BR102013033619A2 - isotopic transmutator fuser toroid cell - Google Patents

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Tarcísio Passos Ribeiro De Campos
Wagner Leite Araujo
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Univ Minas Gerais
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
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Abstract

célula toroidal fusora transmutadora isotópica. a presente invenção se refere a uma célula toroidal fusora transmutadora isotópica (ctfti), caracterizada por ser um dispositivo compacto de fusão nuclear; consistindo de uma câmara de plasma (10), onde o mesmo pode ser gerado por meio de uma antena de radiofrequência interna (176) ou externa (177), um conjunto de letrodos: do plasma (13), supressor (131), de confinamento (132), e do alvo (11), que aceleraram íons de deutério (d) ou trítio (t) contra um alvo contendo hidretos metálicos (11), induzindo reações d-d, d-t ou t-t e gerando nêutrons; um sistema de refrigeração e isolador (162) do alvo, um moderador (15) de nêutrons de dimensão ajustável ao nível energético do feixe neutrônico de transmutaçáo; um ou mais receptáculos de posicionamento de amostras (161); refletor de nêutrons (16), e blindagem (160). a ctfti tem a finalidade de transmutar nuclídeos pela absorção de nêutrons, produzindo radioisótopos de meia vida curta ou longa, ricos em nêutrons, materiais e substâncias radioativas de interesse no diagnóstico e na terapia médica, ou nuclídeos físseis a partir de nuclídeos fissionáveis; ou transmutar radionuclídeos de meia vida longa em radionuclídeos de meia vida curta ou estáveis, de interesse na queima de rejeitos radioativos; ou, na redução da atividade de fontes radioativas indesejadasisotopic transmutating fuser toroid cell. The present invention relates to an isotopic transmutation fuser (ctfti) toroidal cell characterized in that it is a compact nuclear fusion device; consisting of a plasma chamber (10), where it can be generated by means of an internal (176) or external (177) radio frequency antenna, a set of electrodes: plasma (13), suppressor (131), confinement (132), and target (11), which accelerated deuterium (d) or tritium (t) ions against a target containing metal hydrides (11), inducing dd, dt or tt reactions and generating neutrons; a cooling system and isolator (162) of the target; a neutron moderator (15) of dimension adjustable to the energetic level of the transmutation neutron beam; one or more sample positioning receptacles (161); neutron reflector (16), and shielding (160). ctfti is intended to transmute nuclides by absorbing neutrons, producing short- or long-lived radioisotopes rich in neutrons, radioactive materials and substances of interest in medical diagnosis and therapy, or fissile nuclides from fissionable nuclides; or transmute long half-life radionuclides into short or stable half-life radionuclides of interest in burning radioactive waste; or, in reducing the activity of unwanted radioactive sources

Description

CÉLULA TOROIDAL FUSORA TRANSMUTADORA ISOTÓPICA A presente invenção se refere a uma Célula Toroidal Fusora Transmutadora Isotópica (CTFTI), caracterizada por constitu r um dispositivo compacto, na forma toroidal, ativador de nuclideos, consistindo de uma câmara de plasma (10), que pode ser alimentada por um sistema de> radiofrequência (175) e, neste caso, com antenas interna (176) ou externa (177) para a excitação de íons; um conjunto de eletrodos compostos do ele trodo do plasma (13), eletrodo supressor (131), eletrodo de confinamento (132?), e eletrodo do alvo (11), que aceleraram íons de deutério (d) ou trítio (1:) contra o alvo constituído de hidretos metálicos depositados na superfície do eletrodo alvo (11), onde se produz reações de fusão d-d, d-t ou t-t, gerando nêutrons; um sistema de refrigeração e isolador do alvo, com fluido refrigerante (162), um moderador neutrônico (15) de volume e dimensão ajustável ao nível energético do feixe neutrônico de transmutação; um ou mais receptáculos de amostras (161) a serem transmutadas; refletor (16) de nêutrons e blindagem (160). A CTFTI tem a finalidade de ativar nuclideos por meio de transmutações por nêutrons, de modo que possam, por exemplo, produzir radioisótopos de meia vida curta ou longa, ricos em nêutrons, produzindo matéria s e substâncias radioativas de interesse no diagnóstico e na terapia médica; transmutar radionuclídeos de meia vida longa em radionuclídeos de meia vida curta ou estáveis, de interesse na queima de rejeitos radioativos ou na redução da atividade de fontes radioativas indesejadas; ou converter nuclideos físseis a partir da transmutação de nuclideos fissionáveis.The present invention relates to an Isotopic Transmuting Fuser Toroidal Cell (CTFTI), characterized in that it comprises a compact, toroidal activating nuclide device consisting of a plasma chamber (10) which can be powered by a radio frequency system (175) and in this case with internal (176) or external (177) antennas for ion excitation; a set of electrodes composed of plasma electrode (13), suppressor electrode (131), containment electrode (132?), and target electrode (11), which accelerated deuterium (d) or tritium (1 :) ions against the target consisting of metal hydrides deposited on the surface of the target electrode (11), where dd, dt or tt fusion reactions occur, generating neutrons; a cooling and target isolating system with coolant (162), a neutron moderator (15) of volume and dimension adjustable to the energy level of the transmutation neutron beam; one or more sample receptacles (161) to be transmuted; neutron reflector (16) and shielding (160). The purpose of CTFTI is to activate nuclides by neutron transmutation so that they can, for example, produce neutron-rich short or long-lived radioisotopes, producing radioactive substances and substances of interest in diagnosis and medical therapy; transmute long-lived radionuclides into short-lived or stable radionuclides of interest in burning radioactive waste or reducing activity from unwanted radioactive sources; or convert fissile nuclides from transmutation of fissionable nuclides.

Atualmente as tecnologias de produção de radioisótopos por transmutação isotópica ocorrem, essencialmente, baseadas em quatro processos: irradiação de nêutrons de fissão em Reatores de Fissão (RT), produzindo radioisótopos ricos em nêutrons; irradiação de part'culas com carga aceleradas em Aceleradores (AC), como prótons e alfa, gerando nuclideos ricos em prótons; irradiação por fótons, dita Foto-Transmutação (FT), emitidos de fontes seladas ou de interações de elétrons com alvos pesados, tipo reações de bremsstrahlung-, e, por Geradores de Radioisótopos (GR), através do decaimento de um nuclídeo precursor “pai” em um “filho” sendo que o pai foi previamente produzido pelos processos RT ou AC. Os processos RT, AC e GR requerem aparatos específicos para produzira transmutação.Nowadays isotopic transmutation radioisotope production technologies occur, essentially, based on four processes: fission reactor (RT) fission neutron irradiation, producing neutron rich radioisotopes; irradiation of accelerated charged particles in Accelerators (AC), such as protons and alpha, generating proton-rich nuclides; Photon Transmutation (FT), emitted from sealed sources or electron interactions with heavy targets, like bremsstrahlung- reactions, and, by Radioisotope Generators (GR), through the decay of a parent parent nuclide ”In a“ child ”where the father was previously produced by the RT or AC processes. The RT, AC and GR processes require specific apparatus to produce transmutation.

Dos documentos que apresentam dispositivos que propõem produzir radioisótopos por FT, incluem-se: O pedido de patente "Compact nêutron generator for medicai and comercial isotope production, fission product purification and controlled gamma reaction for direct electric Power generatiorí’- US20110268237A1 consiste de um gerador de nêutrons, aparatos para produzir radioisótopos e de métodos de uso e produção comercial de nêutrons para medicina. Este utiliza as reações (γ, n) para produzir nêutrons através do bombardeamento de berílio ou deutério com fótons gama. As interações desses fótons na matéria produzem nêutrons, que são multiplicados por um conversor de fissão. Observa-se que, devido à baixa produção de nêutrons da reação (γ,η), o material físsil deve ser incorporado ao dispositivo para amplificar o fluxo de nêutrons Dessa forma, o método de produção de nêutrons estabelecido na patente US20110268237 difere significativamente da presente patente, que propõe a produção de nêutrons através de reações de fusão d-d, d-t ou t-t e não apresenta um amplificador neutrônico. O documento “Isotope generator” - US20070160176A1,, propõe produzir radioisótopos por meio da reação (n,2n) ou (γ,η). O proponente sugere empregar uma fonte neutrônica que irradia um contêiner adjacente à mesma, onde amostras são expostas a um fluxo neutrônico com o objetivo de gerar isótopos. A reação (n,2n) ocorre neste contentor e produz os radioisótopos de interesse.Uma limitação dessa patente esta associada à diminuição do fluxo neutrônico devido ao acoplamento de sistemas auxiliares constituídos de elementos pesados. A reação em questão requer nêutrons de altas energias e é limitada pela baixa probabilidade de ocorrência para a maioria dos nuclídeos estáveis. Após a produção, os nêutrons perdem suas energias por colisões elásticas (n,n’) com elementos leves; ou inelásticas, preferencialmente com elementos de número atômico intermediário, competindo com qualquer outro tipo de reação nuclear. As reações (n,2n) são esporádicas, comparadas com as reações (n,n’). Desta forma, o balanço de nêutrons se torna precário pelas reações de competição de auto-absorção no próprio dispositivo em reações (n,n’) e (η,γ). No caso em questão, sabe-se que as reações (n,2n) produzem radioisótopos pobres em nêutrons e ricos em prótons, e, consequentemente, emissores de pósitrons (β+). Além disso, as reações (n,2n) possuem um alto limiar de energia e baixas seções de choque de interação (ou probabilidade de interação) para a maioria dos nuclídeos. Para atingir valores significativos de seções de choque, há a remota possibilidade de que reações com trítio possam gerar nêutrons com energias de 14,1 MeV. Ademais, espfjra-se que haja elevada fuga neutrônica do dispositivo compacto devido à alta energia dos nêutrons emitidos. Outro fator relevante é a moderação inerente dos materiais incorporados, que reduz a energia dos nêutrons e assim, dificulta a ocorrência de reações (n,2n). O uso do trítio caracteriza o dispositivo como radioativo por natureza. A patente 20070160176 difere da presente tecnologia por se basear em reações (n,2n), o que requer alvos específicos para tal finalidade, além dos demais inconvenientes citados.Documents presenting devices proposing to produce radioisotopes by TF include: The patent application "Compact neutron generator for medical and commercial isotope production, fission product purification and controlled gamma reaction for direct power generatiori" - US20110268237A1 consists of a generator of neutrons, apparatus for producing radioisotopes and methods of commercial use and production of neutrons for medicine, which uses the reactions (γ, n) to produce neutrons by bombarding beryllium or deuterium with gamma photons. neutron, which are multiplied by a fission converter It is noted that due to the low neutron production of the reaction (γ, η), the fissile material must be incorporated into the device to amplify the neutron flux. neutron production set forth in US20110268237 differs significantly from this patent. Therefore, it proposes the production of neutrons by d-d, d-t or t-t fusion reactions and does not have a neutron amplifier. The document "Isotope generator" - US20070160176A1, proposes to produce radioisotopes by reaction (n, 2n) or (γ, η). The proponent suggests employing a neutron source that radiates a container adjacent to it, where samples are exposed to a neutron flux in order to generate isotopes. The reaction (n, 2n) occurs in this container and produces the radioisotopes of interest. A limitation of this patent is associated with the decrease in neutron flux due to the coupling of auxiliary systems consisting of heavy elements. The reaction in question requires high energy neutrons and is limited by the low probability of occurrence for most stable nuclides. After production, neutrons lose their energies by elastic collisions (n, n ') with light elements; or inelastic, preferably with intermediate atomic number elements, competing with any other type of nuclear reaction. The reactions (n, 2n) are sporadic compared to the reactions (n, n '). Thus, the neutron balance becomes precarious by the self-absorbing competition reactions on the device itself in reactions (n, n ') and (η, γ). In this case, the reactions (n, 2n) are known to produce neutron-poor and proton-rich radioisotopes, and hence positron emitters (β +). In addition, reactions (n, 2n) have a high energy threshold and low interaction shock sections (or probability of interaction) for most nuclides. In order to achieve significant shock section values, there is a remote possibility that tritium reactions could generate neutrons with energies of 14.1 MeV. In addition, it is expected that there is high neutron leakage from the compact device due to the high energy of emitted neutrons. Another relevant factor is the inherent moderation of the embedded materials, which reduces the energy of neutrons and thus hinders the occurrence of reactions (n, 2n). The use of tritium characterizes the device as radioactive in nature. Patent 20070160176 differs from the present technology in that it is based on reactions (n, 2n), which requires specific targets for this purpose, in addition to the other drawbacks mentioned.

Em continuidade, são abaixo apresentados alguns documentos patentários associados aos processos de produção de radioisbtopos, AC, RT, GR.The following are some patent documents associated with radioisotope production processes, AC, RT, GR.

Produção a partir de irradiação com partículas aceléradas, AC: em “Device and method for producing radioisotopes” - US7940881,os autores propõem transmutar isótopos a partir da irradiação de um fluido com um feixe de partículas carregadas. Tal patente se limita a descrição do alvo, sua forma e estado físico. Nota-se que os feixes de partículas carregadas são gerados por aceleradores de. partículas, como cíclotrons, sincrocíclotron ou síncrotons. Os radionuclídeos produzidos são ricos em prótons e, em geral, emissores β+ou decaem por captura eletrônica.Production from accelerated particle irradiation, AC: In "Device and method for producing radioisotopes" - US7940881, the authors propose to transmute isotopes from the irradiation of a fluid with a charged particle beam. Such patent is limited to the description of the target, its form and physical state. Note that the charged particle beams are generated by accelerators. particles such as cyclotrons, syncrocyclotrons or synchrotrons. The produced radionuclides are rich in protons and, in general, emitters β + or decay by electron capture.

Produção a partir de irradiação com nêutrons (fièsão), RT: em “Techniques for on-demand production of medicai isotopes such as Μο-99/Tc-99m and radioactive iodine isotopes including 1-131” - US20110280356, o inventor propõe irradiar amostras com nêutrons oriundos de fissão a partir do urânio. Neste caso, os nêutrons rápidos de fissão são refletidos e moderados por espalhamento, aumentando a probabilidade de novas fissões do238U.Production from neutron irradiation (phesion), RT: In “Techniques for on-demand production of medical isotopes such as Μο-99 / Tc-99m and radioactive iodine isotopes including 1-131” - US20110280356, inventor proposes to radiate samples with neutrons from fission from uranium. In this case, fast fission neutrons are reflected and moderated by scattering, increasing the likelihood of further fission from 238U.

Camadas em forma de sanduíche de urânio são utilizadas pata manter a taxa de fissão e produção de nêutrons. Neste caso, a produção ae nêutrons por fissão se torna a chave para suprir a produção dos radioisótopds.Uranium sandwich-shaped layers are used to maintain the rate of fission and neutron production. In this case, fission neutron production becomes the key to supplying radioisotope production.

Produção a partir de um radionuclídeo “pai” pré-existente que decai, transmutando-se em outro radionuclídeo “filho”, processo GR: em “Medicai isotope generator systems” - US7554098, os inventores propõem utilizar uma coluna de 90Sr para produzir 90Y e separá-lo por meio de uma solução eluente. Esta é uma típica patente que caracteriza um gerador de radioisótopo através de colunas contendo um radionuclídeo pré-existente de meia vida longa, que decai em um radionuclídeo filho de meia-vida curta e pode ser eluído da coluna. O radionuclídeo “pai” é produzido pelos métodos descritos anteriormente, isto é, em reatores nucleares ou aceleradores de partículas. Estes são químicamente separados e confinados em dispositivos ou cápsulas, no qual sofrerão o decaimento e produzirão o nuclídeo “filho” desejado. Neste caso, o nuclídeo “pai”, 90Sr, deve estar previamente disponível, ativado por outros processos. A literatura técnica também apresenta documentos d!e patentes com concepções de dispositivos geradores de nêutrons: No pedido de patente US20130129027A1, “High flux neutronsource”, de 23 de maio de 2013, é apresentado um aparato para a produção de nêutrons térmicos e epitérmicos, posicionado no entorno de um cilindro ou moderador esférico para maximizar o fluxo de nêutrons em uma amostra centrada no moderador. Neste contexto, o sistema é dividido em um conjunto de geradores de nêutrons com eixos axiais postos no sentido radial de uma estrutura cilíndrica. Cada unidade produz nêutrons direcionados para o centro. Os fluxos de nêutrons gerados das múltiplas unidades são usados piara análise por ativação neutrônica e análise por ativação neutrônica de gamas prontos, no intuito de determinar a concentração química elementar em um material. As absorções de nêutrons térmicos e espalhamento inelástico de nêutrons epitérmicos e rápidos em amostras geram raios gamas característicos que podem ser empregados para identificar o elemento alvo e sua concentração química. Um detector de radiação está posicionado acima do aparato na direção axial ao cilindro de amostras, rodeado por unidades geradoras de nêutrons. O documento de patente US2013/0129027 A1 difere da presente tecnologia, pois, diante da sua finalidade de análise de ativação neutrônica, as estruturas e dimensões empregadas são características parsi esta aplicação, tornando-a distinta. Os múltiplos módulos de irradiação, postos de forma radial ao cilindro de amostras axial, torna distante o sistema de gersção de nêutrons e, assim, susceptível a fugas com redução do fluxo de nêutrons. Os espectros e fluxos gerados no dispositivo US2013/0129027 são insuficientes para a proposta de produção de radioisótopos. Consequentemente, os parâmetros geométricos divergem do contexto proposto nesta patente.- A patente US7639770B2, intitulada “Cylindrícal nêutron generatof apresenta um gerador de nêutrons cilíndrico com formação coaxial, tendo um plasma de antena coaxial de RF sendo produzido, onde neste plasma são gerados os íons de deutério. A geração de nêutrons é coaxial ao gerador de íons O comprimento do cilindro é longo quanto necessário. Os nêutrons são gerados a partir da colisão dos íons com um alvo de trítio ou deutério. Este dispositivo foi projetado para produção de nêutrons para fins de aplicação na área petrolífera, análise de moléculas, investigação e varredura de explosivos em aeroportos. Devido à falta de moderador, tal aparelho não podería produzir radioisótopos, pois os nêutrons produzidos são gerados pela reação d-d ou d-T, que são de 2,45 e 14,1 MeV, respectivamente, sendo que nestas energias as seções de choque de absorção de nêutrons para a maioria dos nuclídeos é muito baixa, não ocorrendo reações de transmutação. O documento US2008/0089460A1, intitulado “Proton Generator Apparatus for Isotope Production”, 2008, está relacionada a melhorias em reatores de fusão nuclear eletrostáticos para produção de nêutrons, prótons e geração de subprodutos. Este tem uma configuração cilíndrica dotada de estrutura interna poligonal na forma de reator que utiliza reações de fusão entre hidrogênio e seus isótopos com núcleos leves. O sistema tem jm alongamento onde há uma zona de colisão na qual podem ser gerados impactos direcionados para produção de isótopos pela reação de prótons com nuclídeos apropriados. Observa-se que o documento aborda a produção de radioisótopos através de colisões com prótons. O documento US2008/0039460 difere da presente tecnologia por incluir um núcleo de reator de fusão por confinamento inercial eletrostático. Esta tecnologia é de conhecimento da área de fusão e requer que o plasma seja produzido e mantido em confinamento inercial. Em US2008/0089460, as reações de fusão são geradas por pulsos elétricos ou partículas que ajudam a aquecer o plasma. As partículas resultantes são nêutrons e prótons de forma dispersa e isotrópica. Entretanto, apenas prótons podem ser acelerados no interior do dispositivo. Neste caso, as reações de produção de radioisótopos só podem ocorrer na colisão de riuclídeos pobres em prótons, induzindo a produção de emissores β+. No caso, as interações nucleares são diferentes da tecnologia proposta. Em suma: o documento US20080089460 apresenta um reator de fusão com confinamento inercial,sendo que a deflexão e orientações/interações no alvo envolvem prótons que colidem com nuclídeos pobres em prótons; enquanto que no presente pedido as reações e as interações são com nêutrons em nuclídeos pobres em nêutrons. Assim, a geometria, a funcionalidade, o processo e as tecnologias envolvidas são divergentes.Manufacturing from a pre-existing “parent” radionuclide that decays into another “child” radionuclide, process GR: In “Medical isotope generator systems” - US7554098, the inventors propose to use a 90Sr column to produce 90Y and separate it by means of an eluent solution. This is a typical patent that features a columnar radioisotope generator containing a pre-existing long half-life radionuclide that decays into a short half-life child radionuclide and can be eluted from the column. The parent radionuclide is produced by the methods described above, that is, in nuclear reactors or particle accelerators. These are chemically separated and confined in devices or capsules in which they will decay and produce the desired "child" nuclide. In this case, the “parent” nuclide, 90Sr, must be previously available, activated by other processes. The technical literature also presents patent documents with designs of neutron generating devices: In patent application US20130129027A1, "High flux neutronsource" of May 23, 2013, an apparatus for the production of thermal and epidermal neutrons is presented. positioned around a cylinder or spherical moderator to maximize neutron flux in a moderator-centered sample. In this context, the system is divided into a set of axial axis neutron generators placed in the radial direction of a cylindrical structure. Each unit produces neutrons directed to the center. The neutron fluxes generated from the multiple units are used for neutron activation analysis and ready range analysis for the elemental chemical concentration in a material. Thermal neutron absorption and inelastic scattering of fast epidermal neutrons in samples generate characteristic gamma rays that can be employed to identify the target element and its chemical concentration. A radiation detector is positioned above the apparatus axially to the sample cylinder, surrounded by neutron generating units. US2013 / 0129027 A1 differs from the present technology in that, due to its purpose of neutron activation analysis, the structures and dimensions employed are characteristics for this application, making it distinct. The multiple irradiation modules, placed radially to the axial sample cylinder, make the neutron management system distant and thus susceptible to neutron flux reduction leakage. The spectra and flows generated in the US2013 / 0129027 device are insufficient for the proposed radioisotope production. Consequently, the geometric parameters differ from the context proposed in this patent.- US7639770B2, entitled “Cylindrícal neutron generatof, presents a coaxially formed cylindrical neutron generator having a RF coaxial antenna plasma being produced, where in this plasma ions are generated. of deuterium. Neutron generation is coaxial to ion generator Cylinder length is long as needed. Neutrons are generated from the collision of ions with a tritium or deuterium target. This device is designed for neutron production for petroleum application, molecule analysis, airport explosives investigation and scanning purposes. Due to the lack of moderator, such device could not produce radioisotopes, because the neutrons produced are generated by the dd or dT reaction, which are 2.45 and 14.1 MeV, respectively, and in these energies the shock absorption sections of Neutrons for most nuclides are very low and no transmutation reactions occur. US2008 / 0089460A1, entitled “Proton Generator Apparatus for Isotope Production”, 2008, relates to improvements in electrostatic nuclear fusion reactors for neutron production, proton production and byproduct generation. It has a cylindrical configuration with a reactor-like polygonal internal structure that uses fusion reactions between hydrogen and its light-core isotopes. The system is elongated where there is a collision zone in which impacts directed to isotope production can be generated by proton reaction with appropriate nuclides. It is noted that the document addresses the production of radioisotopes through proton collisions. US2008 / 0039460 differs from the present technology in that it includes an electrostatic inertial confinement fusion reactor core. This technology is known in the fusion field and requires that plasma be produced and maintained in inertial confinement. In US2008 / 0089460, fusion reactions are generated by electrical pulses or particles that help heat the plasma. The resulting particles are neutrons and protons in dispersed and isotropic form. However, only protons can be accelerated inside the device. In this case, radioisotope production reactions can only occur in the collision of proton-poor ruclides, inducing the production of β + emitters. In this case, nuclear interactions are different from the proposed technology. In summary: US20080089460 discloses an inertial confined fusion reactor, with deflection and target orientations / interactions involving protons that collide with proton-poor nuclides; whereas in the present application the reactions and interactions are with neutrons in neutron poor nuclides. Thus, the geometry, functionality, process and technologies involved differ.

Nos Geradores de Radioisótopos - GR, o decaimento de um nuclídeo “pai”, em um “filho”, constitui uma transmutação natural, dito decaimento radioativo; embora, o nuclídeo pai deva ser produzido por meios artificiais pelos métodos RT ou AC. Esse tipo de gerador é viável somente quando o “pai” tem meia vida muito superior a do “filho”. Um exemplo típico desta tecnologia é o gerador comercial de "Mo / 99mTc.In Radioisotope Generators - GR, the decay of a “parent” nuclide into a “child” constitutes a natural transmutation, called radioactive decay; however, the parent nuclide must be produced by artificial means by the RT or AC methods. This type of generator is viable only when the “father” has a much longer half life than the “son”. A typical example of this technology is the commercial "Mo / 99mTc generator.

Na transmutação em nuclídeos ricos em nêutrons, há a necessidade de uma fonte geradora de nêutrons. A produção de nêutrons pode se dar por reatores de fissão, RT. Em verdade, radionuclídeos ricos em rêutrons de meia vida longa tem sido produzido por RT no Brasil: como 137Cs (30 anos), 60Co (5 anos), 131l (8 dias). Outros, ricos em prótons, gerados por AC, como 18F (2 h), 201Ta (62,5 h), 67Ga (78,3 h) são encontrados no Brasil, produzidos em cíclotrons comerciaisA produção de nêutrons também pode ser estabelecida por fontes radioativas seladas emissoras de nêutrons, por exemplo, fonte de 252Cf que emite nêutrons por fissão espontânea; e, por reações de fusão d-d ou d-t, como exemplo, geradores de nêutrons tipo d-d ou d-t, projetados, inicialmente, para pesquisa na área de exploração de petróleo. Uma das principais vantagens desses geradores se pauta nas seções de choque das reações d-d, d-t e t-t, que atingem valores significativos a tensões de aceleração relativamente baixas (poucas centenas de kV). A essência da tecnologia de geradores de nêutrons é apresentada por Campos e Araújo (2010), (Araújo L. W.,Campos T. P. R. “Issues on beam-plasma instability -early simulations focusing on the development of a compact nêutron generatorJ’, Vol.32,Julho/Setembro, 2010) e de forma mais detalhada na dissertação de mestrado de Araújo L. W., intitulada “Investigações em, Geradores Compactos de Nêutrons” (UFMG/2010). A transmutação não é somente utilizada para produzir radionuclídeos. Esta técnica pode ser utilizada na conversão de radionuclídeos de meia vida longa em radionuclídeos de meia vida curta ou estáveis. Assinr, é utilizada para redução da atividade de rejeitos radioativos ou mesmo de fontes radioativas seladas ou líquidas indesejadas. No caso, a “queima” dos rejeitos radioativos produzidos em reatores nucleares pode ocorrer pela inserção dos mesmos em outros reatores cuja queima é produzida durante o processo de fissão do combustível e produção de energia elétrica. Outra possibilidade é o tratamento e separação química, aplicada em conjunção com a técnica de queima ou não, onde se separam os radionuclídeos em classes conforme a meia vida e a atividade dos mesmos. Estes são armazenados em locais oré-selecionados para serem mantidos por milhões de anos para decair em um estado estável. A transmutação de combustíveis nucleares também tem sido pesquisada envolvendo aceleradores de prótons de altas energias (1 GeV), que através de reações de espalhamento (p,n) em núcleos de chumbo e bismuto, entre outros, produzem múltiplos nêutrons, que então são utilizados na conversão dos rejeitos radioativos. A transmutação de nuclídeos fissionáveis em físseis, como 232Th em 233U pode ocorrer em reatores nucleares que empregam água pesada (D20). Exemplos clássicos são os reatores de água pesada do tipo CANDU, que no caso transmutam 232U em 239Pu, além de 232Th em 233U, álém de produzir energia elétrica. O processo de Geradores de Radioisótopos - GR é de fácil utilização e baixo custo. Há vários centros de medicina no Brasil que utilizam geradores de 99Mo/99mTC, distribuídos pela Comissão Nacional de Energia Luclear - CNEN.When transmuting into neutron rich nuclides, there is a need for a neutron generating source. Neutron production can be by fission reactors, RT. In fact, long-lived neutron-rich radionuclides have been produced by RT in Brazil: as 137Cs (30 years), 60Co (5 years), 131l (8 days). Others, rich in protons, generated by AC, such as 18F (2h), 201Ta (62.5h), 67Ga (78.3h) are found in Brazil, produced in commercial cyclotrons. Neutron production can also be established by sources. neutron-emitting sealed radioactive sources, for example, source of 252Cf which emits neutrons by spontaneous fission; and by d-d or d-t fusion reactions, for example, d-d or d-t neutron generators, initially designed for oil exploration research. One of the main advantages of these generators is based on the shock sections of the d-d, d-t and t-t reactions, which reach significant values at relatively low acceleration voltages (a few hundred kV). The essence of neutron generator technology is presented by Campos and Araújo (2010), (Araújo LW, Campos TPR “Issues on Beam-Plasma Instability -early Simulations Focusing on the Development of a Compact Neutron Generator”, Vol.32, July / September, 2010) and in more detail in Araújo LW's master's dissertation, entitled “Investigations in, Compact Neutron Generators” (UFMG / 2010). Transmutation is not only used to produce radionuclides. This technique can be used to convert long half-life radionuclides to short or stable half-life radionuclides. Signing is used to reduce the activity of radioactive waste or even unwanted liquid or sealed radioactive sources. In this case, the “burning” of radioactive waste produced in nuclear reactors may occur by inserting them in other reactors whose burning is produced during the process of fuel fission and electric power production. Another possibility is the chemical treatment and separation, applied in conjunction with the burning technique or not, where radionuclides are separated into classes according to their half life and activity. These are stored in ore-selected locations to be kept for millions of years to decay into a stable state. Nuclear fuel transmutation has also been researched involving high energy proton accelerators (1 GeV), which through scattering reactions (p, n) in lead and bismuth nuclei, among others, produce multiple neutrons, which are then used. in the conversion of radioactive waste. Transmutation of fissionable nuclides into fissiles, such as 232Th at 233U, can occur in heavy water (D20) nuclear reactors. Classic examples are CANDU-type heavy-water reactors, which in this case transmute 232U into 239Pu, in addition to 232Th in 233U, in addition to producing electricity. The process of Radioisotope Generators - GR is easy to use and low cost. There are several medical centers in Brazil that use 99Mo / 99mTC generators, distributed by the National Luclear Energy Commission - CNEN.

Entretanto, o país mantém dependência da importação de 9!,Mo irradiado em substrato de molibdênio ligado à alumina. A ativação do substrato é obtida em reatores de alto fluxo neutrônico no Canadá, Holanda, Argentina, Rússia, Israel ou Estados Unidos, especificamente na ordem de 1013 a 1014 n.cm‘2s'1. Uma recente crise mundial no fornecimento deste insumo, ocorrida entre 2009 e 2011, devido à paralisação de reatores de alto fluxo para manutenção prejudicou ou mesmo paralisou temporariamente os diagnósticos feitos com radiofármacos marcados com 99mTc em medicina nuclear. No caso brasileiro, a solução governamental consistiu em investir em um reator de alto fluxo para a geração de "Mo;entretanto, demorará, no mínimo, uma década para ser construído e operado.However, the country remains dependent on imports of 9% Mo irradiated on alumina-bound molybdenum substrate. Substrate activation is achieved in high-flux neutron reactors in Canada, the Netherlands, Argentina, Russia, Israel or the United States, specifically in the order of 1013 to 1014 n.cm‘2s'1. A recent worldwide crisis in the supply of this input, which occurred between 2009 and 2011, due to the shutdown of high-flow maintenance reactors has temporarily impaired or even paralyzed diagnostics made with 99mTc-labeled radiopharmaceuticals in nuclear medicine. In the Brazilian case, the government solution was to invest in a high flow reactor for the generation of Mo; however, it will take at least a decade to build and operate.

No processo de Foto-Transmutação - FT, isótopos instáveis emissores de fótons gama ou produzidos por radiação de frenagem de elétrons acelerados são fontes emissoras de alto fluxo de radiação gama. A transmutação ocorre através do bombardeamento dos núcleos alvos com fótons gama. Aceleradores lineares de elétrons ou mesmo um elevado número de fontes seladas de alta atividade, são necessários para suprir as radiações gama para Foto-Transmutação. Em FT, as fontes seladas são constituídas de isótopos instáveis que emitem, continuamente, radiação; dessa forma, estão associados problemas logísticos devido à proteção radiológica associada a milhares de Ci (Curie) de atividade. Este fato impede a difusão desta tecnologia e consequentemente, não é utilizada na produção comercial de radioisótopos.In the Photo-Transmutation - FT process, unstable gamma-emitting isotopes or those produced by accelerated electron braking radiation are high-emission sources of gamma radiation. Transmutation occurs by bombarding the target nuclei with gamma photons. Linear electron accelerators or even a large number of sealed high activity sources are required to supply gamma radiation for photo-transmutation. In TF, sealed sources consist of unstable isotopes that continuously emit radiation; Thus, logistical problems are associated due to the radiological protection associated with thousands of Ci (Curie) activity. This fact prevents the diffusion of this technology and, consequently, is not used in the commercial production of radioisotopes.

No processo por reatores nucleares - RT são necessárias instalações industriais e energéticas de grande porte, alta complexidade e custo, na ordem de bilhões de dólares, além disso, geram preocupações em termos de proteção radiológica e gerência dos rejeitos radioativos, podendo ainda ser possível a ocorrência de acidentes nucleares severos, que trazem danos às populações e ao meio ambiente.In the process of nuclear reactors - RT, large and complex industrial and energy installations are needed, in the order of billions of dollars, besides raising concerns in terms of radiological protection and management of radioactive waste, and it may also be possible to occurrence of severe nuclear accidents that cause damage to populations and the environment.

No processo de produção por Aceleradores - AC, a maioria dos aceleradores empregados na produção de radioisótopos apresenta custo na ordem de dezenas de milhões de dólares. Os radioisótopos] produzidos por este processo são ricos em prótons, decaem emitindo β+ ou pelo método dè captura eletrônica e têm meia vida curta. Há também a necessidade de gerência de transporte da instalação produtora ao centro Iconsumidor. Por exemplo, cíclotrons são instalações que produzem radioisótopos emissores β+, como 18F, 11C e 1SN. Tais instalações são limitadas a nuclídeos ricos em prótons, sendo impossível produzir radionuclídeos emissores β , ricos em nêutrons. A classe de radionuclídeos emissores β' é produzida unicamente com RT ou FT. A produção de radioisótopos por fontes seladas ou geradores de nêutrons não tem sido empregada como método de produção de radioisótopos emissores (β'). A razão é que a intensidade de nêutrons produzidos pelo gerador d-d ou d-t, de forma isotrópica, está na ordem de 106 a 1011 n s-1 e é inversamente proporcional ao quadrado da distância do alvo. Consequentemente, a fluência reduziría por um valor em torno da fração de 4Trd2, por exemplo, em relação à distância de 100 cm do alvo, a fluência reduziría por um fator da ordem de 7,95.10-6 cm. Por sua vez, a energia dos nêutrons emitidos das reações d-d ou d-t em geradores de nêutrons não é adequada para produção de radioisótopos, pois as seções de choque são muito baixas, na ordem de poucos milibarns (mb = 10-27 cm2) para grande maioria de nuclídeos de interesse.Assim, devido ao inadequado espectro energético dos nêutrons emitidos, baixa surgência e redução da intensidade com a distância ao quadrado, o uso de tal tecnologia para transmutação neutrônica de nuclídeos, para fins médicos, tem-se tornado infrutífero. Desta forma, arranjos utilizando dispositivos comerciais para produção de radioisótopos são inexistentes e impraticáveis.In the process of production by Accelerators - AC, most of the accelerators used in the production of radioisotopes have a cost of tens of millions of dollars. The radioisotopes produced by this process are rich in protons, decay by emitting β + or by the electronic capture method and have a short half life. There is also a need for transportation management from the production facility to the Iconsumidor center. For example, cyclotrons are facilities that produce β + emitting radioisotopes such as 18F, 11C, and 1SN. Such facilities are limited to proton-rich nuclides and it is impossible to produce neutron-rich β-emitting radionuclides. The class of emitting radionuclides β 'is produced solely with RT or FT. The production of radioisotopes by sealed sources or neutron generators has not been employed as a method of producing emitting radioisotopes (β '). The reason is that the intensity of neutrons produced by the d-d or d-t generator, isotropically, is in the order of 106 to 1011 n s-1 and is inversely proportional to the square of the target distance. Consequently, creep would reduce by a value around the fraction of 4Trd2, for example, relative to the 100 cm distance from the target, creep would reduce by a factor of the order of 7.95.10-6 cm. In turn, neutron energy emitted from dd or dt reactions in neutron generators is not suitable for radioisotope production, as the shock sections are very low, in the order of few millibarns (mb = 10-27 cm2) to large Therefore, due to the inadequate energy spectrum of emitted neutrons, low appearance and reduced intensity with the squared distance, the use of such technology for neutron transmutation for medical purposes has become unsuccessful. Thus arrangements using commercial radioisotope production devices are non-existent and impractical.

Fontes seladas de 252Cf podem atingir surgências na ordjem de 1012 n.s-1; entretanto, emitem radiação gama simultaneamente com nêutrons, o espectro energético dos nêutrons é de fissão com máximas energias de 14,1 MeV, decaem com o tempo com meia-vída de 2,7 anos, a emissão de nêutrons não pode ser interrompida, além de ser necessária a substituição das mesmas de forma periódica.Sealed sources of 252Cf can achieve appearances in the order of 1012 n.s-1; however, they emit gamma radiation simultaneously with neutrons, the neutron energy spectrum is fission with maximum energies of 14.1 MeV, decay over time with a half-life of 2.7 years, neutron emission cannot be interrupted. need to be replaced periodically.

No caso de inserção de rejeitos radioativos em reatores a possibilidade de acidentes nucleares, associados a explosões químicas, tornam tais processos tecnológicos inaceitáveis para nossa sociedade. No Brasil, o tratamento de rejeitos das usinas de Angra I, II e futuramente III é problema ainda insolúvel. A transmutação por reações de “spállation” envolve aceleradores de prótons de altas energias (aproximadamente GeV) acoplados a reatores nucleares. Tais instalações são de elevado cústo (bilhões de dólares) e ainda são experimentais.In the case of radioactive waste insertion in reactors, the possibility of nuclear accidents associated with chemical explosions make such technological processes unacceptable to our society. In Brazil, the treatment of tailings from the Angra I, II and future III plants is still an insoluble problem. Transmutation by spallation reactions involves high-energy proton accelerators (approximately GeV) coupled to nuclear reactors. Such facilities are high cost (billions of dollars) and are still experimental.

No caso da transmutação de tório em urânio, os reatores de água leve, tipo pressurizado - PWR (Pressurized Water Reactor) não podem transmutar elementos fissionáveis em físseis em grande escala, devido á baixa economia de nêutrons. Para cada nêutron absorvido no 235U (combustíve I), emitem-se 2,3 nêutrons. A continuidade da reação em cadeia necessita d 3 1 nêutron e o restante foge do reator ou é absorvido. Isso ocorre porque a água leve (H20) é absorvedora de nêutrons. Desta forma, há um déficit dei nêutrons para transmutar elementos de interesse dentro do reator. Apesar de o Brasil ter uma das maiores reservas mundiais de 232Th, a sua utilização ainda não ocorreu, sendo ainda inútil até o presente momento. A transmutação deste elemento em elemento físsil, no caso 233U, é de interesse para a nação, devido à possibilidade de aumentar a capacidade de produção elétrica por reatores nucleares.In the case of uranium thorium transmutation, pressurized water reactors (PWRs) cannot transmute fissionable elements into large-scale fissiles due to the low neutron economy. For each neutron absorbed in 235U (fuel I), 2.3 neutrons are emitted. Continuity of the chain reaction requires d 3 1 neutron and the rest escapes or is absorbed. This is because light water (H20) is a neutron absorber. Thus, there is a neutron deficit to transmute elements of interest into the reactor. Although Brazil has one of the largest reserves of 232Th in the world, its use has not yet occurred and is still useless to date. The transmutation of this element into a fissile element, in this case 233U, is of interest to the nation, due to the possibility of increasing the electrical production capacity by nuclear reactors.

Basicamente, a complexidade, elevado custo, dimenèões e proteção radiológica envolvida na geração de radioisótopos pelas técnicas FT, RT e AC, limitam as aplicações de radioisótopos. Radionuclídeos ricos em nêutrons, especialmente os de meia vida curta, inferiores às 48h, por exemplo, de forma não limitante, não são produzidos. Obviamente, a distância dos centros de produção por qualquer uma das técnicas FT, RT e AC impede a utilização de radionuclídeos de meia vida curta.Basically, the complexity, high cost, dimensions and radiological protection involved in the generation of radioisotopes by FT, RT and AC techniques limit the applications of radioisotopes. Neutron-rich radionuclides, especially short-lived radionuclides of less than 48 hours, for example, without limitation, are not produced. Obviously, the distance from production centers by any of the FT, RT and AC techniques precludes the use of short half-life radionuclides.

Em adição, a eliminação de rejeitos radioativos in lócüs ainda não foi resolvida no Brasil. Tais limitações podem ser contornadas pela aplicação do método de transmutação in lócus, através da ativação por nêutrons, gerados por meio de geradores compactos, suportados por reações de fusão. A principal vantagem se caracteriza pelas seções de choque das reações d-d, d-t e t-t, que atingem valores significativos a tensões de aceleração relativamente baixas (poucas centenas de kV) empregadas na aceleração dessas partículas.In addition, the elimination of radioactive waste in loci has not yet been resolved in Brazil. Such limitations can be circumvented by applying the in locus transmutation method through neutron activation generated by compact generators supported by fusion reactions. The main advantage is characterized by the shock sections of the d-d, d-t and t-t reactions, which reach significant values at relatively low acceleration voltages (few hundred kV) employed in the acceleration of these particles.

Com o objetivo de solucionar tais limitações exisitentes tanto na produção de radioisótopos, bem como das patentes relacionadas, a presente invenção é proposta no sentido de elevar: i) a oferta de radioisótopos ricos em nêutrons de meia vida cürta; ii) a independência da tecnologia de reatores de alto fluxõ na ativação de "Mo, disponível somente em poucos países industrializadas; iii) a produção de radioisótopos de meia vida curta nos hospitàis ou clínicas; iv) a possibilidade de transmutação de radioisótopos de meila vida longa em radioisótopos de meia vida curta ou estáveis, in lócus, solucionando o problema dos rejeitos produzidos em reatores nuclearels, ou de fontes seladas indesejáveis; v) a possibilidade de transmutação de elementos fissioná|veis em físseis, permitindo o uso das reservas minerais de 232Thdo pais; vi) a redução do custo de transmutação de radioisótopos; vii) a substituição de tecnologias complexas, como reatores nucleares de fissão e aceleradores de partículas, por tecnologias mais simples e compactas; viii) a manutenção da filosofia de geradores de radioisótopos compactos, mas sem dependência da pré-existência de um nuclídeo pai radioativo produzido em reatores de fissão ou aceleradores de partículas; ix) a segurança radiológica das instalações; x) e permitir o desligamento total da instalação e consequentemente interrupção da radiação produzida no dispositivo, semelhante ao equipamento de raios-X.In order to overcome such existing limitations in both radioisotope production and related patents, the present invention is proposed to increase: (i) the supply of short-lived neutron-rich radioisotopes; ii) the independence of high flux reactor technology in the activation of Mo available only in few industrialized countries; iii) the production of short half-life radioisotopes in hospitals or clinics; iv) the possibility of transmutation of half-life radioisotopes. long in stable or short-lived radioisotopes, in locus, solving the problem of tailings produced in nuclear reactors, or undesirable sealed sources, v) the possibility of transmutation of fissionable elements into fissiles, allowing the use of Vi) reducing the cost of transmutation of radioisotopes vii) replacing complex technologies such as fission nuclear reactors and particle accelerators with simpler and more compact technologies viii) maintaining the philosophy of compact radioisotope generators , but not dependent on the pre-existence of a radioactive parent nuclide produced in fission reactors The particle accelerators or ix) the radiological safety of the installations; x) and allow the total shutdown of the installation and consequently interruption of the radiation produced in the device, similar to the X-ray equipment.

Desenvolveu-se então a presente invenção através da proposta de Célula Fusora Transmutadora Isotópica de forma toroidal (CTFTI). A proposta da CTFTI consiste em empregar tecnologias de geração de nêutrons por fusão tipo d-d, d-t ou t-t e sistemas internos de moderação, reflexão e blindagem de nêutrons, em conjunto, compondo um sistema de transmutação nuclear. Nesse contexto, a CTFTI se distingue por constituir-se / de um sistema unitário, capaz de ministrar em conjunto os principais processos eletromagnéticos e nucleares envolvidos na transmutação de nuclídeos. O sistema possui dimensões compactas, baixo custo comparado às tecnologias concorrentes, simplicidade de desenvolvimento e operaçãc, apresentando segurança radiológica com a possibilidade de completa interrupção da radiação e disponibilidade, podendo operar de forma continua na produção radioisótopos, no sítio de aplicação dos radioisótopos, consequentemente propiciando a produção e utilização de radionuclídeos ricos em nêutrons de meia-vida curta. A presente tecnologia é compacta, mais simples (comparada a reatores nucleares e aceleradores de partículas), e capaz de produzir radioisótopos, ou transmutar diversos isótopos ou radioisótopos de interesse, no local de utilização dos mesmos, por exemplo, em hospitais, clínicas, centros de pesquisa, locais de produção de rejeitos radioativos, a um baixp custo.The present invention was then developed by the proposal of Toroidal Isotopic Transmuting Fuser Cell (CTFTI). CTFTI's proposal is to employ d-d, d-t, or t-t fusion neutron generation technologies and internal neutron moderation, reflection, and shielding systems to form a nuclear transmutation system. In this context, CTFTI is distinguished by its constitution of a unitary system, capable of ministering together the main electromagnetic and nuclear processes involved in nuclide transmutation. The system has compact dimensions, low cost compared to competing technologies, simplicity of development and operation, radiological safety with the possibility of complete radiation interruption and availability, and can operate continuously in radioisotope production at the radioisotope application site, consequently favoring the production and use of short-lived neutron-rich radionuclides. The present technology is compact, simpler (compared to nuclear reactors and particle accelerators), and capable of producing radioisotopes, or transmuting various isotopes or radioisotopes of interest, in their place of use, for example in hospitals, clinics, centers research, radioactive waste production sites, at a low cost.

Outro aspecto relevante em se tratando da produção de radioisótopos proporcionado por esta tecnologia é a capacidade que a presente tecnologia possui em ligar e desligar,via alimentação por radiofrequência e altos potenciais elétricos, na ordem de 200kV. Assim, ao desligar, o dispositivo deixa de produzir radiação. Contrária aos reatores nucleares, que não cessam a produção de radiação, e, adversa as tecnologias que utilizam a produção de nêutrons por fontes de 252Cf, ou reações de fotodesintegração como (γ,η); a CTFTI se torna atrativa por não produzir radiação quando desligada.Another relevant aspect regarding the production of radioisotopes provided by this technology is the ability of the present technology to switch on and off via radio frequency power and high electrical potentials, in the order of 200kV. Thus, upon shutdown, the device no longer produces radiation. Contrary to nuclear reactors, which do not cease radiation production, and adverse technologies that use neutron production from 252Cf sources, or photodisintegration reactions such as (γ, η); CTFTI becomes attractive because it does not produce radiation when turned off.

Outro aspecto relevante da presente tecnologia está ns comparação da produção de radioisótopos por geradores, definidos por GRs. Em GRs há a necessidade de um precursor, dito “pai”, radioativo, produzido antecipadamente em reatores nucleares. A distribuição dos geradores, como "Mo/"mTc são feitas semanalmente, e apresentam uma atividade eluída, decaindo no tempo da meia vida do pai, por exemplo, de 67h do "Mo. O equilíbrio de atividades entre "Moe 99mTc é dito transiente. Na tecnologia apresentada, a CTFTI pode-se gerar continuamente o “pai”, cuja atividade interna no dispositivo, se torna constante, e consequentemente o equilíbrio entre o “pai” e “filho” se torna secular. A produção do pai, portanto, é cessada assim que a CTFTI é desligada. Além disso, é possível disponibilizar o radioisótopo “filho” de forma ilimitada, sem necessidade de trocas periódicas dos GRs.Another relevant aspect of the present technology is the comparison of radioisotope production by generators defined by GRs. In GRs there is a need for a radioactive precursor, called “parent”, produced in advance in nuclear reactors. The distribution of generators such as "Mo /" mTc are done weekly, and have an eluted activity, decreasing at the time of the father's half life, for example, of 67h of "Mo. The balance of activities between" Moe 99mTc is said to be transient. . In the technology presented, the CTFTI can continuously generate the “father”, whose internal activity in the device becomes constant, and consequently the balance between the “father” and “son” becomes secular. Parent production, therefore, ceases as soon as CTFTI is shut down. In addition, it is possible to make the radioisotope “son” available unlimitedly, without the need for periodic changes of GRs.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Figura 1 mostra a célula toroidal fusora transmutadora isotóDica (CTFTI) e seus principais componentes. A Figura 2 mostra, além dos principais componentes àpresentados na Figura 1, um suporte para cabos e acessórios (163) de entrada e saída. A Figura 3 ilustra a geometria da CTFTI toroidal, em perspectiva, onde pode ser visto, no centro do suporte de cabos e acessórios (163), uma entrada para o receptáculo central (17). A Figura 4 ilustra algumas das estruturas do CTFTI de forma isolada.A Figura 4a apresenta uma vista da câmara de plasma (10), os eletrodos,(11) e (13)e moderador (15). A Figura 4b mostra o conjunto de eletrodos (13) e (11), e o moderador (15). A Figura 4c apresenta uma vista da estrutura de fechamento com refletor (16) e da abertura (17) de inserção e retirada de amostras no eixo central da CTFTI. A Figura 5 ilustra as estruturas de blindagem cilíndrica anular (160), o refletor (16) superior e a tampa superior (18) do CTFTI. A Figura 6 ilustra uma vista aramada tridimensional semitransparente da geometria da CTFTI toroidal, identificando a região central da abertura (17) de inserção e retirada de amostras. A Figura 7 ilustra a CTFTI onde se identifica a placa de proteção isoladora (165) dos eletrodos e da câmara de plasma (10), o ^uporte de cabos e acessórios (163) e blindagem (160), e a placa de proteção (164) de radiação gama oriundo dos receptáculos de amostra. A Figura 8 ilustra a distribuição das linhas equipotenciais do potencial elétrico gerado pelos eletrodos do plasma (13) e do eletrodo alvjo (11). A Figura 9 ilustra as linhas de transporte de íons entre o eletrodo do plasma (13) e o eletrodo alvo (11), através das múltiplas aberturas no eletrodo do plasma (13), identificando o ganho de energia cinética no processo de aceleração através das linhas equipotenciais. A Figura 10a ilustra uma parte da seção transversal| da CTFTI, com detalhamento dos eletrodos. A Figura 10b ilustra uma seção transversal total da CTFTI, bem como os sistemas auxiliares. A Figura 11 apresenta o espectro de nêutrons normalizado na periferia e no centro do moderador.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows the isotode transmutation fuser toroid cell (CTFTI) and its main components. Figure 2 shows, in addition to the major components shown in Figure 1, an input and output cable holder and accessories (163). Figure 3 illustrates the geometry of the toroidal CTFTI, in perspective, where an entrance to the central receptacle (17) can be seen in the center of the cable and accessory bracket (163). Figure 4 illustrates some of the CTFTI structures in isolation. Figure 4a shows a view of the plasma chamber (10), the electrodes, (11) and (13), and the moderator (15). Figure 4b shows the electrode assembly (13) and (11), and the moderator (15). Figure 4c shows a view of the reflective closure structure (16) and the sample insertion and withdrawal opening (17) on the central axis of the CTFTI. Figure 5 illustrates the annular cylindrical shield structures (160), the upper reflector (16) and the upper cap (18) of the CTFTI. Figure 6 illustrates a semitransparent three-wire view of the toroidal CTFTI geometry identifying the central region of the sample insertion and withdrawal opening (17). Figure 7 illustrates the CTFTI identifying the insulating shield plate (165) from the electrodes and plasma chamber (10), cable and accessory support (163) and shield (160), and the shield plate ( 164) gamma radiation from the sample receptacles. Figure 8 illustrates the distribution of equipotential lines of the electric potential generated by the plasma electrodes (13) and the white electrode (11). Figure 9 illustrates the ion transport lines between the plasma electrode (13) and the target electrode (11) through the multiple openings on the plasma electrode (13), identifying the kinetic energy gain in the acceleration process through equipotential lines. Figure 10a illustrates a part of the cross section | CTFTI, detailing the electrodes. Figure 10b illustrates a total cross section of CTFTI as well as auxiliary systems. Figure 11 shows the normalized neutron spectrum at the periphery and center of the moderator.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA TECNOLOGIA A presente tecnologia é proposta por uma Célula Toroidal Fusora Transmutadora Isotópica (CTFTI) (Figura 1), apresentada no presente pedido de patente é uma célula transmutadora de nuclídeos através da absorção de nêutrons, gerada pela aceleração de dêuterons (d) ou trítons (t) e colisão em alvos impregnados de d ou t, em reações de fusão d-d (dêuteron-dêuteron), d-t (dêuteron-tríton) ou t-t (tríton-tríton). A CTFTI, basicamente, é constituída dos seguintes componentes, dispostos em conjunto: uma câmara de plasma (10) de geometria toroidal que produz e disponibiliza íons de deutério, um conjunto de eletrodos, (11) (13), (131), e (132), especificamente, eletrodo do plasma(13), eletrodo supressor (131), eletrodo focalizador (132) e eletroco alvo (11), um ambiente de aceleração de íons caracterizado entre os eletrodos do plasma (13) e do alvo (11), hidreto metálico depositado na superfície do eletrodo alvo (11), um região cilíndrica anular (162) separando o eletrodo alvo (11) do moderador (15), contendo um fluido refrigerante e isolador (162), um invólucro cilíndrico contendo um moderador de nêutrons (15), um ou mais receptáculos para amostras (161), e na forma de contenção externa, um invólucro refletor (16) de nêutrons e um invólucro para blindagem radioativa (160).DETAILED DESCRIPTION OF THE TECHNOLOGY The present technology is proposed by an Isotopic Transmuting Fuser Toroidal Cell (CTFTI) (Figure 1), filed in this patent application is a nuclide transmuting cell generated by neutron acceleration (d) or tritons (t) and collision on targets impregnated with d or t in dd (deuteron-deuteron), dt (deuteron-triton) or tt (triton-triton) fusion reactions. The CTFTI basically consists of the following components, arranged together: a toroidal geometry plasma chamber (10) that produces and provides deuterium ions, a set of electrodes, (11) (13), (131), and (132), specifically plasma electrode (13), suppressor electrode (131), focusing electrode (132) and target electroco (11), an ion acceleration environment characterized between plasma (13) and target electrodes ( 11), metal hydride deposited on the surface of the target electrode (11), an annular cylindrical region (162) separating the target electrode (11) from the moderator (15) containing a coolant and insulator (162), a cylindrical shell containing a neutron moderator (15), one or more sample receptacles (161), and in the form of external containment, a neutron reflector shell (16) and a radiation shielding shell (160).

De forma mais específica, a CTFTI (Figura 1) compreende um dispositivo constituído de um gerador de plasma contido em uma câmara de plasma (10) de geometria toroidal contendo gás ionizado de deutério, com seção transversal cilíndrica de raio interno de 2 a 50 cm e sesção longitudinal com raio mediai de 5 a 200 cm, tendo parte de sua seção transversal limitada por parte de uma superfície cilíndrica, com o raio variando de 5 a 200 cm e comprimento de 10 a 100 cm, compondo a superfície do eletrodo do plasma (13) como um segmento cilíndrico, e espessura de 0,1 a 1 cm, possuindo de 1 a 100 aberturas esféricas por centímetro quadrado de raio variando de 0,1 a 1 cm, cujas aberturas são orientadas em direção ao eletrodo do alvo (11) interno ao toróide; podendo estar seguido do eletrodo de supressão (131) e do eletrodo de confinamento (132); antena de radiofrequência interna (176) ou externa (177); um alvo de hidreto metálico, incorporado com deutério (d) ou trítio (t), de formato de um anel cilíndrico ou de seção toroidal compondo o eletrodo do alvo (11), com raio da seção interna de 2 a 50 cm, e comprimento de 2 a 100 cm; fluido refrigerante térmico e isolador elétrico (162), circulante atrás do eletrodo do alvo (11); o material moderador (15) de nêutrons, confinado entre o isolador elétrico (162) e os receptáculos de amostras (161), em formato de cilíndrico sólido com raio variando de 5 a 200 cm e comprimento de 10 a 300 cm; onde estão um ou mais receptáculos para amostras (161), em formato cilíndrico com raio variando de 2 a 5 cm e espessura de 0,1 a 1 cm e comprimento de 3 a 300 cm; suporte para cabos e acessórios (163), que cobre os receptáculos de amostras (161), placa de proteção (164), e, externamente, a célula é confinada por material refletor cilíndrico anular (16); e, por blindagem cilíndrica anular (160), com tampa superior (18) composta pelo material refletor (16) e blindagem (160), onde podem estar acrescidas perfurações para inserção de amostras (17); tendo espessuras do refletor ou bl ndagem de 10 a 50 cm, compondo uma célula limitada por uma superfície cilírdrica, de raio de 10 a 300 cm e comprimento de 10 a 200 cm; sendo esta célula composta pelos eletrodos do alvo (11) e do plasma (13), e opcionais, consttuídos de peças metálicas, compondo superfícies, de cobre, alumínio, titânio, ou liga metálica destes; sendo o alvo (11) representado por uma película metálica depositada sobre o eletrodo do alvo (11), composta de hidreto metálico sendo este alvo deuterizado em uma matriz de titânio, cobre, ouro, prata, cu tungstênio; o moderador (15) constituído de material moderador de nêutrons de baixo peso atômico, como água leve (H20), água pesada (D20), grafite, polímeros de alta densidade, polímeros fluorados, polietileno, teflon, compdstos de berílio, enxofre, ou misturas dos mesmos; o refletor (16) constituído de material composto de cromo, cobre, bismuto, chumbo, carbeto de tungstênio ou ligas ou misturas dos mesmos; os isoladores elétricos (165) constituídos de material isolante elétrico, que pode recobrir a face não exposta do eletrodo do alvo, as juntas e bordas dos eletrodos, e conexões elétricas (172) dd sistema de alta tensão (171) e conexões de radiofrequência e isolador (170) do sistema de radiofrequência (175), entre estes materiais condutores e outras partes do dispositivo, constituídos de material dielétrico como vidros, cerâmicas especiais e borracha; o fluído refrigerante (162) constituído de um fluido refrigerante térmico e isolante elétrico para o alvo (11), como óleo mineral ou orgânico isolante; a blindagem (160) composta de polietileno, água, ou grafite, misturado a substâncias absorvedoras de nêutrons, como conpostos de boro, lítio, cádmio ou gadolínio, e revestido com bismuto, chumbo ou carbeto de tungstênio; e válvulas (178) e o cilindro de gás (179) que preenche a câmara de plasma (10) ser gás de deutério neutro, ou enriquecido com trítio gasoso. O invólucro do moderador (15) e o receptáculo de amostras (161) podem constituir um único elemento, de forma que os nuclídeos a vo possam ser inseridos e combinados no moderador (15). A CTFTI pode se conectar a um sistema de radiofrequência (RF) (175), com conexão para radiofrequência e isolador (170), a um sistema de alta tensão (171) com conexões de alta tensão (172) de alimentação para os eletrodos, um sistema de alimentação de gás de deutério (D2) (|l 78). O presente dispositivo propõe uma estrutura geometricamente adequada, utilizando materiais adequados, capaz de gerar um fluxo de nêutrons em um conjunto de receptáculos, capaz de transmutar nuclídeos produzindo radioisótopos, entre outras aplicações. Este fluxo de nêutrons é originário das reações nucleares d-d ou d-t, sendo que os íons de deutério, gerados em plasma alimentado por radiofrequência, são extraídos da câmara toroidal por um eletrodo, acelerados por diferença de potencial presente entre um conjunto de eletrodos, e levados a colidir com um alvo de hidreto deuterizados ou tritiados, promovendo as reações nucleares no alvo. A forma toroidal auxilia na contenção do plasma (10), a excitação e ionização do gás de deutério, e sua remoção lateral pelo ele:rodo do plasma (13), em direção ao centro do toróide, colidindo com um alvo concêntrico (11).More specifically, the CTFTI (Figure 1) comprises a device consisting of a plasma generator contained in a toroidal geometry plasma chamber (10) containing deuterium ionized gas with a 2 to 50 cm internal radius cylindrical cross-section. and longitudinal section with an average radius of 5 to 200 cm, having part of its cross-section limited by a cylindrical surface, with the radius ranging from 5 to 200 cm and length of 10 to 100 cm, composing the surface of the plasma electrode. (13) as a cylindrical segment, 0.1 to 1 cm thick, having from 1 to 100 spherical openings per square centimeter of radius ranging from 0.1 to 1 cm whose openings are oriented towards the target electrode ( 11) internal to the torus; may be followed by the suppression electrode (131) and the containment electrode (132); internal (176) or external (177) radio frequency antenna; a metal hydride target, incorporated with deuterium (d) or tritium (t), shaped like a cylindrical ring or toroidal section composing the target electrode (11), with an inner section radius of 2 to 50 cm, and length from 2 to 100 cm; thermal refrigerant and electrical insulator (162) circulating behind the target electrode (11); the neutron moderating material (15), confined between the electrical insulator (162) and the sample receptacles (161), in a solid cylindrical shape with a radius ranging from 5 to 200 cm and a length of 10 to 300 cm; wherein one or more sample receptacles (161) are of cylindrical shape with radius ranging from 2 to 5 cm and thickness from 0.1 to 1 cm and length from 3 to 300 cm; cable holder and accessories (163) covering the sample receptacles (161), protective plate (164), and externally the cell is confined by annular cylindrical reflective material (16); and by annular cylindrical shield (160) with upper cover (18) composed of reflective material (16) and shield (160), where sample insertion perforations (17) may be added; having reflector thicknesses or shielding of 10 to 50 cm, forming a cell limited by a cylindrical surface, of radius of 10 to 300 cm and length of 10 to 200 cm; this cell being composed of the target (11) and plasma (13) electrodes, and optional, consisting of metal parts, composing surfaces of copper, aluminum, titanium, or their alloy; being the target (11) represented by a metallic film deposited on the electrode of the target (11), composed of metal hydride being this target deuterized in a matrix of titanium, copper, gold, silver, tungsten; the moderator (15) consisting of low atomic neutron moderating material such as light water (H20), heavy water (D20), graphite, high density polymers, fluorinated polymers, polyethylene, teflon, beryllium, sulfur compounds, or mixtures thereof; the reflector (16) consisting of material consisting of chromium, copper, bismuth, lead, tungsten carbide or alloys or mixtures thereof; electrical insulators (165) consisting of electrical insulating material, which may cover the unexposed face of the target electrode, electrode joints and edges, and electrical connections (172) dd high voltage system (171) and radiofrequency connections and radio frequency system isolator (170) between these conductive materials and other parts of the device consisting of dielectric material such as glass, special ceramics and rubber; refrigerant (162) consisting of a thermal and electrical insulating coolant for the target (11), such as insulating mineral or organic oil; the shield (160) composed of polyethylene, water or graphite, mixed with neutron absorbing substances such as boron, lithium, cadmium or gadolinium compounds and coated with bismuth, lead or tungsten carbide; and valves (178) and the gas cylinder (179) that fills the plasma chamber (10) is neutral deuterium gas, or enriched with gaseous tritium. The moderator housing (15) and the sample receptacle (161) may be a single element so that the nuclides in flight can be inserted and combined in the moderator (15). The CTFTI can connect to a radio frequency (RF) system (175), with radio frequency connection and isolator (170), to a high voltage system (171) with high voltage (172) electrode power connections, a deuterium gas supply system (D2) (| l 78). The present device proposes a geometrically suitable structure, using suitable materials, capable of generating a neutron flux in a set of receptacles, capable of transmuting nuclides producing radioisotopes, among other applications. This neutron flux originates from the dd or dt nuclear reactions, and the deuterium ions generated in radiofrequency plasma are extracted from the toroidal chamber by an electrode, accelerated by the potential difference present between a set of electrodes, and taken to collide with a deuterized or tritiated hydride target, promoting nuclear reactions on the target. The toroidal shape aids in plasma retention (10), deuterium gas excitation and ionization, and lateral removal by it: plasma squeegee (13), towards the center of the torus, colliding with a concentric target (11) .

Através de um isolamento e refrigeração do eletrodo ide alto potência (11), pode-se aproximar o moderador (15) deste, permitindo que nêutrons rápidos percam suas energias por colisões elásticas e permitem atingir energias cinéticas plausíveis de ocorrer reações de absorção e captura radioativa, preferencialmente na faixa térmica, em receptáculos de amostras. Assim, processos de geração de radioisótopos como GR, FT, AC e RT tornam-se desatualizados é desnecessários.By isolating and cooling the high power electrode (11), the moderator (15) can be brought closer to it, allowing fast neutrons to lose their energies by elastic collisions and to achieve plausible kinetic energies to occur absorption and radioactive capture reactions. preferably in the thermal range, in sample receptacles. Thus, radioisotope generation processes such as GR, FT, AC and RT become outdated and unnecessary.

Quanto aos principais componentes da CTFTI (presente invenção) bem como suas funcionalidades, a CTFTI consiste em: Gerador de plasma (10): representado por uma câmara, de contenção do plasma, alimentado por o gás de D2 (179), podendo este ser gerado por radiofrequência, e extrator de íons de deutério através do eletrodo do plasma (13). As antenas de radiofrequência são posicionadas interna (176) ou externa (177) à câmara de plasma (10), alimentada por um sistema de potência de radiofrequência (175) na ordem de 0,5 a 5 KW na frequência de 13,5 MHz,que permite a ionização do gás de D2. Os sistemas de RF (175), com antenas (176) ou (177), a frequência aplicada e a potência para geração de plasma, suas variações, fazem parte da tecnologia de plasma, e são de conhecimento comum, e não serão descritas nesta patente.As for the main components of the CTFTI (present invention) as well as their functionalities, the CTFTI consists of: Plasma generator (10): represented by a plasma containment chamber fed by D2 gas (179), which can be generated by radiofrequency, and deuterium ion extractor through the plasma electrode (13). Radio frequency antennas are positioned internal (176) or external (177) to the plasma chamber (10), powered by a radio frequency power system (175) on the order of 0.5 to 5 KW at 13.5 MHz frequency. , which allows ionization of the gas of D2. RF systems 175, with antennas 176 or 177, the applied frequency and power for plasma generation, variations thereof, are part of plasma technology and are common knowledge and will not be described herein. patent.

Sistema de armazenamento e distribuição de gás com válvulas (178) e cilindro (179): constituído de um cilindro com gás deutério |d2) pressurizado (179), válvulas de controle de pressão (178), que deverá estafc>elecer dentro da câmara de plasma (10) uma pressão na ordem de aproximadamente 0,27 Pa, e tubos ou mangueiras e conectores que levam a alimentam à câmara de plasma, passando pela estrutura de suporte para cabos e acessórios (163) de entrada e saída.Valve gas storage and distribution system (178) and cylinder (179): consisting of a pressurized deuterium (d2) cylinder (179), pressure control valves (178), which must be inside the chamber. (10) a pressure on the order of approximately 0.27 Pa, and pipes or hoses and connectors leading to feed into the plasma chamber, passing through the inlet and outlet cable support structure (163).

Conjunto de Eletrodos (13) e (10): responsáveis por extrair e acelerar um feixe de núcleos de íons de deutério (d) ou trítio (t). É aplicada nos eletrodos uma tensão fixa individual, variando entre 30kV até -150kV, sendo que o diferencial de potencial entre eletrodos pode chegar a 180 a 200 kV. Os eletrodos são responsáveis por extrair, focalizar e acelerar os íons de deutério.Podem se apresentar neste conjunto: o eletrodo do plasma (13), o eletrodo supressor (131), eletrodo aterrado lateral ao supressor(opcional), o eletrodo focalizador (132) e o eletrodo associado ao alvo (I0).Os eletrodos supressores, aterrado, e focalizador são opcionais e auxiliari na orientação, supressão de elétrons e colimação do feixe de dêuterons contra o alvo.Electrode Set (13) and (10): Responsible for extracting and accelerating a beam of deuterium (d) or tritium (t) ions nuclei. An individual fixed voltage is applied to the electrodes, ranging from 30kV to -150kV, and the potential differential between electrodes can reach 180 to 200 kV. The electrodes are responsible for extracting, focusing and accelerating deuterium ions. These may include: plasma electrode (13), suppressor electrode (131), ground electrode lateral to suppressor (optional), focusing electrode (132 ) and the target-associated electrode (I0). The grounded, suppressor, and focuser electrodes are optional and will assist in orienting, suppressing electrons, and collimating the neutron beam against the target.

Sistema de potência de alta tensão (171): gerador dle alta tensão de 250 kV que alimenta os eletrodos, cabos e isoladores elétricos.High voltage power system (171): 250 kV high voltage generator that supplies electrodes, cables and electrical insulators.

Sistema de geração de plasma (175): no caso de plasma via RF, o sistema é constituído de um gerador de radiofrequência, rede ae casamento de impedância e amplificador de potência, que alimenta a antena de RF, que deve operar Com potência na ordem de quilowatts (de 0,1 a 5 kW) com frequência de 13,56 MHz. Para potências altas é necessário incluir um sistema de refrigeração na câmara de plasma e eletrodos.Plasma Generation System (175): In the case of plasma via RF, the system consists of a radio frequency generator, impedance matching network and power amplifier, which feeds the RF antenna, which must operate with power in order. kilowatts (from 0.1 to 5 kW) with 13.56 MHz frequency. For high powers it is necessary to include a cooling system in the plasma chamber and electrodes.

Alvo refrigerado (11): constituído de hidretos metálibos depositados sobre a placa do eletrodo metálico do alvo (11), onde se produz reações de fusão d-d (dêuteron-dêuteron), d-t (dêuteron-tríton) ou t-t (tríton-tríton), gerando nêutrons.Refrigerated target (11): consisting of methybrid hydrides deposited on the target metal electrode plate (11), which produces dd (deuteron-deuteron), dt (deuteron-triton) or tt (triton-triton) fusion reactions, generating neutrons.

Sistema de refrigeração (162): trocador de calor e fluido refrigerante térmico (162), constituído de óleo isolante, que flui sobre o metal constituinte do alvo, envolvendo-o de forma a absorver a energia térmica deaositada no alvo dos íons acelerados. Caso a potência for alta, pode-se optar por introduzir um trocador de calor externo ao dispositivo CTFTI, refrigerando o fluido contido nela, de modo a transferir calor a um fluido secundário como água ou ar.Cooling system (162): Heat exchanger and thermal refrigerant (162), consisting of insulating oil, which flows over the constituent metal of the target, enveloping it in order to absorb the thermal energy from the accelerated ion target. If the power is high, an external heat exchanger may be introduced to the CTFTI device, cooling the fluid contained therein to transfer heat to a secondary fluid such as water or air.

Receptáculo do moderador (15):um receptáculo, ondi há um material de moderação neutrônica, de dimensões ajustáveis, de formaj a aperfeiçoar o espectro energético do feixe neutrônico à transmutação de interesse, maximizando a taxa de reação de transmutação.Moderator Receptacle (15): A receptacle, where there is an adjustable-sized neutron moderating material to enhance the energy spectrum of the neutron beam at the transmutation of interest, maximizing the rate of transmutation reaction.

Conjunto de receptáculo de amostras (161): local para introdução de amostras a serem transmutadas, dispostos internamente ao moderador; e/ou no eixo central do CTFTI.Sample receptacle assembly (161): Place for introducing samples to be transmuted, disposed internally to the moderator; and / or the central axis of the CTFTI.

Refletor de nêutrons (16): um invólucro de reflexão de nêutrons, que minimiza a fuga ou absorção neutrônica de forma a confinar os nêutrons no interior do moderador.Neutron Reflector (16): A neutron reflection shell that minimizes neutron leakage or absorption to confine neutrons within the moderator.

Blindagem (160): invólucro externo que limita a expósição radioativa nas proximidades do dispositivo, durante o período de operação.Shield (160): External enclosure that limits radioactive exposure in the vicinity of the device during the period of operation.

Entre alguns materiais que podem ser utilizados na constituição dos principais componentes da presente invenção, cita-se: Eletrodos do alvo (11) e do plasma (13), e outros opcionais — peças metálicas, compondo superfícies, com perfurações na forma de cilindro, tronco de um cone ou esfera,constituídos de cobre, alumínio, titânio, prata, ouro, ou liga metálica, de forma não limitante.Some materials that can be used in the constitution of the main components of the present invention include: Target (11) and Plasma (13) electrodes, and other optional - metal parts, forming surfaces, with cylinder-shaped perforations, trunk of a cone or sphere consisting of copper, aluminum, titanium, silver, gold, or metallic alloy, without limitation.

Alvo (11) - película metálica depositada sobre o eletrodo do alvo (Π), composta de hidreto metálico, podendo ser este de titânio-deutério (TiDx), onde x varia de 1 a 6;, podendo os hidretos metálicos também ser de Ti, Ag, Au, Cu ou W, estes deuterizados ou tritiados, de forma não limitante.Target (11) - metallic film deposited on the target electrode (Π), composed of metal hydride, which may be titanium deuterium (TiDx), where x varies from 1 to 6; and metal hydrides may also be Ti , Ag, Au, Cu or W, these are deuterized or tritiated, without limitation.

Moderador (15): material moderador de nêutrons, Como água leve (H20), água pesada (D20), grafite, polímeros de alta densidade, polímeros fluorados, polietileno, teflon, compostos de berílio, enxofre, ou misturas dos mesmos, de forma não limitante.Moderator (15): neutron moderating material, such as mild water (H20), heavy water (D20), graphite, high density polymers, fluorinated polymers, polyethylene, teflon, beryllium, sulfur compounds, or mixtures thereof, such as not limiting.

Isofador elétrico (165): material isolante elétrico, que pode recobrir a face não exposta do eletrodo do alvo, as juntas e bordas dos eletrodos, e conexões (172) elétricas de alimentação dos eletrodos, entre! estes materiais condutores e outras partes do dispositivo, constituídos de rraterial dielétrico como vidros, cerâmicas especiais, borracha, de forma não limitante.Electrical Isofator (165): Electrical insulating material, which can cover the unexposed face of the target electrode, electrode joints and edges, and electrode power connections (172), in between! These conductive materials and other parts of the device, consisting of dielectric material such as glass, special ceramics, rubber, without limitation.

Refrigerante (162): fluido refrigerante para o alvo (T ), que funciona também como isolador elétrico, comumente utilizado em transformadores elétricos, como óleo mineral ou orgânico isolante, de forma não limitante.Refrigerant (162): Target coolant (T), which also functions as an electrical insulator, commonly used in electrical transformers such as insulating mineral or organic oil, without limitation.

Refletor (16): material composto de cromo, cobre, bismuto, chumbo, carbeto de tungstênio ou ligas ou misturas dos mesmos,de forma não limitante.Reflector (16): material consisting of chromium, copper, bismuth, lead, tungsten carbide or alloys or mixtures thereof, without limitation.

Blindagem (160): composta de polietileno, água, ou grafite, misturado a substâncias absorvedoras de nêutrons, como compostos de boro, lítio, cádmio ou gadolínio, e revestido com bismuto, chumbo, cádmio ou carboneto de tungstênio, de forma não limitante. Gás que preenche a câmara do plasma (10): o gás de alimentação contido na câmara de plasma (10) é o gás de deutério neutro,, ou enriquecido com trítio gasoso. A CTFTI é apresentada na Figura 1, onde pode ser identificada a blindagem (160), refletor (16), a tampa superior (18), a cârliara de plasma toroidal (10), o eletrodo alvo (11), região do fluido isolador e refrigerante (162), o moderador (15) e os receptáculos de ^mostra (161). No CTÉTI, há a câmara de plasma toroidal (10) (Figura 1). Na face interna desta toróide há uma superfície com múltiplas perfurações, compondo o eletrodo do plasma (13) (Figura 3). A CTFTI (Figura 4) possui comprimento axial ao lorjigo de seu eixo central de 10 cm a 200 cm, e diâmetro de 10 a 300 cm com aparência cilíndrica externa, contendo: uma câmara de plasma (10) em formato toroidal, de seção transversal circular de raio variando de 2 a 50 cm, e raio mediai da seção longitudinal de 5 a 300 cm. A Figura 4a apresenta uma vista da câmara de plasma (10), o eletrodo do plasma (13) com múltiplas aberituras, conectado à câmara de plasma (10), o eletrodo alvo (11) de forma de urra seção toroidal, o moderador (15), um receptáculo cilíndrico de amostras (161) e o volume onde as amostras são inseridas (17). A Figura 4b mostra também o eletrodo do plasma (13) de forma isolada, seguido pelo eletrodo alvo (11), o moderador (15), o receptádulo de amostras (161) e o volume de posicionamento de amostras (17). Há também o eletrodo do alvo (11), que assume uma forma cilíndrica (Figura 1). Este também pode assumir a forma de uma seção toroidal (Figura 4). Na área interna do cilindro representado pelo eletroco do alvo (11) encontrasse uma seção anular cilíndrica onde é mantido intenamente o fluido isolador e refrigerante (162) (Figura 1). Após esta seção, há um volume cilíndrico contendo o moderador (15) (Figura 4), onde se d stribuem um ou mais receptáculos de amostras (161), cilíndricos, contendo as amostras para transmutação.Shield (160): Composed of polyethylene, water, or graphite, mixed with neutron absorbing substances, such as boron, lithium, cadmium or gadolinium, and coated with bismuth, lead, cadmium or tungsten carbide in a non-limiting manner. Gas that fills the plasma chamber (10): The feed gas contained in the plasma chamber (10) is neutral deuterium gas, or enriched with gaseous tritium. The CTFTI is shown in Figure 1, where the shield (160), reflector (16), the top cap (18), the toroidal plasma chamber (10), the target electrode (11), region of the insulating fluid can be identified. and refrigerant (162), moderator (15) and display receptacles (161). In CTET, there is the toroidal plasma chamber (10) (Figure 1). On the inner face of this torus there is a surface with multiple perforations, making up the plasma electrode (13) (Figure 3). The CTFTI (Figure 4) has an axial length along its central axis from 10 cm to 200 cm and a diameter of 10 to 300 cm with an external cylindrical appearance, containing: a toroidal plasma chamber (10), cross section circular radius ranging from 2 to 50 cm, and median radius of the longitudinal section from 5 to 300 cm. Figure 4a shows a view of the plasma chamber (10), the multi-aperture plasma electrode (13) connected to the plasma chamber (10), the toroidal section-shaped target electrode (11), the moderator ( 15), a cylindrical sample receptacle (161) and the volume to which the samples are inserted (17). Figure 4b also shows the plasma electrode (13) in isolation, followed by the target electrode (11), the moderator (15), the sample receptacle (161), and the sample positioning volume (17). There is also the target electrode (11), which takes a cylindrical shape (Figure 1). This can also take the form of a toroidal section (Figure 4). In the internal area of the cylinder represented by the target electroco (11) was a cylindrical annular section where the insulating fluid and refrigerant (162) is intentionally maintained (Figure 1). After this section there is a cylindrical volume containing the moderator (15) (Figure 4), where one or more cylindrical sample receptacles (161) are distributed containing the samples for transmutation.

Assim, a geometria toroidal da câmara de plasma e^tá acoplada ao eletrodo do plasma (13) constituído de metal com espessura de até 05 mm dotado de 1a 100 aberturas cilíndricas por centímetro quadrado, sendo que cada uma tem um raio de 1 a 10 mm, O eletrodo do plasma está em um potencial elétrico que vai de -200 a 0 kV, dependendo do potencial do eletrodo do alvo (11). A geometria da câmara de plasma é gerada pela interseção de um cilindro interno com raio que é igual ao raio mediai do toróide menos 1 a 50% do diâmetro da seção interna do toróide. A face resultante desta intersecção produz um segmento cilíndrico do eletrodo do pla$ma (13) (Figura 8).Thus, the toroidal geometry of the plasma chamber is coupled to the plasma electrode (13) made of metal up to 05 mm thick with 1 to 100 cylindrical openings per square centimeter, each having a radius of 1 to 10 mm. mm, The plasma electrode is at an electric potential ranging from -200 to 0 kV, depending on the potential of the target electrode (11). Plasma chamber geometry is generated by the intersection of an inner cylinder with radius which is equal to the median radius of the torus minus 1 to 50% of the diameter of the inner section of the torus. The resulting face of this intersection produces a cylindrical segment of the plate electrode (13) (Figure 8).

Após o eletrodo do plasma (13) é possível introduzir um eletrodo supressor (131) de elétrons, afastado de 02 a 10 cm da face externa do eletrodo (13). Este eletrodo é opcional, e auxilia remoção de elétrons do feixe. O potencial aplicado neste eletrodo varia de -100 a 100 kV, dependendo dos potenciais aplicados nos eletrodos alvo e do plasma (Figura 10).After the plasma electrode (13) it is possible to insert an electron suppressor electrode (131), 2 to 10 cm from the outer face of the electrode (13). This electrode is optional, and assists electron removal from the beam. The potential applied to this electrode ranges from -100 to 100 kV, depending on the potentials applied to the target and plasma electrodes (Figure 10).

Após o eletrodo de plasma (13) há o ambiente de acelèração composto pelo volume compreendido entre o eletrodo do plasma e o eletrodo do alvo. Estes estão afastados de 01 cm a 50 cm. Há a possibilidade de introduzir eletrodos de confinamento (132) para convergir o feixe para o alvo (Figura 10). A CTFTI tem múltiplas funções. Ela pode irradiar diferentes amostras com diferentes meias-vidas. Por exemplo, se for utilizada como gerador de nuclideos “pai/filho” o nuclideo filho é eluido de uma matriz irradiada feita do pai contida em colunas, assim a entrada/saída é por meio de um fluido que corre através de duetos que circulam em coluna interna (receptáculo de amostras), através de duetos para eluição que unem a coluna de eluição (173) com os frascos de eluição (174), representados nana Figura 10. Se a célula é utilizada para queimar rejeitos radioativos, estes são posicionados nos receptáculos de amostras (161) e irradiados por longo período, tendo que se aorir a tampa (18) do dispositivo e colocar grandes quantidades de material para irradiar. A estrutura de fechamento, ou tampa (18), ilustra esta possibilidade. Se a célula for produzir nuclideos de meia vida curta (horas ou minutos), pequenas quantidades de material sólido têm que inseridos pela abertura central (17), irradiados, e rapidamente retirados. Assim, há três possibilidades de entrada/saída de amostras. Em uma unidade de CTFTI não hjá a necessidade de ter todas as três possibilidades. Dependendo de sua função principal, uma ou duas possibilidades são necessárias.After the plasma electrode (13) there is the acceleration environment composed by the volume between the plasma electrode and the target electrode. These are 1 cm to 50 cm apart. It is possible to introduce containment electrodes (132) to converge the beam to the target (Figure 10). CTFTI has multiple functions. It can radiate different samples with different half-lives. For example, if used as a parent / child nuclide generator the child nuclide is eluted from an irradiated matrix made of the parent contained in columns, so the inlet / outlet is through a fluid that flows through ducts that circulate in internal column (sample receptacle), by means of elution ducts joining elution column (173) with elution vials (174), shown in Figure 10. If the cell is used to burn radioactive waste, these are positioned in the sample wells (161) and irradiated for a long time, the lid (18) of the device having to be gripped and large amounts of material to be irradiated. The closing structure, or lid (18), illustrates this possibility. If the cell is to produce short half-life nuclides (hours or minutes), small amounts of solid material must be inserted through the central opening (17), irradiated, and rapidly removed. Thus, there are three possibilities for sample input / output. In a CTFTI unit there is no need to have all three possibilities. Depending on their primary function, one or two possibilities are required.

De forma concêntrica, existe o eletrodo do alvo em formato toroidal (11) com geometria definida a partir de um segmento de um toróide com seção circular com raio interno de 02 cm a 50 cm, obtida pelo corte do volume toroidal por um cilindro de raio igual ao raio mediai mais 10 a 50% do diâmetro da seção circular. O raio médio do toróide do eletrodo alvo pode assumir valores de 05 a 200 cm. O eletrodo do alvo também pode assumir a forma cilíndrica, no caso com raio variando de 05 a 200 cm e comprimento de 04 a 100 cm. O eletrodo do alvo é mantido a um potencial que pode variar de 0 a 200 kV dependendo do potencial aplicado no eletrodo do plasma.Concentricly, there is the toroidal shaped target electrode (11) with defined geometry from a segment of a toroid with a circular section with an inner radius of 02 cm to 50 cm, obtained by cutting the toroidal volume by a radius cylinder. equal to the average radius plus 10 to 50% of the diameter of the circular section. The average radius of the toroid of the target electrode can assume values from 05 to 200 cm. The target electrode may also be cylindrical in shape, with a radius ranging from 05 to 200 cm and length from 04 to 100 cm. The target electrode is maintained at a potential ranging from 0 to 200 kV depending on the potential applied to the plasma electrode.

Em seguida ao eletrodo alvo, há uma superfície isoladora concêntrica afastada 1 a 5 cm do eletrodo alvo, mantendo a mesma geometria do alvo, compondo uma região que recebe o fluido isolador e refrigerante. Esse fluido refrigera o alvo e isola o potencial elétrico do alvo. O fluido refrigerante pode estar circulante, sendo então refrigerado em trocador de calor externo ao CTFTI, onde o fluido troca calor por meio de uma serpentina com outro fluido. A necessidade de refrigeração depende da potência do gerador de fusão. A superfície que define a região de refrigeração define também o receptáculo (161) do moderador (15). Este então pode estar contido em um volume com superfície lateral cilíndrica ou toroidal. O raio desta geometria pode variar de 5 a 200 cm, e comprimento de 5 a 100 cm. O raio e comprimento definem um volume, que deve ser ajustado para adequar o processo de moderação dos nêutrons rápidos até a máxima taxa de produção do radioisótopo de interesse a ser transmutado, ou até atingir o máximo fluxo de nêutrons na faixa térmica ou epitérmica no centro dos receptáculos de amostras. Assim, o receptáculo do moderador deve ser projetado para atingir uma configuração ótima.Following the target electrode, there is a concentric insulating surface 1 to 5 cm from the target electrode, maintaining the same geometry as the target, composing a region that receives the insulating fluid and refrigerant. This fluid cools the target and isolates the electrical potential of the target. The refrigerant may be circulating and then cooled in a heat exchanger external to the CTFTI, where the fluid exchanges heat through a coil with another fluid. The need for cooling depends on the power of the fusion generator. The surface defining the cooling region also defines the moderator receptacle (161). This can then be contained in a volume with a cylindrical or toroidal side surface. The radius of this geometry can range from 5 to 200 cm, and length from 5 to 100 cm. The radius and length define a volume, which must be adjusted to suit the process of moderating fast neutrons to the maximum rate of production of the radioisotope of interest to be transmuted, or until reaching the maximum neutron flux in the thermal or epidermal band in the center. of the sample receptacles. Thus, the moderator receptacle must be designed to achieve an optimal configuration.

Os receptáculos de amostras (161) consistem em cilindros de 01 mm a 50 mm de raio, e comprimento variando de 03 cm até uma comprimento máxima equivalente a comprimento do receptáculo do moderador. O número de receptáculos e suas posições internas ao moderador podem variar de forma a se beneficiar da região de maior fluxo de nêutrons, no espectro desejado.Sample receptacles (161) consist of cylinders from 01 mm to 50 mm radius, and length ranging from 03 cm to a maximum length equivalent to the moderator receptacle length. The number of receptacles and their internal moderator positions may vary to benefit from the largest neutron flux region in the desired spectrum.

Na CTFTI há um anel cilíndrico anular que compõe a blindagem externa (160) e um anel cilíndrico anular do refletor (16).A tampa superior também é constituída de uma blindagem (160) e um refletor (16).Tais estruturas são apresentadas na Figura 1. Todos os elementos descritos anteriormente são confinados pela estrutura de reflexão de nêutrons (16), dotado de tampas cilíndricas com 5 cm a 50 cm de espessura e raio de 10 a 300 cm, com laterais cuja espessura varia de 5 a 50 cm. Após o material de refleixão de nêutrons (16) há a blindagem de nêutrons e fótons inferior, lateral (160), e superior (160) envolvem os elementos previamente abordados, A espessura desta blindagem pode variar de 5 a 50 cm. As estruturas de blindagem (160) e do refletor (16) do CTFTI toroidal são essenciais em reduzir a fuga de nêutrons (Figura 5).In CTFTI there is an annular cylindrical ring that makes up the outer shield (160) and an annular cylindrical ring of the reflector (16). The top cover also consists of a shield (160) and a reflector (16). Figure 1. All the elements described above are confined by the neutron reflection structure (16), with cylindrical caps 5 cm to 50 cm thick and radius 10 to 300 cm, with sides whose thickness varies from 5 to 50 cm . After the neutron reflection material (16) there is the lower, side (160), and upper (160) neutron and photon shields wrap around the previously discussed elements. The thickness of this shielding may vary from 5 to 50 cm. Toroidal CTFTI shield (160) and reflector (16) structures are essential in reducing neutron leakage (Figure 5).

As unidades da CTFTI podem possuir aberturas (17) para direta introdução de amostras nos receptáculos, em diâmetro equivalente ao receptáculo.As dimensões mencionadas não são limitantes. O suporte para cabos e acessórios (163) consiste dê uma estrutura cilíndrica conectada a parede externa do CTFTI (Figura 2). Este suporte para cabos (163) contém os tubos de alimentação das colunas presentes nos receptáculos de amostras (161), da alimentação de gás de de Jtério da câmara de plasma (10), da alimentação de fluido refrigerante conectadas à região de isolação e refrigeração (162), e de condutores elétricos para alta tensão que alimentam os eletrodos alvo (11), além de instrumentação adicional para detecção da radiação. Este suporte é revestido com uma placa de tungstênio ou chumbo, que blinda as radiações gamas emitido pelas amostras radioativas. Esta blindagem adicional protege o operador se houver necessidade de abertura do CTFTI para troca de colunas contidas nos receptáculos. As inserções de tubos elétricos ou mangueiras no suporte de cabos e acessórios (163), conectores, condutores e cabos para suprimento de gás, isoladores e pontos de alimentação de potenciais elétricos, bem como sistema de arrefecimento, estão de forma simplificada na Figura 2, pela estrutura do suporte de cabos e acessórios (163); sendo apresentada como um cilindro disposto em cima dos receptáculos de amostra (161), com espessura de 1 a 5 cm, ligado à parte externa por uma estrutura retangular, onde internamente são passados os condutores, dutos e cabos elétricos.CTFTI units may have openings (17) for direct introduction of samples into the receptacles, in diameter equivalent to the receptacle. The dimensions mentioned are not limiting. The cable and accessory bracket (163) consists of a cylindrical structure connected to the outer wall of the CTFTI (Figure 2). This cable holder (163) contains the column feed tubes present in the sample receptacles (161), the plasma chamber internal gas supply (10), and the refrigerant supply connected to the isolation and cooling region. (162), and high voltage electrical conductors supplying the target electrodes (11), as well as additional instrumentation for radiation detection. This holder is coated with a tungsten or lead plate, which shields the radiation ranges emitted by the radioactive samples. This additional shielding protects the operator if the CTFTI is required to open columns contained in the receptacles. Insertions of electrical pipes or hoses in the cable holder and fittings (163), connectors, conductors and cables for gas supply, insulators and electrical potential supply points, as well as cooling system, are simplified in Figure 2, by the cable support structure and accessories (163); being presented as a cylinder disposed on top of the sample receptacles (161), 1 to 5 cm thick, connected to the outside by a rectangular structure, where the conductors, ducts and electrical cables are passed internally.

Além de tubos que alimentam o receptáculo de anhostra, contidos internamente no suporte de cabos e acessórios (163), há a possibilidade de introduzir amostras diretamente através do eixo central do dispositivo (Figura 3). Neste caso há uma abertura no suporte de cabos e acessórios (163) (Figura 3). Assim, amostras podem ser inseridas e removidas no eixo central do dispositivo (17), sendo opcional. A célula pode transmutar um ou mais radionuclídeos de meia vida longa, em precursor de um radionuclídeo de meia vida curta, podéndo estes, estar definido no grupo: Mo-99/Tc-99m, Sr-90/Y-90, Rb-81/Kr-81m, Hg-195/Au-195m; W-188/Re-188, SÍ-32/P-32, de forma não limitante. Neste caso a matriz com o nuclídeo precursor se apresenta dentro de uma coluna interna ao receptáculo de amostras (162) e tubos plásticos ou poliméricos finos de entrada e saída permitem a eluição líquida da coluna pelo lado externo da célula toroidal. O método de eluição de colunas é apresentado na Figura 10A. Esta ilustra uma parte de seção transversal da CTFTI, mostrando a posição da coluna de eluição (173) de radioisótopos, a saída e entrada do eluente (174), o eletrodo de confinamento (132), o eletrodo de supressão (131), o eletrodo do plasma (13), o conexão de radiofreqüência e isolador (170), refletor (16) e blindagem (160).In addition to tubes that feed the anthrust receptacle contained internally in the cable holder and fittings (163), there is the possibility of introducing samples directly through the central axis of the device (Figure 3). In this case there is an opening in the cable and accessory holder (163) (Figure 3). Thus, samples can be inserted and removed on the central axis of the device (17), being optional. The cell may transmute one or more long half-life radionuclides into the precursor of a short half-life radionuclide, which may be defined in the group: Mo-99 / Tc-99m, Sr-90 / Y-90, Rb-81 / Kr-81m, Hg-195 / Au-195m; W-188 / Re-188, Si-32 / P-32, without limitation. In this case the matrix with the precursor nuclide is enclosed within a column internal to the sample receptacle (162) and fine inlet and outlet plastic or polymeric tubes allow for liquid elution of the column from the outside of the toroidal cell. The column elution method is shown in Figure 10A. This illustrates a cross-sectional portion of the CTFTI showing the position of the radioisotope elution column (173), the eluent exit and entry (174), the confinement electrode (132), the suppression electrode (131), the plasma electrode (13), radio frequency connection and isolator (170), reflector (16) and shield (160).

Os sistemas auxiliares são ilustrados na Figura 10B em uma seção transversal da CTFTI. Esta sendo mostrado o sistema de potência de radiofrequência (175), o sistema de alta tensão (171), as conexões de alta tensão (172), o sistema de alimentação de gás de deutério com válvulas (178), e o cilindro de gás (179), e as possíveis antenas de RF interna (176) ou externa (177), e conexões da RF e isoladoras (170).Auxiliary systems are illustrated in Figure 10B in a cross section of CTFTI. Shown are the radio frequency power system (175), the high voltage system (171), the high voltage connections (172), the deuterium valve gas supply system (178), and the gas cylinder (179), and possible internal (176) or external (177) RF antennas and RF and isolator connections (170).

Uma simulação eletromagnética reproduzindo os feixes de dêuterons no ambiente de aceleração na CTFTI gerou as linhas de potenciais elétricos entre os eletrodos do plasma (13) e do alvo (11), onde se identifica também o moderador (16) e a câmara de plasma (10) (Figura 8). Tioda a estrutura revestida pelo refletor (16) (Figura 8). O transporte iônico de dêuterons entre estes potenciais é apresentado na Figura 9, de forma tridimensional. Pode ser observado que feixes de deutério de energia cinética de 180 keV são gerados pelas múltiplas perfurações do eletrodo do plasma (Figura 9). A CTFTI apresenta os seguintes componentes e dimensões, de forma não limitante, compondo externamente um volume limitado po" urna superfície cilíndrica, de raio de 10 a 300 cm e comprimento de 10 a 200 cm, e internamente contendo: uma câmara de plasma (10), em formato semi-toroidal/cilíndrico, com seção transversal cilíndrica de raio interno de 2 a 50 cm, e seção longitudinal com raio mediai de 5 a 200 cm; tendo párte de sua seção transversal limitada por parte uma superfície cilíndrica, com c raio variando de 5a 200 cm e comprimento de 10 a 100 cm compondo a superfície do eletrodo do plasma (13) como um segmento cilíndrico, e espessura de 0,1 a 1 cm, possuindo de 1 a 50 aberturas esféricas por centímetro quadrado de raio variando de 0,1 a 1 cm; contendo um alvo em formato de um segmento semi-toroidal ou cilíndrico (11), com raio da seção interna de 2 a 50 cm, e caso cilíndrico de comprimento de 2 a 100 cm; e, o receptáculo dc moderador (15), em formato de cilíndrico sólido com raio variando de 5 a 200 cri e comprimento de 10 a 300 cm contendo o material moderador (15); e, internamente ao moderador, há receptáculos de amostras (161); em formato cilíndrico com raio variando de 2 a 5 cm e espessura de 0,1 a 1 cm e comprimen :o de 3 a 300 cm; sendo que todos os elementos são confinados por uma estrjtura de reflexão (16), recobrindo a estrutura, em formato cilíndrico com tampas de espessura de 10 a 50 cm; e posterior um recobrimento de blindagem (160) de espessura de 10 a 50 cm; podendo possuir aberturas (17) para introdução de amostras.An electromagnetic simulation reproducing the neutron beams in the accelerating environment at CTFTI generated the electric potential lines between the plasma (13) and target (11) electrodes, where the moderator (16) and the plasma chamber ( 10) (Figure 8). All the reflector-coated structure (16) (Figure 8). The ion transport of neutrons between these potentials is presented in Figure 9, in a three-dimensional way. It can be observed that 180 keV kinetic energy deuterium beams are generated by multiple plasma electrode perforations (Figure 9). The CTFTI has the following components and dimensions, without limitation, externally composing a volume limited by a cylindrical surface, with a radius of 10 to 300 cm and length of 10 to 200 cm, and internally containing: a plasma chamber (10 ), in a semi-toroidal / cylindrical shape, with a cylindrical cross-section with an inner radius of 2 to 50 cm, and a longitudinal section with a median radius of 5 to 200 cm, having a cross-sectional portion with a cylindrical surface, with c radius ranging from 5 to 200 cm and length from 10 to 100 cm composing the surface of the plasma electrode (13) as a cylindrical segment, and thickness from 0.1 to 1 cm, having from 1 to 50 spherical openings per square centimeter of radius ranging from 0.1 to 1 cm, containing a target in the shape of a semi-toroidal or cylindrical segment (11), with an inner section radius of 2 to 50 cm, and a cylindrical case of a length of 2 to 100 cm; the moderator receptacle (15), cylindrical ndrico solid with a radius ranging from 5 to 200 cri and length of 10 to 300 cm containing moderator material (15); and internally to the moderator there are sample receptacles (161); in cylindrical shape with a radius ranging from 2 to 5 cm and a thickness of 0.1 to 1 cm and a length of 3 to 300 cm; all elements being confined by a reflection structure (16) covering the structure in cylindrical shape with lids of 10 to 50 cm thickness; and thereafter a shield covering (160) of thickness from 10 to 50 cm; may have openings (17) for sample introduction.

No eletrodo do alvo (11) ocorre as reações nucleares, d-d ou d-t como indicados nas expressões abaixo: (1) (2) (3) Onde d equivale ao isótopo do hidrogênio 2H, e t equivalè ao isótopo do hidrogênio 3H, e p equivale a hidrogênio (H1), Q representa a energia cinética dos produtos da reação, onde n é emitida com 2,45 MeV ern reações d-d e 14,06 MeV parad-f.At the target electrode (11) nuclear reactions dd or dt occur as indicated in the expressions below: (1) (2) (3) Where d is the hydrogen isotope 2H, and t is the hydrogen isotope 3H, ep is the same as hydrogen (H1), Q represents the kinetic energy of the reaction products, where n is emitted with 2.45 MeV in reactions dd and 14.06 MeV parad-f.

As reações 1 e 2 podem ocorrer no alvo, isto é d-d, qúe geram (d,n') e (d,p). Entretanto somente a reação 2 apresenta como subproduto a emissão de nêutrons. As seções de choques (probabilidade de interação) para as reações (d,n'), (d,p), (d,d), (t,n), obtidas do banco de dados EftlDF/B-VI.8, são apresentadas na Figura 10. A determinação do rendimento neutrônico, γ, da (£TFTI pode ser avaliado por meio da equação 1. (1) Onde ηα é o número de dêuterons por cm3 no alvo, / é a cbrrente do feixe, odd(E) é a seção de choque para produção de nêutrons da reação de fusão d-d em função da energia E do feixe de dêuterons. As espécies iônicas foram ponderadas pela sua fração fk e pelo número de núcleos k por íons. A expressão dE/dx representa o poder de frenagem do alvo carregado com deutério.A equaçãol foi resolvida numericamente, discretizan jo a energia em intervalos de 30 keV e estimando a densidade de dêuterons no alvo pc igual a 3,76 g.cm'3, com base no relatório técnico de 1954, da Jniversidade da Califórnia, intitulado: “Information on the Nêutrons Produced in the H3(d,n) He4”, de Jack Benveniste and Jerry Zenger. A Lei de Bragg foi empregada para determinar o poder de frenagem no alvo, ela é apresentada por meio da equação 2e é descrita por Heaton, R.; Lee, H.; Skensved, P. e Robertson, B. na publicação da Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Assoc ated Equipment, 276(3):529-538, 1989). (2) onde o índice M representa o metal e d representa o deutério no alvo. Os valores do poder de frenagem podem ser obtidos por meio do código Srim.Reactions 1 and 2 can occur on the target, ie d-d, which generate (d, n ') and (d, p). However, only reaction 2 has the byproduct of neutron emission. The shocks (probability of interaction) for reactions (d, n '), (d, p), (d, d), (t, n), obtained from database EftlDF / B-VI.8, The determination of the neutron yield, γ, of (£ TFTI) can be assessed by equation 1. (1) Where ηα is the number of neutrons per cm3 in the target, / is the beam beam, odd (E) is the neutron production cross section of the dd fusion reaction as a function of the neutron beam energy E. The ionic species were weighted by their fraction fk and the number of nuclei k per ion. represents the braking power of the deuterium-charged target. The equation was numerically solved by discretizing the energy at 30 keV intervals and estimating the density of neutrons at target pc equal to 3.76 g.cm'3, based on the report. 1954 University of California technician entitled “Information on the Neutrons Produced in the H3 (d, n) He4” by Jack Benven iste and Jerry Zenger Bragg's Law was employed to determine the braking power at the target, it is presented by equation 2e and is described by Heaton, R .; Lee, H .; Skensved, P. and Robertson, B. in the Nuclear Instruments and Methods publication in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Assigned Equipment, 276 (3): 529-538, 1989). (2) where the index M represents the metal and d represents the deuterium in the target. Braking power values can be obtained using the Srim code.

Depois de obtido o rendimento de nêutrons, Eq.1, referente à fonte de emissão de nêutrons distribuída no alvo, calcula-se a distribuição espacial de nêutrons e seu espectro no volume do moderador, na tentativa de avaliar a degradação do espectro rápido (2,45 MeV emitidos por d-d, [)or exemplo) no espectro térmico. Nas regiões onde estão as amostras, se otltêm a seção de choque macroscópica do material a ser irradiado, multiplicando a seção de choque microscópica de transmutação (em geral, de captura radioativa, (η,γ)), dependente da energia, pelo espectro neutrônico, normalizado pelo rendimento de nêutrons pela fonte, e, por fim, pela densidade volumétrica de átomos a ser transmutados, em átomos-cm3. Então, calcula-se a taxa temporal e volumétrica R„ de transmutação de radioisótopos, definida como,em unidádes de nuctídeo produzidos “ nr” por unidade de volume, cm3 , por unidade de fluência emitida pela fonte, isto é n.s'1. Esta é multiplicada pelo rendimento γ da CTFTI e inserida na equação 3, a fim de definir a atividade da amostra em função do tempo t de irradiação. (3) Onde λ representa a constante de meia vida do radionuctfdeo, produto da transmutação. A taxa de transmutação volumétrica Rv pode então ser obtida por meio da equação 4. (4) onde p representa a densidade do material representativo da amostra (Z), NA o número de Avogadro, A é a massa atômica do composto contendo isótopo Z a ser transmutado, ω é a fração química multiplicada pela fração isotópica do isótopo Z no composto, e oz(E) a seção de choque de absorção neutrônica do isótopo em questão e Φ(Ε,γ) o fluxo de nêutrons no moderadoi na posição r (da amostra), ambos dependente da energia, e γ o rendimento de nêutrons gerados pelas reações d-d, que significa a surgência de nêutrons no alvo. O termo <σζ(Ε) φ(Ε,Γ)>/γ é avaliado pelo código MCNP em uma determinada posição r do moderador, e integrado no domínio do espectro energética, entre a energia térmica a 2,5 MeV. Os resultados destes cálculos para algumas amostras são apresentadas nos exemplos.After obtaining the neutron yield, Eq.1, for the neutron emission source distributed on the target, the neutron spatial distribution and its spectrum in the moderator volume is calculated in an attempt to evaluate the fast spectrum degradation (2 , 45 MeV emitted by dd, [) or example) in the thermal spectrum. In the regions where the samples are located, the macroscopic shock section of the material to be irradiated is obtained by multiplying the energy-dependent transmutation (η, γ) microscopic shock section (η, γ) by the neutron spectrum. , normalized by the neutron yield by the source, and finally by the volumetric density of atoms to be transmuted, to atoms-cm3. Then, the temporal and volumetric rate of R „of radioisotope transmutation, defined as, in nuctide units produced“ nr ”per unit volume, cm3, per unit fluency emitted by the source, ie n.s'1, is calculated. . This is multiplied by CTFTI yield γ and entered in equation 3 in order to define the sample activity as a function of the irradiation time t. (3) Where λ represents the half-life constant of radionuctfdeo, the product of transmutation. The volumetric transmutation rate Rv can then be obtained by equation 4. (4) where p represents the density of the sample material (Z), NA the Avogadro number, A is the atomic mass of the isotope-containing compound Z a be transmuted, ω is the chemical fraction multiplied by the isotopic fraction of the isotope Z in the compound, and oz (E) the neutron absorption shock section of the isotope in question and Φ (Ε, γ) the neutron flux in the moderated position r (from the sample), both energy dependent, and γ the neutron yield generated by dd reactions, which means the appearance of neutrons at the target. The term <σζ (Ε) φ (Ε, Γ)> / γ is evaluated by the MCNP code at a given moderator position r, and integrated into the energy spectrum domain between thermal energy at 2,5 MeV. calculations for some samples are given in the examples.

Em relação ao plasma contido na câmara de plásma (10), não-termalizado, produzido na câmara de plasma (10) a baixa temperatura. Este pode ser gerados por descargas elétricas, em operação continua (CW) ou pulsada, de forma capacitiva e indutiva acoplados a descargas de radiofrequência, descargas de antenas, e descargas por microondas em cavidades fechadas, ou mesmo em estruturas abertas. A descarga capacitiva acoplada pode ocorrer entre duas placas paralelas ou eletrodos transversais em que é aplicada uma diferença de potencial alternada. A descarga indutiva acoplada é gerada pela indução de uma bobina. O plasma (10) pode também ser gerado por um campo eletromagnético forte aplicado com um laser ou um gerador de micro-ondas, ou aplicação de um campo elétrico forte em um gás onde o processo de avalanche de Townsend ocorre. O processo de descarga de Townsend é um processo de ionização onde elétrons livres são acelerados pelo campo elétrico, forte o suficiente para gerar uma condução elétrica no gás na forma de uma multiplicação em avalanche causada pelos inpactos de íons e moléculas ionizadas. Geração de plasma por radiofrequência RF é de interesse quando há necessidade de operação em longo tempo. Descargas elétricas aplicadas pelo gerador de plasma podem ser classificadas pela frequência do campo excitado, podendo variar de kHz a MHz, classificadas como: por descargas de corrente diretas (DC); descargas DC pulsadas (kHz); descargas de radiofrequência (MHz), suportadas por mecanismos de aquecimento de elétrons por meio ôhmico e estocástico; por descargas de micro-ondas (GHz); por plasma gerado por laser; ou por descargas de feixes de elétrons orientados. Em resumo, são várias as formas de geração de plasma, cuja ciência e tecnologia são de domínio público. A alteração da forma de geração do plasma na câmara de plasma, descrita nesta patente, mantendo semelhante geometria, material ou componentes, e preservando o uso, não caracterizam uma nova invenção, mas representam apenas modificações na forma de ionização do gás de deutério, suportada por informações científicas e técnicas de conhecimento comum.Regarding the plasma contained in the non-thermalized plasma chamber (10) produced in the low temperature plasma chamber (10). These can be generated by continuous, pulsed or pulsed electrical discharges, capacitively and inductively coupled with radio frequency discharges, antenna discharges, and microwave discharges in closed cavities, or even in open structures. Coupled capacitive discharge can occur between two parallel plates or transverse electrodes in which an alternating potential difference is applied. Coupled inductive discharge is generated by induction of a coil. Plasma 10 may also be generated by a strong electromagnetic field applied with a laser or microwave generator, or by applying a strong electric field to a gas where Townsend's avalanche process occurs. Townsend's discharge process is an ionization process where free electrons are accelerated by the electric field, strong enough to generate an electrical conduction in the gas in the form of an avalanche multiplication caused by the inactivations of ionized molecules and ions. RF radio frequency plasma generation is of interest when long-term operation is required. Electric discharges applied by the plasma generator may be classified by the frequency of the excited field and may range from kHz to MHz, classified as: by direct current (DC) discharges; pulsed DC discharges (kHz); radio frequency discharges (MHz), supported by ohmic and stochastic electron heating mechanisms; by microwave discharges (GHz); by laser generated plasma; or by discharging oriented electron beams. In short, there are various forms of plasma generation, the science and technology of which is in the public domain. The alteration of the plasma generation form in the plasma chamber, described in this patent, while maintaining similar geometry, material or components, and preserving use, does not characterize a new invention, but merely represents modifications in the form of deuterium gas ionization supported by for scientific and technical information of common knowledge.

Como aplicação, a CTFTI pode transmutar e produzi!· radionuclídeos ricos em nêutrons, preferencial mente do grupo compreendendo: Na-24, P-32, S-35, CI-38,Ar-41, K-42, Ca-47, Ca-49, Ti-51, V-52, Cr-55, Mn-56, Fe-59, Co-60, Ni-65, Cu-64, Cu-66, Zn-69, Zn-71, Zn-72, Ga-70, Ga-72, Ge-72, Ge-75, As-76, Se-81, Se-83, Br-80, Br-82, Kr-87, Kr-85, Kr-81, Kr-79, Rb-86, Rb-88, Sr-85, Sr-87, Sr-89, Sr-90, Y-90, Mo-99, Ru-105, Ru-106, Rh-104, Pd-103, Pd-107, Ag-108, Ag-110, Ag-111, Ag-113, Cd-111, Cd-115, Cd-117, ln-114, ln-116, ln-114,ln-116, Sn-125, Sn 121, Sn-123, Sb122, Sb123, Sb125, Te-121, Te123, Te125, Te-127, Te-129, Te-131, 1-128, 1-131, Xe-125, Xe-127, Xe-129, Xe-131, Xe-133, Xe135, Xe-137, Cs-134, Ba-133, Ba-135, Ba-139, Ba-'30, La-140, Ce-137, Ce-139, Ce-141, Ce-143, Pr-142, Pr-143, Nd-147 Nd-149, Nd-151, Sm-151, Sm-153, Sm-155, Eu-152, Eu-154, Eu-155, Eu-156, Gd-1 53, Gd-159, Gd-161, Tb-160, Dy-157, Dy-159, Dy-165, Dy-166, Ho-166, Er-1 39, Er-171, Tm-170, Yb-169, Yb-175, Yb-177, Lu-177, Hf-175, Hf-181, Hf182, Hf-177, Hf-178, Hf-179, Ta-182, W181, W185, W-187, W188, Re-188, Os-193, lr-192,lr-193,lr-194, Pt-191, Pt-193, Pt-195, Pt-197, PM 99, Au-1998, Au-199, Hg-197, Hg-199, Hg-203, Hg-205, Ti-204, Ti-206, Pb-205, Pb-209, Bi-201, Bi-211, Th-233, U-239. A célula CTFTI pode também se aplicar como transmutador de um ou mais dos radionuclídeos de meia vida longa, precursor de um radionuclídeo de meia vida curta,sendo este par, definido no grupo compreendendo: Μο-99/Tc-99m, Sr-90/Y-90,Rb-81/Kr-81 m, Hg-195/Au-195m; W-188/Re^188, SÍ-32/P-32, de forma não limitante. A célula CTFTI pode eliminar rejeitos radioativos, produzindo nuclídeos de meia vida curta, na transmutação de nuclídeos de meia vida longa do grupo do califórnio, berquélio, cúrio, amerício, plutônio, netúnio, urânio, protactínio, tório, actinídeo, radio, estrôncio, iodo, césio, cobalto, ferro, sódio, de forma não limitante, comumente existentes e produzidos em combustíveis nucleares em reatores nucleares. A CTFTI pode também transmutar nuclídeos fissionáveis em físseis, como Th-232 em U-233 e U-238 em Pu-239.As an application, CTFTI can transmute and produce neutron-rich radionuclides, preferably from the group comprising: Na-24, P-32, S-35, CI-38, Ar-41, K-42, Ca-47, Ca-49, Ti-51, V-52, Cr-55, Mn-56, Fe-59, Co-60, Ni-65, Cu-64, Cu-66, Zn-69, Zn-71, Zn- 72, Ga-70, Ga-72, Ge-72, Ge-75, As-76, Se-81, Se-83, Br-80, Br-82, Kr-87, Kr-85, Kr-81, Kr-79, Rb-86, Rb-88, Sr-85, Sr-87, Sr-89, Sr-90, Y-90, Mo-99, Ru-105, Ru-106, Rh-104, Pd- 103, Pd-107, Ag-108, Ag-110, Ag-111, Ag-113, Cd-111, Cd-115, Cd-117, In-114, In-116, In-114, In-116, Sn-125, Sn 121, Sn-123, Sb122, Sb123, Sb125, Te-121, Te123, Te125, Te-127, Te-129, Te-131, 1-128, 1-131, Xe-125, Xe -127, Xe-129, Xe-131, Xe-133, Xe135, Xe-137, Cs-134, Ba-133, Ba-135, Ba-139, Ba-'30, La-140, Ce-137, Ce-139, Ce-141, Ce-143, Pr-142, Pr-143, Nd-147 Nd-149, Nd-151, Sm-151, Sm-153, Sm-155, I-152, I-154 , I-155, I-156, Gd-53, Gd-159, Gd-161, Tb-160, Dy-157, Dy-159, Dy-165, Dy-166, Ho-166, Er-39 , Er-171, Tm-170, Yb-169, Yb-175, Yb-177, L U-177, Hf-175, Hf-181, Hf182, Hf-177, Hf-178, Hf-179, Ta-182, W181, W185, W-187, W188, Re-188, Os-193, 1r- 192, lr-193, lr-194, Pt-191, Pt-193, Pt-195, Pt-197, PM 99, Au-1998, Au-199, Hg-197, Hg-199, Hg-203, Hg -205, Ti-204, Ti-206, Pb-205, Pb-209, Bi-201, Bi-211, Th-233, U-239. The CTFTI cell can also be applied as a transmutator of one or more of the half-life radionuclides, precursor of a half-life radionuclide, which pair is defined in the group comprising: Μο-99 / Tc-99m, Sr-90 / Y-90, Rb-81 / Kr-81m, Hg-195 / Au-195m; W-188 / Re-188, Si-32 / P-32, without limitation. The CTFTI cell can eliminate radioactive waste by producing short half-life nuclides in the transmutation of half-life nuclides from the californium, berkelium, curium, americium, plutonium, neptune, uranium, protactinium, thorium, actinide, radio, strontium, iodine, cesium, cobalt, iron, sodium, without limitation, commonly existing and produced in nuclear fuels in nuclear reactors. CTFTI can also transmute fissionable nuclides into fissiles, such as Th-232 on U-233 and U-238 on Pu-239.

Amostras de sementes de braquiterapia de silicato de hólmio, em composição de Si:Ho:Ca, podem ser ativadas na CTFTI. O radioisótopo 153Sm em semente cerâmica de Si:Sm:Ca pode ser ativado no dispositivo CTFTI. Então a CTFTI pode ser empregada na ativação de sementes radioativas para braquiterapia, entre elas sementes cerâmicas baseados em bíovidros, ou nanopartículas, fitatos ou macroagregados a base de óxidos, fosfatas, silicatos, carbonatas, bem como insumos radioativos a base de nitratos e cloretos, ou polímeros incorporando radioisótopos emissores de raios-X, gama ou raios-betas, de forma não limitante. A presente tecnologia pode ser melhor compreendida através dos seguintes exemplos, não limitantes.Samples of holmium silicate brachytherapy seeds in Si: Ho: Ca composition can be activated in CTFTI. Si: Sm: Ca ceramic seed radio 153Sm can be activated on the CTFTI device. Then CTFTI can be employed in activating radioactive seeds for brachytherapy, including bivovert-based ceramic seeds, or oxide, phosphate, silicate, carbonate-based nanoparticles, phytates or macroaggregates, as well as nitrate and chloride-based radioactive inputs, or polymers incorporating X-ray, gamma or beta-ray emitting radioisotopes, without limitation. The present technology may be better understood by the following non-limiting examples.

Exemplo 1: Avaliação eletromagnética do CTFTIExample 1: CTFTI Electromagnetic Assessment

Como exemplo da avaliação eletromagnética, apresenta-se a distribuição potencial elétrico de uma CTFTI simulada no código CST (Computer Simulation Technology). Neste, foram empregados um potencial elétrico de 30 kV no eletrodo do plasma (13) e -150 kV no eletrodo alvo (11). O perfil das linhas equipotenciais é apresentado na Figura 8.As an example of electromagnetic evaluation, we present the electrical potential distribution of a simulated CTFTI in the Computer Simulation Technology (CST) code. In this, an electric potential of 30 kV was used in the plasma electrode (13) and -150 kV in the target electrode (11). The profile of equipotential lines is shown in Figure 8.

Como resultado da simulação, a Figura 9 mostra o perfil energético dos feixes de dêuterons, representando suas trajetórias em direção ao alvo. A configuração apresentada permitiu alcançar uma corrente de 1,621 A de dêuterons em cada alvo, o que permite a geração de um fluxo neutrônico adequado para transmutação nos receptáculos de amostras.As a result of the simulation, Figure 9 shows the energetic profile of the neutron beams, representing their trajectories towards the target. The presented configuration allowed to reach a current of 1,621 A of neutrons in each target, which allows the generation of a neutron flux suitable for transmutation in the sample receptacles.

Exemplo 2: Avaliação neutrônica do CTFTIExample 2: CTFTI Neutron Evaluation

Como exemplo de avaliação nuclear, apresenta-se mbdelo da CTFTI, simulado no código MCNP5 (Monte Cario N-Particle). Os materiais empregados nesta avaliação foram: ar seco (ambiente externo), blindagem (de polietileno borado, densidade de 1,12 g cm'3), refletor (de Cromel, densidade 10,27 g cm'3), receptáculos (de aço inox, densidade 8,0 g cm'3), isolador (de kaolinite, 2,50 g cm'3), câmara de plasma preenchida com gás de deutério (de densidade 0,01 g cm'3), eletrodos do plasma e alvo (de cobre, densidade 8,50 g.cm'3), ambiente de aceleração com gás de deutério (com 0 001 g.cm3), alvo (cobre, titânio deutério, 8,50 g cm'3), refletor (de liga de bispnuto e chumbo, densidade 10,27 g cm"3), e moderador (de grafite, 1,70 g cm'3, e água leve, 1,0 g cm'3).As an example of nuclear evaluation, we present the CTFTI model, simulated in code MCNP5 (Monte Carlo N-Particle). The materials used in this evaluation were: dry air (external environment), shielding (borated polyethylene, density 1.12 g cm'3), reflector (Cromel density 10.27 g cm'3), receptacles (steel stainless steel, density 8.0 g cm'3), insulator (kaolinite, 2.50 g cm'3), plasma chamber filled with deuterium gas (density 0.01 g cm'3), plasma electrodes and target (copper, density 8.50 g.cm'3), deuterium gas acceleration environment (at 0 001 g.cm3), target (copper, titanium deuterium, 8.50 g cm'3), reflector ( of bispnuto and lead alloy, density 10,27 g cm-3), and moderator (graphite, 1,70 g cm-3, and light water, 1,0 g cm-3).

Os valores obtidos para o fluxo total na periferia foi 2Í83617.103 e no centro do moderador de 2,4091.10 3 multiplicado pela surgência de nêutrons emitidos pela fonte, representado pela taxa de reação de c-d. Assim, é de esperar um fluxo de 2,8 101° n.cm2.s"1 para uma surgência de ' O13 n.s'1. O fluxo de nêutrons no moderador foi uma das solicitações requisi adas no código MCNP5, que executou o transporte de nêutrons na CTFTI, sendo moderados das energias rápidas para a térmica no volume moderador.The values obtained for the total flux in the periphery were 2Í83617.103 and in the moderator center of 2.4091.10 3 multiplied by the appearance of neutrons emitted by the source, represented by the reaction rate of c-d. Thus, a flux of 2.8 101 ° n.cm2.s "1 is expected for an appearance of 'O13 n.s'1. The neutron flux in the moderator was one of the requests requested in code MCNP5, which executed neutron transport in CTFTI, being moderated from fast to thermal energies in the moderator volume.

Exemplo 3: Avaliação do perfil energético do fluxo neutrônlico A Figura 11 apresenta o espectro do fluxo neutrônico no centro do CTFTI e na borda do moderador, 3m afastada da borda, próximo ao eletrodo do alvo. Observa-se que no centro do moderador, a quantidade de nêutrons rápidos, de 2,5 MeV, reduz e a quantidade de nêutrons termalizados, inferior a 0,1 eV, aumentam. Esta alteraçao no espectro de nêutrons aijixilia no aumento da taxa de transmutação dos isótopos de interesse.Example 3: Evaluation of the Neutral Flow Energy Profile Figure 11 shows the neutron flow spectrum at the center of the CTFTI and at the moderator edge, 3m away from the edge, near the target electrode. In the center of the moderator, the amount of fast neutrons of 2.5 MeV decreases and the number of thermal neutrons of less than 0.1 eV increases. This change in the neutron spectrum will help to increase the transmutation rate of the isotopes of interest.

Exemplo 4: Produção de Molibdênio radioativo em colunaé no moderador Considerando o alvo composto com uma fita de titânio deuterizado depositado sobre um alvo metálico, de titânio ou cobre, constituído de uma película de 1 mm, por exemplo. A composição do TiDx onde x pode assumir valores distintos dependendo da temperatura e concentração de deutério no alvo. Para TiDx(x=4), por exemplo, o peso molecular será 59,9 g/mol. Com uma densidade mássica de TiDx de 4,5 g.cm'3, é de se esperar que o alvo tenha 1,81 x 1022 átomos de deutério por cm3. A seção de choque dei reação d-d é de 70mb, isto é 7,00 x 10"26 cm2. E, a seção de choque macroscópica é de 0,0127 cm'1. Uma intensidade de deutério de 1 mA.crrf2 representa 6,24 1015 deutérios por s cm2. A taxa de reação volumétrica é 7,91 x1013 n.s'1cm'3 Um cm2 de superfície do alvo expõe 10'4 cm3 de TiDx, o que representa uma surgência de 7,91 x109 n s'1 por cm2 do alvo. Um alvo com 10 cm de raio, 5 cm de comprimento, por exemplo, tem 1571 cm2. O que representa uma corrente de 1,571 A e produz uma surgência de 7,91 x1012 n s'1. Esta surgência de nêutrons é gerada como fonte no entorno do moderador A partir desta informação é possível avaliar a taxa de reação de amostrás posicionadas internamente no moderador cilíndrico.Example 4: Production of radioactive molybdenum in column is in the moderator Considering the target composed of a deuterized titanium tape deposited on a metallic target of titanium or copper, consisting of a 1 mm film, for example. The TiDx composition where x can assume different values depending on the temperature and concentration of deuterium in the target. For TiDx (x = 4), for example, the molecular weight will be 59.9 g / mol. With a TiDx mass density of 4.5 g.cm-3, the target is expected to have 1.81 x 1022 deuterium atoms per cm3. The dd reaction shock section is 70mb, ie 7.00 x 10 "26 cm2. And the macroscopic shock section is 0.0127 cm -1. A deuterium intensity of 1 mA.crrf2 represents 6, 24 1015 deuteriums per s cm2 The volumetric reaction rate is 7.91 x1013 n.s'1cm'3 A target surface cm2 exposes 10'4 cm3 TiDx, representing an appearance of 7.91 x109 n s '1 per cm2 of the target. A 10 cm radius, 5 cm long target, for example, is 1571 cm2. This represents a current of 1.571 A and produces an appearance of 7.91 x1012 n s'1. neutron appearance is generated as a source around the moderator From this information it is possible to evaluate the reaction rate of samples internally positioned in the cylindrical moderator.

Considerando um nuclídeo a ser transmutado em uma amostra de densidade mássica aparente de 1,0 g.cm3, sendo este de Mo 98, na forma de Mo-Zr, na concentração de 100 mg.g'1 de Mo-98. Assim, o percentual de Mo na amostra é de 10% em peso. O compósito de matriz metal-cerâmica é constituído na forma de pó de zircônio-molibdênio para ser irradiado em colunas na célula transmutadora. 30 colunas de 3 cm de diârr etro e 10 cm de comprimento terão um volume de 2 Litros, com massa de Mo-98 de 200 g, referente a uma densidade de nuclídeos de 0,000614592 átomos/b-cm. A taxa de interação representada pelo fluxo de nêutrons multiplicado pela seção de choque microscópica de Mo-98, em região central, gerada em uma esfera posicionada no moderador, foi de 0,00051925 cm'1n"1 (n = nêutron emitido pela fonte). Multiplicando este valor pela surgência de nêutrons aa fonte e pela densidade de nuclídeos no receptáculo de amostras obtêm-se 1,23 x 108 reações.s'1cm'3, o que representa 7,06 Ci.s'1, para trinta dolunas dispostas internamente no moderador. Cada coluna estará produzindo dle forma continua, em equilíbrio secular, 230 mCi de "Mo radioativo, que em condições de eluição normais produz 80% desta atividade em tecnécio radioativo, 99mTc.Considering a nuclide to be transmuted into a sample of apparent mass density of 1.0 g.cm3, which is Mo-98, in the form of Mo-Zr, at a concentration of 100 mg.g-1 of Mo-98. Thus, the percentage of Mo in the sample is 10% by weight. The metal-ceramic matrix composite is formed as zirconium molybdenum powder to be irradiated in columns in the transmutant cell. 30 columns of 3 cm in diameter and 10 cm in length will have a volume of 2 Liters, with a Mo-98 mass of 200 g, referring to a nuclide density of 0.000614592 atoms / b-cm. The interaction rate represented by neutron flux multiplied by the Mo-98 microscopic shock section in the central region generated in a sphere positioned in the moderator was 0.00051925 cm'1n "1 (n = neutron emitted by source) Multiplying this value by the appearance of neutrons at source and the density of nuclides in the sample receptacle yields 1.23 x 108 reactions.s'1cm'3, which represents 7.06 Ci.s'1, for thirty dolunas. internally arranged in the moderator Each column will be continuously producing, in secular equilibrium, 230 mCi of radioactive Mo, which under normal elution conditions produces 80% of this activity in 99mTc radioactive technetium.

Claims (3)

1) CÉLULA FUSORA, caracterizada por compreender um dispositivo constituído de um gerador de plasma contido em uma câmara de plasma (10) de geometria toroidal contendo gás ionizado de deutério, com seção transversal cilíndrica de raio interno de 2 a 50 cm e seção longitudinal com raio mediai de 5 a 200 cm, tendo parte de sua seção transversal limitada por parte de uma superfície cilíndrica, com o raio variando de 5 a 200 crjn e comprimento de 10 a 100 cm, compondo a superfície do eletrodo do plasma (13) como um segmento cilíndrico, e espessura de 0,1 a 1 cm, possuindo de 1 a 100 aberturas esféricas por centímetro quadrado de raio variando de 0,1 a 1 cm, cujas aberturas são orientadas em direção ao eletrodo do alvo (11) interno ao toróide; podendo estar seguido do eletrodo de supressão (131) e do eletrodo de confinamento (132); antena de radiofreqüência interna (176) ou externa (177); um alvo de hidreto metálico, incorporado com deutério (d) ou trítio (t), de formato de um anel cilíndrico ou de seção toroidal compondo o eletrodo do alvo (11), com raio da seção interna de 2 a 50 cm, e comprimentc de 2 a 100 cm; fluido refrigerante térmico e isolador elétrico (162), circulante atrás do eletrodo do alvo (11); o material moderador (15) de nêutrons, confinado entre o isolador elétrico (162) e os receptáculos de amostras (161), em formato de cilíndrico sólido com raio variando de 5 a 200 cm e comprimento de 10 a 300 cm; onde estão um ou mais receptáculos para amostras (161), em forme to cilíndrico com raio variando de 2 a 5 cm e espessura de 0,1 a 1 cm e comprimento de 3 a 300 cm; suporte para cabos e acessórios (163), que cobre os receptáculos de amostras (161), placa de proteção (164), e, externamente, a célula é confinada por material refletor cilíndrico anular (16); e, por blindagem cilíndrica anular (160), com tampa superior (18) composta pelo material refletor (16) e blindagem (160), onde podem estar acrescidas perfurações para inserção de amostras (17); tendo espessuras do refletor ou blindagem de 10 a 50 cm, compondo uma célula limitada por uma superfície cilíndrica, de raio de 10 a 300 cm e comprimento de 10 a 200 cm; sendo esta célula composta pelos eletrodos do alvo (11) e do plasma (13), e opcionais, construídos de peças metálicas, compondo superfícies, de cobre, alumínio, titânio, ou liga metálica destes; sendo o alvo (11) representado por uma película metálica depositada sobre o eletrodo do alvo (11), composta de hidreto metálico sendo este alvo deuterizado em uma matriz de titânio, cobre, ouro, prata, ou tungstênio; o moderador (15) constituído de material moderador de nêutrons de baixo peso atômico, como água leve (H20), água pesada (D20), grafite, polímeros de alta densidade, polímeros fluorados, polietileno, teflon, compostos de berílio, enxofre, ou misturas dos mesmos; o refletor (16) constitjído de material composto de cromo, cobre, bismuto, chumbo, carbeto de tungstênio ou ligas ou misturas dos mesmos; os isoladores elétricos (165) constituídos de material isolante elétrico, que pode recobrir a face não exposta do eletrodo do alvo, as juntas e bordas dos eletrodos, e conexões elétricas (172) do sistema de alta tensão (171) e conexões de radiofrequência e isolador (173) do sistema de radiofrequência (175), entre estes materiais condutores e outras partes do dispositivo, constituídos de material dielétrico como vidros, cerâmicas especiais e borracha; o fluído refrigerante (162) constituído de um fluido refrigerante térmico e isolante elétrico para o alvo (11), como óleo mineral ou orgânico isolante; a blindagem (160) composta de polietileno, agua, ou grafite, misturado a substâncias absorvedoras de nêutrons, como compostos de boro, lítio, cádmio ou gadolínio, e revestido com bismuto, chumbo ou carbeto de tungstênio; e válvulas (178) e o cilindro de gás (179) que preenche a câmara de plasma (10) ser gás de deutério neutro, ou enriquecido com trítio gasoso.1) FUSER CELL, characterized in that it comprises a device consisting of a plasma generator contained in a plasma chamber (10) of toroidal geometry containing ionized deuterium gas, with cylindrical cross-section of internal radius of 2 to 50 cm and longitudinal section with average radius of 5 to 200 cm, having part of its cross-section limited by a cylindrical surface, with the radius ranging from 5 to 200 cm and length of 10 to 100 cm, composing the surface of the plasma electrode (13) as a cylindrical segment, and a thickness of 0.1 to 1 cm, having from 1 to 100 spherical openings per square centimeter of radius ranging from 0.1 to 1 cm, whose openings are oriented toward the target electrode (11) internal to the toroid; may be followed by the suppression electrode (131) and the containment electrode (132); indoor (176) or outdoor (177) radio frequency antenna; a metal hydride target, incorporated with deuterium (d) or tritium (t), shaped like a cylindrical ring or toroidal section composing the target electrode (11), with an inner section radius of 2 to 50 cm, and length from 2 to 100 cm; thermal refrigerant and electrical insulator (162) circulating behind the target electrode (11); the neutron moderating material (15), confined between the electrical insulator (162) and the sample receptacles (161), in a solid cylindrical shape with a radius ranging from 5 to 200 cm and a length of 10 to 300 cm; where one or more sample receptacles (161) are of cylindrical shape with radius ranging from 2 to 5 cm and thickness from 0.1 to 1 cm and length from 3 to 300 cm; cable holder and accessories (163) covering the sample receptacles (161), protective plate (164), and externally the cell is confined by annular cylindrical reflective material (16); and by annular cylindrical shield (160) with upper cover (18) composed of reflective material (16) and shield (160), where sample insertion perforations (17) may be added; having reflector or shield thicknesses of 10 to 50 cm, forming a cell bounded by a cylindrical surface, with a radius of 10 to 300 cm and a length of 10 to 200 cm; this cell being composed of the target (11) and plasma (13) electrodes, and optional, constructed of metal parts, composing surfaces of copper, aluminum, titanium, or their alloy; the target (11) being represented by a metallic film deposited on the target electrode (11), composed of metal hydride being this target deuterized in a matrix of titanium, copper, gold, silver, or tungsten; the moderator (15) consisting of low atomic weight neutron moderating material such as light water (H20), heavy water (D20), graphite, high density polymers, fluorinated polymers, polyethylene, teflon, beryllium, sulfur compounds, or mixtures thereof; the reflector (16) consisting of material composed of chromium, copper, bismuth, lead, tungsten carbide or alloys or mixtures thereof; electrical insulators (165) consisting of electrical insulating material, which may cover the unexposed face of the target electrode, electrode joints and edges, and electrical connections (172) from the high voltage system (171) and radio frequency connections and radio frequency system isolator (175) between these conductive materials and other parts of the device consisting of dielectric material such as glass, special ceramics and rubber; refrigerant (162) consisting of a thermal and electrical insulating coolant for the target (11), such as insulating mineral or organic oil; the shield (160) composed of polyethylene, water, or graphite, mixed with neutron absorbing substances such as boron, lithium, cadmium or gadolinium, and coated with bismuth, lead or tungsten carbide; and valves (178) and the gas cylinder (179) that fills the plasma chamber (10) is neutral deuterium gas, or enriched with gaseous tritium. 2) CÉLULA FUSORA, de acordo reivindicação 1, caijacterizada pelo invólucro do moderador (15) e o receptáculos de amostras (161) poderem constituir um único elemento, de forma que os nuclídeos divo possam ser inseridos e combinados no moderador (15).FUSER CELL according to claim 1, characterized in that the moderator shell (15) and the sample receptacles (161) can be a single element, so that the divo nuclides can be inserted and combined in the moderator (15). 3) CÉLULA FUSORA, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada por se conectar a um sistema de radiofrequência (RF) (175), com conexão para radiofrequência e isolador (170), a um sistema de alta tensão (171) com conexões de alta tensão (172) de alimentação para os eletrodos, um sistema de alimentação de gás de deutério (D2) (178).FUSER CELL according to claims 1 and 2, characterized in that it is connected to a radio frequency (RF) system (175), with a radio frequency connection and isolator (170), to a high voltage system (171) with high voltage power connections (172) to the electrodes, a deuterium gas supply system (D2) (178).
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