Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / 90Y (T1/2 = 2,67 dias; Eβmáx = 2,28 MeV) é um radionuclídeo com eficácia estabelecida para diversas terapias de câncer, marcando biomoléculas e no tratamento da radiosinovectomia. Devido às suas propriedades nucleares, é obtido através do decaimento do 90Sr (T1/2 = 28 anos), na forma de um gerador. Vários tipos de geradores de 90Sr/90Y foram desenvolvidos, e os mais empregados são os que usam resinas de troca catiônica, onde Sr e Y são adsorvidos e 90Y é seletivamente eluído com acetato ou EDTA. A desvantagem deste tipo de gerador é a radiólise, que degrada o seu uso. O gerador eletroquímico é uma solução proposta devido ao fato de não haver efeitos significativos da radiação sobre o próprio gerador. Neste conceito, a diferença entre os potenciais eletroquímicos dos elementos Y e Sr é utilizada para se obter uma rápida separação do 90Y do 90Sr. A produção de 90Y via formação de colóides é o método mais simples para a separação, baseando-se na formação de colóides de Y em pH altamente alcalino, podendo ser filtrado e separado do Sr, sendo posteriormente dissolvido em HCl. O objetivo deste trabalho consistiu no desenvolvimento de tecnologias para o preparo de geradores de 90Sr/90Y, onde foram desenvolvidos três tecnologias, a saber: geradores do tipo coluna utilizando resinas catiônicas, geradores via formação de colóides e geradores eletroquímicos. Foram também avaliadas metodologias para o controle de qualidade radionuclídico do 90Y dos geradores desenvolvidos: cintilação líquida, identidade radionuclídica, cromatografia por extração em papel (EPC) utilizando complexantes para 90Y e técnica por Espectrometria de Emissão Ótica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICPOES). Os resultados mostraram que os geradores utilizando resinas catiônicas obtiveram os melhores resultados em relação ao rendimento e eficiência (~ 83%) de eluição, reprodutibilidade e a pureza radionuclídica. O gerador eletroquímico mostrou um potencial para o desenvolvimento, tendo a vantagem de não sofrer os efeitos da radiólise do par 90Sr/90Y, como acontece com a resina. Das metodologias de controle qualidade radionuclídica estudadas, uma comparação e avaliação mostrou que a EPC é muito sensível e permite a avaliação praticamente instantânea da qualidade do 90Y eluído dos geradores. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O 68Ga é um radionuclídeo promissor para a medicina nuclear, decaindo por emissão de pósitrons com abundância de 89%, apresentando tempo de meia vida física de 68 minutos, o que é compatível com a farmacocinética de muitas biomoléculas e substratos de baixo peso molecular. Outra característica importante é a sua disponibilidade por um sistema de gerador, onde o radionuclídeo pai, 68Ge (t1/2 = 270,95 dias) é adsorvido em uma coluna e o filho, 68Ga, é eluído na forma iônica 68Ga3+. O desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga teve início na década dos anos 60, mas o seu uso clínico começou a ser aceitável e relevante apenas recentemente. O método de separação do 68Ge do 68Ga mais utilizado é o sistema cromatográfico de troca iônica, devido sua praticidade de operação, mas outros sistemas de geradores já foram propostos, como de extração por solvente e técnica de evaporação. Atualmente, os geradores de 68Ge/68Ga são disponíveis comercialmente tanto com colunas utilizando matrizes inorgânicas preparadas com TiO2 ou SnO2 como também usando resina orgânica. A eficiência de eluição do 68Ga varia de 70 % a 80 %, apresentando uma queda ao longo do tempo. Os níveis de contaminação do 68Ge vão de 10-2 a 10-3 %, porém ocorre um aumento nos níveis de contaminação após longos períodos de uso. Mesmo com todos os avanços tecnológicos, ocorridos nas últimas décadas, no desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga, o eluato de 68Ga dos geradores comerciais ainda não é adequado para uso direto em seres humanos e algumas melhorias nos sistemas precisam ser feitas para diminuir os níveis de contaminação de 68Ge e impurezas químicas. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema de gerador de 68Ge/68Ga com o qual se pudesse eluir o 68Ga com qualidade necessária para uso clínico. O comportamento químico do Ge e do Ga foi avaliado em vários materiais adsorvedores inorgânicos. Foram desenvolvidos dois tipos de sistemas de geradores de 68Ge/68Ga utilizando o TiO2 como material adsorvedor: sistema de eluição com pressão manual e sistema de eluição a vácuo, controlado. As eficiências dos geradores foram similares às encontradas nos geradores comerciais, assim como os níveis de impurezas no eluato. Um novo método para o controle radionuclídico foi desenvolvido e apresentou resultados satisfatórios para determinação da contaminação do 68Ge no eluato do gerador. Foi proposto um protótipo de gerador capaz de fornecer 68Ga com a qualidade necessária para ser utilizado em aplicações médicas. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho apresenta o levantamento de parâmetros para implementação adequada e segura de pisos, portas, janelas, bancadas, capelas entre outros, de um laboratório radioquímico. A disposição de cada item segue orientações de guias, normas nacionais da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) e internacional da Agencia Internacional de Energia Atômica (IAEA), com objetivo de garantir a proteção radiológica do trabalhador e do ambiente. A disposição adequada dos itens do laboratório radioquímico, garante a qualidade e segurança na produção de fontes radioativas seladas de 57Co 137Cs e 133Ba com atividades 185, 9.3 e 5.4 MBq respectivamente. Estas fontes são utilizadas na verificação de medidores de atividade, equipamento que todo Centro de Medicina Nuclear deve ter disponível segundo recomendações da norma CNEN-NN-3.05 Requisitos de Radioproteção e Segurança para Serviços de Medicina Nuclear para verificação da atividade de radiofármacos que serão administrados nos pacientes para fins de diagnóstico e terapia. Um medidor de atividade fora adquirido pelo laboratório de produção de fontes, com o qual foram realizados os testes de precisão, exatidão, reprodutibilidade e linearidade, que devem apresentar resultados dentro dos limites estabelecidos na norma CNEN-NN-3.05. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-12-22T13:06:17Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-12-22T13:06:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No Brasil, o câncer de próstata é um dos tipos de câncer que mais afeta a população masculina, sendo o segundo mais incidente, ficando atrás apenas do câncer de pele não melanoma que é o mais ocorrente na população. Existem vários procedimentos para o tratamento do câncer de próstata, dentre eles temos a braquiterapia com sementes de Iodo- 125, este método é realizado inserindo sementes com Iodo radioativo na próstata do paciente. As sementes são constituídas de uma capsula de titânio medindo 0,8 mm de diâmetro por 4,5 mm de comprimento com um fio de prata medindo 0,5 mm de diâmetro por 3,0 mm de comprimento, adsorvido com Iodo-125, que é selado por meio de solda laser. As tecnologias usadas nos processos de produção de sementes de Iodo-125 são protegidas por patentes e a obtenção dos direitos de produção apresenta um custo elevado, inviabilizando a sua produção por esses processos devidos aos custos. O objetivo deste trabalho é desenvolver o projeto de um dispositivo para a contagem dos tubos de titânio e dos fios de prata usados na confecção das sementes de Iodo-125, este objetivo foi atingido estabelecendo uma metodologia para o posicionamento dos fios de prata e sua condução para o processo de contagem. Para tanto, foi projetado, construído e utilizado um novo dispositivo que se encontra hoje totalmente operacional. Foram utilizados motores de passo e sensores óticos para auxiliar no processo de automação do conjunto. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-12-22T16:27:41Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-12-22T16:27:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os métodos para o diagnóstico clínico de câncer de próstata incluem o toque retal e a dosagem do antígeno prostático específico (PSA). Entretanto, o nível de PSA encontra-se elevado em cerca de 20 a 30% dos casos relacionados a patologias benignas, o que resulta em falsos positivos e leva os pacientes a realização de biópsias desnecessárias. O antígeno de membrana prostático específico (PSMA), ao contrário, é sobre expresso no câncer de próstata e encontrado em baixos níveis em órgãos saudáveis. Em razão disso, estimulou-se o desenvolvimento de pequenas moléculas inibidoras do receptor de PSMA, que carreguem agentes de imagem ao tumor e que não sejam prejudicadas pela microvasculatura deste. Estudos recentes sugerem que o quelante HBED-CC contribui intrinsicamente para a ligação do peptídeo inibidor de PSMA baseado em ureia (Glu-ureia-Lys) ao grupo farmacofórico. Este trabalho descreve os estudos de otimização das condições de radiomarcação do PSMA-HBED-CC com 68Ga, utilizando sistema automatizado (módulo de síntese) e método não automatizado, buscando estabelecer uma condição adequada de preparação deste novo radiofármaco, com ênfase no rendimento da marcação e na pureza radioquímica do produto. Também objetivou avaliar a estabilidade do peptídeo radiomarcado em condições de transporte e estudar a distribuição biológica do radiofármaco em camundongos sadios. O estudo dos parâmetros de radiomarcação possibilitou definir um método não automatizado que resultou em alta pureza radioquímica (> 95%), sem a necessidade de purificação do radiomarcado. Já o método de marcação automatizado foi adaptado para utilizar módulo de síntese e software já disponíveis no IPEN, e também resultou em rendimento de síntese elevado (≥ 90%) e superior aos descritos em literatura, com a vantagem associada de maior controle do processo produtivo em atendimento aos requisitos de Boas Práticas de Fabricação. O estudo dos parâmetros de radiomarcação permitiu a obtenção do PSMA-HBED-CC-68Ga com atividade específica superior à utilizada em estudos clínicos publicados (≥ 140,0 GBq/μmol), com estabilidade suficientemente longa, que permitirá o transporte às clínicas para aplicação na obtenção de imagens diagnósticas. Os perfis de biodistribuição e farmacocinético do peptídeo radiomarcado foram compatíveis com os encontrados na literatura. Conclui-se que o PSMA-HBED-CC-68Ga, é uma importante ferramenta de diagnóstico do câncer de próstata por imagem PET, pode ser produzido tanto por método automatizado ou não automatizado, com alta pureza radioquímica, alto rendimento de síntese e estabilidade do radiofármaco. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

INTRODUÇÃO: Os rins são alvos de diversas patologias que comprometem o seu funcionamento em graus variáveis, e em muitos casos, a nefrectomia é o melhor tratamento disponível. Atualmente existe um grande interesse na literatura no intuito de tentar prever como será a evolução da função renal do paciente após uma nefrectomia. Alguns estudos retrospectivos propuseram métodos para esta estimativa, no entanto, suas metodologias possuem falhas e seus resultados são contraditórios. OBJETIVOS: Avaliar de maneira prospectiva os fatores prognósticos préoperatórios associados a evolução da função renal seis meses após nefrectomias unilaterais utilizando para esta análise, um método radioisotópico de referência (51Cr- EDTA). Em seguida, elaborar um modelo matemático com o objetivo de predizer o ritmo de filtração glomerular (RFG) pós-operatório. Além disso, avaliar qual das equações mais usadas para estimativa do RFG por meio da creatinina sérica (Cockcroft-Gault, MDRD e CKD-EPI) tem melhor concordância com o 51Cr-EDTA. MÉTODOS: Este é um estudo prospectivo onde foram coletados dados demográficos, clínicos, laboratoriais e radiológicos pré-operatórios e seis meses após a nefrectomia, incluindo variáveis pouco ou nunca antes estudadas como a função renal diferencial na cintilografia com DMSA e o RFG mensurado por meio de estudo radioisotópico (51Cr-EDTA). Análises univariadas e multivariadas foram realizadas para identificar possíveis fatores de risco independentes para a piora da função renal. Essas variáveis foram então utilizadas na elaboração de um modelo matemático cujo objetivo foi estimar a função renal pós-operatória dos pacientes, utilizando para isso, apenas variáveis pré-operatórias. Por meio de estudos de correlação, os valores do RFG estimados pelas equações que utilizam a creatinina sérica foram comparados aos valores mensurados por meio do 51Cr-EDTA para avaliar qual tinha melhor concordância com o método padrão-ouro. RESULTADOS: De Abril de 2014 a Janeiro de 2018, 107 pacientes foram incluídos e completaram o protocolo de pesquisa. Doenças benignas foram responsáveis pela indicação da nefrectomia em 63,6% dos casos. Na análise univariada, diversas variáveis foram identificadas como possíveis fatores associados à evolução da função renal: idade, HAS, DM, DLP, DMSA e 51Cr-EDTA pré-operatórios. Entretanto, a análise multivariada demonstrou que a idade avançada (p=0,008), uma função relativa alta no DMSA do rim retirado (p < 0,001) e um valor de 51Cr-EDTA pré-operatório reduzido (p < 0,001) foram as variáveis que mantiveram significância e portanto foram consideradas fatores de risco independentes. A partir destas variáveis, elaborou-se um modelo matemático para estimativa do RFG pós-operatório (51Cr-EDTA pós-operatório = 37,9 - (0,29 x Idade) - (0,42 x DMSA RA) + (0,67 x 51Cr-EDTA pré-operatório). Por meio de análises de correlações, demonstrou-se que os valores do RFG obtidos por meio da equação CKD-EPI apresentavam melhor concordância com os valores mensurados com o 51Cr-EDTA. CONCLUSÕES: O presente protocolo de pesquisa demonstrou que a idade, o DMSA e o 51Cr-EDTA pré-operatórios estão significativamente associados à evolução da função renal após nefrectomias unilaterais e possibilitou a construção de um modelo para predizer o RFG pós-operatório. Também demonstrou que a equação CKD-EPI apresenta melhor concordância com o método considerado padrão-ouro para medida do RFG nesta população de pacientes / INTRODUCTION: The kidneys can be affected by pathologies that compromise their function in several degrees and unilateral nephrectomy is the best treatment option in many cases. However, there are still controversies about the renal function outcomes after nephrectomies and there are few retrospective studies that proposed models to estimate the postoperative glomerular filtration rate (GFR) after surgery. Moreover, they have methodological flaws and contradictory results. OBJECTIVES: To prospectively evaluate preoperative prognostic factors associated to renal function outcomes six months after unilateral nephrectomies with a gold-standard isotopic technique (51Cr-EDTA). To formulate a model for estimate the postoperative GFR. And to evaluate which equation for GFR estimation using serum creatinine has the best concordance to the 51Cr-EDTA. METHODS: Preoperative variables were prospectively collected and included: demographics, clinical, laboratorial and imaging studies. Univariate and multivariate analyses were done to identify the independent risk factors associated to renal function outcomes. These variables were used to create a model in order to predict the postoperative GFR. Correlation analyses were performed to evaluate which equation for GFR estimation using serum creatinine has the best concordance to the gold-standard isotope technique. RESULTS: One hundred and seven patients were enrolled and completed the study protocol from April 2014 to January 2018. Nephrectomy was performed for a benign disease in 63,2% of patients. After univariate and multivariate analyses, older age (p=0,008), higher split function of the affected kidney in DMSA scintigraphy (p < 0,001) and lower values of preoperative 51Cr-EDTA (p < 0,001) were identify as independent risk factors for postoperative GFR worsening. Using these variables, a mathematical model was elaborated to predict the postoperative GFR (postoperative 51Cr-EDTA = 37.9 - (0.29 x Age) - (0.42 x DMSA) + (0.67 x preoperative 51Cr-EDTA). Correlation analyses showed that GFR estimated by CKD-EPI equation has the best concordance to GFR measured by 51Cr-EDTA. CONCLUSIONS: The present study protocol demonstrated that age, DMSA and preoperative 51Cr-EDTA are significantly associated to postoperative renal function outcomes after unilateral nephrectomies and permitted the elaboration of a model to predict the postoperative GFR. Also demonstrated that CKD-EPI equation has the best concordance to the gold-standard technique for GFR measurement

Stirling engines are promising candidates for applications where air breathing engines cannot be used. Self contained engines capable of operating independently of the environment are required to convert thermal energy into electric power, or to perform other necessary functions. These are ideally suited for power generation onboard spacecrafts with radioisotope heat source. These engines can power interplanetary missions to Mars and beyond. The problem of parametric analysis, sensitivity and numerical optimization of Stirling cycle engine is discussed and applied to a specific example of a 2kWe free piston Stirling engine. Stirling cycle simulation programs are generated with emphasis and adaptations peculiar to free piston design for space use. Design algorithms are generated in MatLab and optimization toolbox is used for the parametric analysis adopted in this thesis. A free piston beta Stirling engine with a linear alternator configuration has been studied for the interdependency and performance effects of various important operational parameters. The analysis has been carried out in order to optimize the primary parameters, weight vis a vis envelope (length and diameter) and stroke of the engine, to make it suitable for space use. The major cycle parameters considered are operating pressure, linear speed, dead space ratio and swept volume ratio, classified as secondary parameters. The whole analysis has been carried out at a cycle temperature ratio of 0.4 for a heat source temperature of 873 K, typical of a radioisotope heat source. The optimization is carried out for the defined design requirements viz. envelope of 50 × 50 cm , stroke of less than 10 cm, and heat source temperature of 873 K. The process of parametric optimization of the primary parameters viz engine envelope and stroke are carried out with respect to the secondary parameters. Iterations are carried out on the design programs in MatLab. The results indicate that the three primary parameters have a different set each, of the secondary parameter values when optimized to the design requirement. The fmincon solver of MatLab in the optimization tool box is selected in order to validate the optimization results. The solver is used to find a minimum of a constrained nonlinear multivariable function defining the primary parameters. The results obtained concur with the optimization results generated by the design algorithm. Further, the interdependency amongst the primary and secondary parameters is studied by generating MatLab plots for all possible combinations among the various parameters. The effect of variations in the pressure and linear speed on the system envelope and stroke are more pronounced at lower range values of the pressure and speed and the variations of the primary parameter values are constant at higher ranges. The effect of dead space ratio and swept volume ratio (>1.0) is not pronounced. The requirements in the environment of space place a number of constraints upon a Stirling engine/alternator design that are not present in terrestrial applications. High specific power is achieved by designing the engine for higher pressure and frequency operation than a terrestrial Stirling engine, and by using light weight materials where appropriate. Cylinder is the heart of the engine and it forms a major proportion of the total system mass. Mass and heat loss estimates and analysis have been carried out on the cylinder for various materials of construction. Based on the analysis feasibility exists for a Cu-Ni combination. The system would have a mass of 7kg with a specific power estimate of 0.28kW/kg and a conduction heat loss to mass ratio of 159W/kg. The system obtained by numerical analysis is modeled in system simulation software SIMULATIONX. The simulation of the system is studied and a sensitivity analysis performed in order to assess the parametric interdependency of the whole free piston Stirling engine system. The system sensitivity to piston and displacer mass is studied using the simulation model. Sensitivity results indicate that there is a range of mass values within which the system is operational, mass values outside the range makes the system non-functional. Also the range is a function of various parameters and detailed analysis is required in this direction in order to further optimize all the functional parameters. Engineering approximation is carried out using the curve fitting toolbox in MatLab to generate design equations in order to provide preliminary design data for the designer, further a scaling study is carried out at various power levels in order to assess the sensitivity of system geometry at various power levels.

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The betavoltaic battery is a type of micro nuclear battery that harvests beta emitting radioactive decay energy using semiconductors. The literature results suggest that a better model is needed to design a betavoltaic battery. This dissertation creates a comprehensive model that includes all of the important factors that impact betavoltaic battery output and efficiency. Recent advancements in micro electro mechanical systems (MEMS) necessitate an onboard miniaturized power source. As these devices are highly functional, longevity of the power source is also preferred. Betavoltaic batteries are a very promising power source that can fulfill these requirements. They can be miniaturized to the size of a human hair. On the other hand, miniaturization of chemical batteries is restricted by low energy density. That is why betavoltaics are a viable option as a power source for sophisticated MEMS devices. They can also be used for implantable medical devices such as pacemakers; for remote applications such as spacecraft, undersea exploration, polar regions, mountains; military equipment; for sensor networks for environmental monitoring; and for sensors embedded in bridges due to their high energy density and long lifetime (up to 100 years). A betavoltaic battery simulation model was developed using Monte Carlo particle transport codes such as MCNP and PENELOPE whereas many researchers used simple empirical equations. These particle transport codes consider the comprehensive physics theory for electron transport in materials. They are used to estimate the energy deposition and the penetration depth of beta particles in the semiconductors. A full energy spectrum was used in the model to take into account the actual radioactive decay energy of the beta particles. These results were compared to the traditional betavoltaic battery design method of estimating energy deposition and penetration depth using monoenergetic beta average energy. Significant differences in results were observed that have a major impact on betavoltaic battery design. Furthermore, the angular distribution of the beta particles was incorporated in the model in order to take into account the effect of isotropic emission of beta decay. The backscattering of beta particles and loss of energy with angular dependence were analyzed. Then, the drift-diffusion semiconductor model was applied in order to estimate the power outputs for the battery, whereas many researchers used the simple collection probability model neglecting many design parameters. The results showed that an optimum junction depth can maximize the power output. The short circuit current and open circuit voltage of the battery varied with the semiconductor junction depth, angular distribution, and different activities. However, the analysis showed that the analytical results overpredicted the experimental results when self-absorption was not considered. Therefore, the percentage of self-absorption and the source thickness were estimated using a radioisotope source model. It was then validated with the thickness calculated from the specific activity of the radioisotope. As a result, the battery model was improved significantly. Furthermore, different tritiated metal sources were analyzed and the beta fluxes were compared. The optimum source thicknesses were designed to increase the source efficiencies. Both narrow and wide band gap semiconductors for beryllium tritide were analyzed. / PHD

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP