um alvo, onde se localizam os núcleos atômicos 
que serão bombardeados 
• Esses núcleos ao capturara a partícula positiva irão gerar 
núcleos com excesso de prótons → potenciais emissores de 
pósitrons 
• Assim são produzidos os radionuclídeos usados na área de 
medicina nuclear e para imagem PET scan 
 
→ Radionuclídeos produzidos em cíclotrons: 
• Características: 
- Radionuclídeos que decaem por CE ou 𝛽+ 
- Produto livre de carreador → pois nessa reação o 
produto adquiriu prótons formando um novo elemento 
- A quantidade produzida é pequena → Maior custo 
♥ OBS: Ativação Fotonuclear 
 
♥ Reações – (n, 𝛾) ou (p, 𝛾) 
♥ Fótons 𝛾 – E > 10 MeV 
♥ Radionuclídeos – 11C, 13N, 15O, 18F → possuem meia-vida 
curta então devem ser produzidos no mesmo local que 
forem ser utilizados 
♥ Características: 
- Decaimento por emissão de partícula 𝛽+ 
- Presença de carreador (ex: 12C em 11C) 
- Baixo rendimento 
 
p – próton / n – nêutron / d – deuteron / α – partícula alfa 
Radionuclídeos produzidos em 
Geradores de Radionuclídeos 
→ Vantagens da produção de radionuclídeos em sistemas 
geradores: 
• Fornece radionuclídeo pai com T ½ elevada e possui fácil 
transporte• Menor custo e viabilidade → são fontes de fornecimento 
contínuo 
• Permite o fracionamento das doses (retirar apenas o que 
for utilizar 
• Simples e fácil manipulação, uso rápido e conveniente 
• Conserva a forma química definida dos radionuclídeos pai 
e filho 
• Radionuclídeo filho não precisa de manipulações químicas 
adicionais pois vem pronto para ser utilizado 
• Menor tempo para gerar radionuclídeo filho 
 
→ Características desejáveis em um gerador de radionuclídeo: 
• Pai e filho com propriedades químicas distintas 
• T ½ (pai) >> T ½ (filho) 
• Facilidade de transporte 
• Radionuclídeo obtido deve ser livre de pirogênios e estéril 
• Simples, conveniente e rápido para uso 
• Fornecer doses múltiplas (permitir o fracionamento) e de 
alta atividade (cada mL uma quantidade grande de 
atividade) 
• Possuir proteção contra irradiação emitida – deve gerar 
uma blindagem para proteger os profissionais que irão 
manipular ele 
 Resumo da Malu – 2020.1 
• Eluído (líquido obtido do sistema gerador que contém os 
radionuclídeos filho) deve ser livre do radionuclídeo pai 
(deve ficar retido no sistema gerador) 
• Radionuclídeo filho decaindo para isótopo estável (nem 
sempre é possível, mas é o desejado) 
OBS: Primeiro Gerador Comercial: 
 132Te (T ½ = 78 hrs) – 132I (T ½ = 2,3 hrs) 
→ Representação do Sistema de Gerador Típico: 
• Blindagem de chumbo – importante pois no processo de 
decaimento do radionuclídeo pai para o radionuclídeo 
filho pode haver a emissão de radiação 𝛾 e de radiação 
corpuscular 
• Coluna de vidro ou alumínio – local onde o radionuclídeo 
pai fica adsorvido, e quando o radionuclídeo filho é 
sintetizado, ele não fica adsorvido à essa coluna podendo 
ser levado por um líquido 
• Recipiente com vácuo – local de coleta do radionuclídeo 
filho 
 
Gerador de Radionuclídeos 
→ Princípio de funcionamento: 
• Relação de decaimento-crescimento entre radionuclídeos 
(pai-filho) 
 
→ Equilíbrio Secular: 
• O tempo de meia-vida do radionuclídeo pai é muito maior 
que o tempo de meia-vida do radionuclídeo filho: 
- T ½ (pai) ≅ 100 – 1000 T ½ do radionuclídeo filho 
• Tempo para equilíbrio: 6 T ½ do radionuclídeo filho 
• Não há um radionuclídeo pai com a meia-vida muito 
elevada que dê origem a um radionuclídeo filho que seja 
útil na área da saúde 
 
 
 
 
 
 
• Representação: 
 
O radionuclídeo filho está 
constantemente sendo formado, e 
por isso a sua atividade só 
aumenta mesmo que ele também 
esteja decaindo 
 
 
 
 
 
 
 
→ Equilíbrio Transiente: 
• O radionuclídeo pai não possui uma meia-vida tão mais 
longa que o radionuclídeo filho: 
- T ½ (pai) ≅ 10 T ½ do radionuclídeo filho 
• Tempo para equilíbrio: 6 T ½ do radionuclídeo filho 
• Há produção de radionuclídeo filho de grande importância 
para a área da saúde (99mTc) 
 
 
 
 
 
 
 
• Representação: 
A atividade do radionuclídeo filho é 
ligeiramente maior que a do 
radionuclídeo pai 
A atividade do radionuclídeo pai 
diminui significativamente dentro de 
10 meias-vidas do radionuclídeo filho 
 
Gerador 99Mo – 99mTc 
 
→ Características do 99Mo: 
• Possui tempo de meia-vida de 66 hrs 
• Decaimento por emissão de partículas β-: 
- Decai para 99mTc (87%) 
- Decai para 99Tc (13%) 
• Decai também por emissão de radiação 𝛾 de 740 e 780 keV 
→ por isso precisa da blindagem 
• Pode ser obtido por: 
- Produto de fissão – mais barato e mais comum 
- Produto de Reação Nuclear – 98Mo (n, 𝛾) 99Mo 
 
→ Características do 99mTc: 
• Possui tempo de meia-vida de 6 hrs 
• Decai por emissão 𝛾 de 140 keV (90%) 
• Decaimento por: 
- Transição isomérica (90%) – emissão 𝛾 
- Conversão interna (10%) 
Taxa de decaimento 
do radionuclídeo pai 
Taxa de produção do 
radionuclídeo filho 
Decaimento da atividade 
do radionuclídeo pai 
Decaimento da atividade 
do radionuclídeo filho 
= 
<< 
Taxa de produção do 
radionuclídeo filho 
Decaimento da atividade 
do radionuclídeo pai 
Decaimento da atividade 
do radionuclídeo filho 
= 
= 
 
aparentemente 
Taxa de decaimento 
do radionuclídeo pai 
 Resumo da Malu – 2020.1 
• 99Tc possui T ½ = 2,1 x 105 anos 
• O processo de decaimento possui baixa emissão eletrônica, 
pois apenas 10% é por conversão interna 
• A radiação 𝛾 é a usada para gerar sua imagem → sendo 
o 99mTc usado para diagnóstico por imagem 
• A atividade máxima do 99mTc é atingida após 23 horas da 
sua eluição (sua retirada do sistema gerador) 
 
→ Representação do Decaimento do 99Mo: 
 
 
→ Relação entre 99Mo e 99mTc em geradores 99Mo – 99mTc: 
• A eluição é feita quando a atividade do 99mTc se iguala a 
atividade do 99Mo ou antes de chegar a esse ponto 
• A eluição é feita com uma solução fisiológica de cloreto de 
sódio (0,9%) 
 
 
→ Controle de qualidade do gerador 99Mo – 99mTc: 
• Presença de 99Mo: 
- No eluído junto com 99mTc (caso não seja baixa, quer dizer 
que coluna não está retendo o molibdênio) 
- É avaliada a partir da medida a partir da contagem de 
radiação 𝛾 (740 e 80 keV) 
- Validade do 99mTcO4- para uso clínico: 12 hrs 
- Taxa ideal: 
 
 
 
 
• Presença de outros radionuclídeos: 
- Como o molibdênio é obtido como produto de uma fissão, 
onde vários radionuclídeos são produzidos, são eles: 
- 130Ru, 132Te, 131I, 99Zr, 124Sb, 134Cs, 89Sr, 86Rb → é feito por 
espectrometria 𝛾 (avalia a altura de pulso – altura do 
que é detectado de radiação 𝛾) 
- Referências: 
» 131I – 0,05 μCi/mCi 99mTc 
» 102Ru – 0,05 μCi/mCi 99mTc 
» 89Sr – 0,0006 μCi/mCi 99mTc 
» Para outros emissores 𝛽- ou 𝛾 < 0,01% 
» Para emissores 𝛼 < 0,001% 
 
• Presença de alumínio no eluído: 
- Ele altera a preparação de colóide de 99mTc-sulfuroso 
(utilizado na imagem de fígado e baço) → Indica que a 
coluna que retém o molibdênio não está funcionando 
direito, isso é avaliado pelo teste de precipitação 
- Altera a marcação de hemácias, pois o alumínio induz a 
aglutinação de hemácias → as hemácias marcadas pelo 
99mTc são usadas em imagens cardíacas, organização de 
focos de hemorragia 
- Limite aceito: 10 μg Al/mL 99mTc 
- Excesso de alumínio → Indica instabilidade da coluna 
 
• pH: 
- Deve estar entre 4,5 – 7,5 
 
• Pureza radioquímica: 
- Presença de outras formas de 99mTc além do 99mTcO4- 
- A forma predominante deve ser a do 99mTcO4-, pois 
essa é a forma ideal usada pelos kits de preparação 
de radiofármacos disponibilizados pela indústria 
 
• Sistemas Geradores Úteis em Medicina Nuclear: