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          Nuclear  Science  Main  Entrance           

Science  is  wonderful  thing  if  one  does  not  have  to  earn  one's  living  at  it.

(A. Einstein)



        The tremendous success of the atomic hypothesis (Dalton, 1803), in explaining both qualitatively and quantitatively the innumerable facts of chemistry, the construction of tables of atomic weights, the discovery of Avogadro's law(1811) and of Faraday's law of electrolisys(1833) all are major achievements of the first part of the nineteenth century. They made the atomic hypothesis highly plausible, and it is surprising, perhaps, that the very existence of atoms should have remained the subject of a deep skepticism lasting into the early years of the twentieth century.
        One usually thinks fo atomic energy as a very recent development, yet some of the discoveries that paved the way for modern physics were made as long ago as the 1890s. For example, the German scientist, Wilhelm Roentgen, discovered X rays in 1895 and Henri Becquerel, a French physicist, discovered radioactivity in a sample of pitchblende in 1896. The importance of these new discoveries was recognized almost immediately, and talented, dedicated scientists began to search for additional radioactive substances and to study the radiation emitted by them. Their interest was aroused because there was nothing in older physical theories that explained the energy involved in radioactivity. Two of the scientists who became interested were Pierre and Marie Curie of France. They managed to separate radium from pitchblende. This gave them a fairly intense source of radioactivity.
        These were soon followed by the introduction into physics of the idea of quanta of energy, a concept that developed in a rather roundabout way, by M. Planck, 1900. Quantum concepts, which originated in thermodynamics, were destined to dominate the entire field of the physics of small objects. Together with Einstein's special theory fo relativity, in 1905, they form the foundation on which modern physics rest.
        In the process of studying radioactive materials, scientists discovered that there were at least three different forms of radiation emanating from them. They were named alpha, beta and gamma rays. All the rays were found to be capable of darkening photographic plates inside a closed film holder. They differed, howevere, in their abilities to penetrate matter. In experiments performed in 1899 it was shown that alpha and beta rays, but not gamma rays, were deflected form a straight course when subjected to magnetic forces. This proved that alpha and beta rays were electrically charged particles. Alphas were subsequently found to be positively charged and betas to be negatively charged. The beta particles were finally identified as electrons.
        In 1909, Ernest Rutherford and other scientists showed that alpha particles were doubly charged nuclei of helium atoms, that is, helium atoms minus two electrons. Between 1908 and 1913 Rutherford and his associates carried out a classically beatiful series of experiments on the scattering of alpha particles by thin foils of different materials. He found that he could account for the experimental results by a planetary model of the atom. The atomic number Z was then interpreted as the charge of the nucleus in units of the same magnitude as the charge of the electron. Applying to this simple model the idea of the quantum, Niels Bohr, in 1913, accounted for the hydrogen spectrum with admirable precision. This discovery was the starting point for the tumultuos development of atomic physics that culminated in the late 1920s in the establishement of quantum mechanics (W. Heisenberg, M. Born, Louis de Broglie, E. Schrörendinger, Wolfgang Pauli, P.M.A. Dirac, and others).
        The neutron discovered, in 1932, in a dramatic succession of events in which W. Bothe, F. Joliot, and J. Chadwick played a vital part, is neutral and has a mass approximately equal to that of the proton.
        In 1912 cosmic rays were discovered. These are ionizing particles that impinge upon the earth's surface from high in the atmosphere. "Primary" cosmic rays are those that come into the atmosphere from outer space. They interact with gas molecules in the atmosphere to produce other particles called "secondary" cosmic rays. What finally reaches the earth's surface is a mixture of the primary and secondary rays.
        In 1934 Irene Curie (daughter of Marie and Pierre Curie) and her husband Frederic Joliot discovered thar many stable elements under the bombardment of alpha particles became radioactive isotopes of other commomly stable elements (artificial radioactivity). Soon thereafter E. Fermi, E. Amaldi, B. Pontecorvo, F. Rasetti, and E. Segrè showed that neutrons could be slowed down to thermal energies and that at low velocities they were particularly effective in disitegrating other nuclei. This discovery was followed by the fission of uranium by Otto Hahn and F. Strassmann, in 1938, a particular reaction in which neutrons split the uranium nucleus into two large fragments, with the emision of several additional neutrons. This opened the way to the liberation of nuclear energy on a large scale (Fermi, 1942) and to its practical application.
        The phenomenology of beta decay presented great puzzles, which were in part overcome by Fermi, in 1933, with the help of the neutrino hypothesis of Pauli(1930). This proved to be a great theoretical importance. It furnished the model that inspired Yukawa's theory of nuclear forces (1935). In his theory H. Yukawa postulated the existence of a particle (the meson or pion) having a mass intermediate between the mass of the electron and that of the proton.
        The Yukawa meson was ultimately found by C.M.G. Lattes, G.P.S. Occhialini, C.F. Powell, in 1947. There promply followed the discovery fo several other particles that are still only slightly understood. In 1948, C.M.G. Lattes and E. Gardner at syncro-cyclotron of California University got the production of the artificial pion.
        This extremely sketchy historical outline has touched upon only the milestones in the development of nuclear physics. All parts are deeply and vitally interrelated, and the development of highly abstracts theories is as necessary to progress as the construction of gigantic accelerating machines(accelerators ).


        In the early 1900's, radioactive particles could be obtained only from materials found in nature. The studies that physicists wanted to perform even then required both highter intensities and higher energies than were obtainable form the natural sources. The ability to vary energy and intensity to suit a particular experiment was also desirable. In addition, there was a need to know precisely the composition of the beam of particles, where the beam was hitting the target, and the spread in energy at the target. In other words, what was needed was control, which is the essence of the experimental method.
        In the 1930s, scientists began to build machines with which the needed degree of control could be achieved. These machines were called accelerators.


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Cockroft and Walton accelerator, built by John Douglas Cockroft and Ernest T. S. Walton (Nobel prizes in 1951), that accelerated protons to 700 kev.

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Van de Graaff electrostatic accelerator, proposed by Robert Van de Graaff, that accelerated protons to Mev.

Van de Graaff accelerator

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Cyclotron accelerator, invented and constructed by Ernest Orlando Lawrence.

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Betatron eletron accelerator, constructed by Donald W. Kerst at University of Illinois. It achived energies of 2.5 Mev.

University of Wisconsin Professor Donald W. Kerst, who built the first betatron, standing between his original machine (now in the Smithsonian Institution) and the University of Illinois 300 MeV betatron, the world's largest.

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Synchrocyclotron accelerator,in Berkeley.

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Proton Synchrotron, in Brookhaven.

        Over the years several types of accelerators have been constructed. Each has been designed either to solve a unique set of problems or to attack well-known problems in a unique fashion. Each machine had to be justified on two grounds: (1) the importance of the problems it was to attack, and (2) the probability of success.
        When the Bevatron at the Lawrence Radiation Laboratory was being designed, one of the questions being asked by physicists was: "Do the antiproton and antineutron exist?". One of the most impressive single experiments was the identification of the antiproton with the Bevatron (6.2 BeV) at the University of California. This identification of the antiproton convincingly established the validity of a theoretical concept dating from the 1930's, which stated that for every type of particle(such as a proton) there should be a related state in nature, the antiparticle(in this case, an antiproton).
        Originally developed as tools for frontier physics, machines commomly known as particles accelerators today are routinely applied in science, industry, medicine, environmental protection, ando other fields. While they come in a range of sizes and types, accelerators that produce relatively low energy beams have become some of the most powerful nuclear analytical tools. Among the practical applications of such low-energy accelerators are highly sensitive scientific analyses of trace elements in studies of air pollution, for example, or in health care and treatment.
        Accelerators and their products are used in almost all branches of high technology and modern medicine. Some typical applications of low-energy acceleratores - most of them being cyclotrons, electrostatic generators, and linear accelerators - are: as analytical tools, in life science and medicine, in material science, in environmental protection and in industry.
        In Japan medical applications of accelerators alone include 13 cyclotrons with PET (Positron Emission Tomography) capabilities, heavy-ion accelerators, and more than 500 linear accelerators used for therapeutic applications, mainly located at hospitals.





C y c l o t r o n   in   o p e r a t i o n

    In Rio de Janeiro at the Physics Department of the Instituto de Engenharia Nuclear a multiparticle, variable energy isochronous cyclotron(CV-28) was installed in 1974 with the purpose of research in nuclear reactions, nuclear data, radiation damage, radioisotope production, etc.

The  CV-28  cyclotron  crew  at  the  Instituto  de  Engenharia  Nuclear  soon  after  its  completion  in  1974.

Standing,  left  to  right,   Mr.Otavio,  Ms. Genice,  Ms. M. Lucia,  Physicist Clorivaldo,  Engineer Floriano,  Engineer Zagronsky,  Ms. Marlene, Chemist Gevaldo,  Physicist Telmo,  Chemist  Arthur (head of the Physics Dept.),  Mr. Valdezio,  Engineer Furlanetto   and   Physicist  Orlando. Botton,  left Mr. Helio  and  Mr.Lima.



Nuclear  Physics  at  IEN  (milestones)   (only  Portuguese  text)

A  Física  Nuclear  no  IEN (marcos)

O Instituto de Engenharia Nuclear (IEN),  um dos quatro Institutos de pesquisa,  da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN)  foi criado em 1962,  através  de  um  Convênio  firmado  entre  a  CNEN,  na  época  orgão  do  Conselho Nacional de Pesquisas (CNPq),  e  a  Universidade do Brasil (UB),  atual  Universidade  Federal do Rio de Janeiro (UFRJ),   com a finalidade de realizar  pesquisas  na  Área  Nuclear.   Nessa ocasião,  foi formalizada a cessão do  terreno  no  Campus  da  Cidade Universitária,  na Ilha do Fundão,  para a instalação do Instituto.   Ainda em 1962,  teve início a construção do  Reator  Argonauta,  pela Mecânica CBV  no Rio de Janeiro;  simultâneamente  a  CNEN  promoveu  o  aperfeiçoamento  de  profissionais,  em  laboratórios  no  exterior,  com  o  objetivo  de  compor  equipes  para  atuar  na  formação  de  Recursos  Humanos  na  Área  Nuclear.

 Em 1963,   foi  lançada  a  pedra  fundamental  do  IEN,  na   então inóspita,  Colina  da  Sapucaia,   no  extremo  sul  do Campus  da  Ilha  do  Fundão.   Alguns  grupos  dispersos  -  no  Curso de Engenharia Nuclear da UFRJ (Jonas Santos,  Aimone Camardela,  C. Seixas),  no  Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) (Hervásio G. de Carvalho,  A. Duffles,  Argus Moreira,  R. Carrilho,  Ramiro P.A. Muniz),  no Instituto Militar de Engenharia (IME) (C. Campos de Oliveira,  A.A. Quadrado,  Uriel C. Ribeiro,  Dirceu Coutinho,  E.A. Amorin,  J.F. Evangelista,  J. Jansen Laborne)  e   oficiais da Marinha (P. Henshel Martins,  Bernardino C. Pontes,  A. Didier B. Vianna),   em  laboratórios  no  exterior  -  foram  os embriões das áreas de Reatores,  Instrumentação  e  Física  do  novo  Instituto

 Em 1964,  o prédio  do  reator  Argonauta,  foi  concluído  e  iniciada  a  sua  montagem  com  a  participação  de  vários  ex-alunos  do  Curso de Engenharia  Nuclear  da  Escola  de Engenharia da UB (L.O.B. Aghina,  Ivano H. Marchesi,  J. Anchieta W. da Nobrega,  Roberto G. de Oliveira,  Lidia dos Santos,  Hugo C. Moreira,  Hilton A. Mello,  Edmond Intrator,  S.G. Mundim,  J.J .Rozental).   O  Argonauta  foi  o  primeiro  equipamento  de  porte  do  Instituto,   tendo  sido  obtida  sua  primeira  criticalidade  em  20 de fevereiro  de  1965.

A  Divisão  de  Física  Nuclear (DFN)  do  IEN, iniciou em meados de 1963 suas atividades no CBPF,  era composta  por  um pequeno  grupo  de  pesquisadores,  orientados  pelo  Professor  Hervásio G. de Carvalho,  Diretor Científico do CBPF,  realizavam  Pesquisa  em  Física  Nuclear  Experimental,  basicamente  análise e medidas  de  traços  de  partículas  ionizantes  em  emulsões  nucleares  e  em  mica.   O  primeiro  laboratório  da Física  na  Cidade  Universitária e as  Divisões de Instrumentação, e de Administração, localizavam-se  no  quinto  andar  do  bloco A  da  Escola  de  Engenharia,   hoje  parte do  Centro  de  Tecnologia,   ocupado  entre  outros  pelo  Instituto  de  Física  da  UFRJ.   A Física instalou na Capela existente no interior do túnel Santa Bárbara,  na pista de sentido Laranjeiras-Catumbi,   um laboratório para estudos de fissão espontânea,  basicamente era um local reservado para uma câmara frigorífica onde ficavam armazenadas emulsões carregadas,   a  radiação  cósmica que incide é  reduzida (existe 70 metros de rocha sobre  o  túnel).
 A partir de 1966,  o chefe da  DFN,  Arthur  G. da Silva, químico com mestrado  da Louisiana State University (LSU)  e  um grupo de quatro  físicos (Luiz  T. Auler,  Rex  N.  Alves,  Orlando  F. Lemos  Jr.  e  Maurício Grimberg),   sendo  três  ex-alunos,  do Curso  de  Pós-Graduação  em  Engenharia  Nuclear  do  IME;  apoiados  por  três  microscopistas (Genice C. do Nascimento,  Marlene G. da Costa  e  Nanci B. Faria),   um  técnico  de  eletrônica (Hélio C. de Rezende),  uma  secretária (Else J. Schumaker),    e  estágiarios  recém  graduados (Sergio. G. Mathias,  Arnaldo Soares,  Henrique Turquienickz)  com  formação  em  Engenharia  Eletrônica,   iniciavam  estudos  e  pesquisas  em  Física  Nuclear  Básica  utilizando  cristais  de NaI(Tl),   foto-multiplicadoras  e  eletrônica   associada.

Até 1966,   a  maioria  das  divisões  do Instituto,  Divisão  de  Física  Nuclear (DFN),  Divisão de Instrumentação  e  Contrôle (DIC),  e  Divisão de Administração (DA)  e  oficina mecânica,  estavam  localizadas  no prédio da  Escola de Engenharia.   Neste  ano  teve início  o  desenvolvimento  do plano  de  expansão  do  IEN  e  a  implantação de outros prédios na Colina da Sapucaia.   Outrossim,  a  Agência  Internacional  de  Energia  Atômica (AIEA),   organizou  para  técnicos   latino-americanos,   um Curso  de Instrumentação  Nuclear  no  IEN,  o curso foi ministrado em  prédio  recém  construido,   onde  hoje  está  localizada  a  Biblioteca.

Em  1967,   a Divisão  de  Física  mudou-se  para  o  primeiro  andar  do prédio  central  do  IEN,  onde  hoje  ainda  estão  localizadas  a  Biblioteca  e  a  atual Superintendência  do  IEN  e  contíguo  ao  prédio  do  reator,   onde  já  se encontravam  a  Divisão  de Reatores (DR)  e  o  seu  Serviço  de  Proteção  Radiológica (SPR).   Com a ampliação das  instalações,  a aquisição  de equipamentos  e  integração  de  outros  graduados (Rudi  G.  Roenick,   Sônia  Maria  A.  Dias)  e  cientistas  e  engenheiros  visitantes (Willy Wölfli,  Moshe Pasternak,  Didier Lesbre)  e  técnicos (Walter Almeida,  Ismar P. Alves,  Aidamo Jiquiriçá,  Murilo M. Maia),  as atividades  da  Física  tiveram  no  período  considerável  desenvolvimento,   com  a  publicação  de  diversos  trabalhos  em  revistas  nacionais  e  internacionais.

O  desenvolvimento  de  competência  de  pesquisadores,  por  ordem de ingresso na  Divisão de Física,  foi uma constante na primeira década e levou a um número considerável de profissionais especializados,  mestres  e  doutores,  com  formação no exterior:  USA (L. Telmo Auler),  França (Rex N. Alves,  Orlando F. Lemos Jr.),  Holanda (Arthur G. da Silva),  Alemanha (Rolf H. Töpke,  Gevaldo L. de Almeida).  

A  partir   de  1968,  com  a  criação  destes  cursos  de  pós-graduação  no  País,   pesquisadores  concluiram  mestrado  na  Universidade de São Paulo (USP),   COPPE   e  Pontifícia  Universidade  Católica/RJ.   Vários   bolsistas  da  CNEN,  estudantes  de  mestrado,  elaboraram teses no laboratório e alguns foram  posteriormente  contratados   e  lotados  no  então  Departamento  de  Física (DEFI).   Professores  da  COPPE,  vindos do exterior ( J.D. Rogers,  J. Palino,  A.V. Bellido Postigo,  G.W.A. Newton),  passaram  a  frequentar  as  instalações  do  Instituto  e  a  desenvolver  trabalhos  experimentais  com  seus  alunos (tesários).
 Desde  a  década  de  60,  a  Física  do  IEN  procurou  colaboração  e intercâmbio  com  Universidades   e  Instituições  congêneres  no  País  e  no  exterior.   Inicialmente com os grupos de Física Nuclear do  CBPF  e  do DESY de Hamburgo,  na Alemanha,  na área  de traços em emulsões e mica (participação de  H. G. de Carvalho,  A. G. da Silva,  R.N. Alves  e  L.T. Auler).   Um proveitoso  intercâmbio  com  o  ETH  de  Zurich,   na  Suiça (participação de L.T. Auler e R.N. Alves),  proporcionando  desenvolvimento  na  eletrônica  de  monitoração de radiações ionizantes.  

Um  profícuo  relacionamento  com  o  Instituto  de  Física da Universidade de São Paulo (IFUSP),  na área de detectores semi-condutores levou à fabricação de detectores de Ge-Li com os pesquisadores do  Laboratório do Van de Graaff (J. Nickles,  A. Lépine,  A. Quadros)   e  na  instalação do Acelerador Linear de Elétrons do IFUSP (participação  de  A. G.  da Silva,  L.T. Auler  e  O.F. Lemos  Jr.).  Pesquisadores  do IF/UFRJ (Hans E. Wolf,  Jürgen  Eichler,  Solange Barros,  Luiz Felipe V. Paiva),  CBPF (J. Danon,  H. Saitovitch),  PUC/RJ (Alceu G. de Pinho,  Enio F. da Silveira),   IRD (Evaldo S. Fonseca),  Instituto de Física da UERJ ( J.B. Martins)  e  IME (J. Jansen Laborne),   participaram  e/ou  colaboraram  em  experimentos  realizados  nos  laboratórios  do  Cíclotron.

 Na  primeira década,  foi  muito  importante  a  participação  nas  reuniões  anuais da  Sociedade  Brasileira  para  o  Progresso da Ciência (SBPC),  onde paralelamente  eram  realizadas  as Reuniões  Anuais  de  Física (participação de  H. G.  de Carvalho,  A. G.  da Silva,  L. T.  Auler,  R. N. Alves,  M. Grimberg,  O. F.  Lemos Jr.,  R H. Töpke,  S. G. Mathias)  e a partir de 1966  com a criação da Sociedade Brasileira de Física (SBF),   em Blumenau (participação de  R.N. Alves,  S.G.  Mathias  e  O.F. Lemos  Jr.),  permitindo  intercâmbio com os grupos do Instituto de Física da Universidade do Rio Grande do Sul,  em Porto Alegre (Celso Pereira,  F.C. Zawislak),   da Divisão de Física do Instituto de Energia Atômica (IEA),  em  São Paulo ( F.G. Bianchinni,  O.Y. Mafra,  M. Abreu,  R. Fulfaro,  A. Suarez,  L.A. Vinhas,  C. Rodrigues)  e  da Instituto  de  Pesquisas  Radioativas (IPR),  em  Belo  Horizonte (João Batista).

 Já  em  1966,  a  equipe  da  DFN,   participava  do  corpo  docente  de Cursos  promovidos  pela  CNEN  em  diversas  Universidades.   No Curso de Física da Escola Nacional de Filosofia (participação de A.G da Silva),  no Instituto  de  Física da Universidade do Estado da Guanabara (UEG),  atual Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) (participação de O.F. Lemos Jr),   no  Instituto  Militar  de  Engenharia (IME) (participação de R.N.Alves e L.T. Auler).    Constatava-se  também  a  necessidade  de  equipamentos  e  técnicas  mais  modernos  para  o  desenvolvimento  de  pesquisas em  Física  Nuclear.

Foram iniciados trabalhos utilizando detectores  de NaI(Tl) e de estado sólido;  fontes radioativas (padrões) fornecidas  pela  AIEA;   realizaram-se  análises de materiais irradiados no  Argonauta  e  no  Reator  IEA-1  do Instituto de Energia Atômica (IEA),  atual  Instituto  de  Pesquisas  Energéticas  e  Nucleares (IPEN);   fabricaram-se  no  IEN  os  primeiros  criostatos  e  detectores  de  GeLi,  em  colaboração  com  o  grupo  do  Van de Graaff  do IFUSP.   Mais  tarde,  técnicas de análise de detectores  plásticos  foram desenvolvidas,  para  atender  a  Área  de  Prospecção  Mineral  da  NUCLEBRÁS.
 Em  1968,   foi  elaborada   "Proposta  para  implantação  de  laboratório  do Cíclotron",   pelos  pesquisadores  A. G.  da Silva  e  R. N.  Alves.   A partir de 1970,  começaram a ser comercialmente oferecidos,  sob a  denominação de cíclotron compacto,   aceleradores  de dimensões  reduzidas,   com  grande  intensidade (corrente) de feixe  e  versatilidade de utilização.

 Em  1971,  foi  editado  "Possíveis   Aplicações  do  Cyclotron  do  IEN",   por  A.G. da Silva  e  L.T.  Auler,   com  o  objetivo  de  informar  às  diversas  categorias  de interessados no acelerador,  quanto  às  possibilidades  que  esse  tipo  de  equipamento  oferece  em  diferentes  campos  da  ciência  básica  e  da  tecnologia.   O  cíclotron  do  IEN,   pelas  suas  características  e  pelo  projeto  das  instalações  prediais  destinava-se  à  Pesquisa  Básica,   à  Aquisição  de  Dados  Nucleares   e  às  Aplicações  de  Técnicas  Nucleares.

 De  1968  a  1974,   todo  o  esforço  da equipe  da  DFN,   que  passou  a  denominar-se  Grupo  do Cíclotron (GC)  e  posteriormente  Laboratório do Cíclotron (LABCIC),   esteve  concentrado  no  ante-projeto,   projeto,   escolha  do acelerador (foram visitados vários cíclotrons na Europa,  a saber:  fábrica do cíclotron Thompson-CSF em Paris , cíclotron  da Universidade de Bonn,  cíclotron do KfA de Julich,  cíclotron  do  KfK em Karlsruhe, fábrica de cíclotrons AEG em Grosswelzheim, cíclotron Phillips da Universidade livre de Amsterdam, cíclotron do Hospital de Orsay),   treinamento  em  laboratórios  de  aceleradores   e  acompanhamento  da  implantação  do complexo do cíclotron no  IEN.

Neste  período,  houve  a transição da  CNEN  para  a  Companhia  Brasileira  de  Tecnologia  Nuclear (CBTN)   e  logo após  para   Empresas Nucleares  Brasileiras (Nuclebrás).  O IEN era um dos Institutos da Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento (DPD) da Nuclebrás.   Apesar  dessas  transições  o  Projeto  do  Cíclotron  até  foi  beneficiado,  como por exemplo,  com a colaboração  imprescindível ao IEN  pelo recém  criado  Departamento  de  Obras  da  Nuclebrás,  no desenvolvimento e fiscalização  da  construção  do  prédio  do  cíclotron.    O  decidido  apoio  do  Presidente  da  CNEN,   professor  Hervásio  G. de Carvalho,   e   do  Ministro  de  Minas  Energia,   professor  Dias  Leite,  foram  fundamentais   na   exeqüibilidade  do  Projeto.

A partir de 1973,  a realização de trabalhos,  com  menor  dependência  externa,  devida  à  implantação de um cíclotron,   tornar-se-ia  realidade.   A aquisição do acelerador,  levou  também a ampliação do quadro de pessoal do Departamento de Física (DEFI),   propiciando a contratação de Técnicos de Nível Médio,  (Valdezio  P. Dos Santos,  José Lima,  Otávio de Oliveira,  Walter N. Câmara), operadores do cíclotron dos periféricos  e  das utilidades,  e  Engenheiros ( J.A.D. Furlanetto,  R.J. Lara Guimarães).
A  atividade  principal  até  então,   Pesquisa  Fundamental  em  Física  Nuclear,   foi  acrescida  de  Reações  Nucleares   e  Aplicações  de  Técnicas   Nucleares,   como:   a  produção  de  radioisótopos  com  cíclotron,   análise  por ativação  com  partículas  carregadas,  de  estudos  de  danos  pela  radiação   e   transporte  de núcleos  de  recuo  com  jato  de  hélio.   Nesta  fase,  contou-se  com  a  participação  de  colaboradores  estrangeiros (H. Münzel,   Z. Zagromski,   Alain Vuye).   O DEFI,  era  composto  por  três divisões:   Divisão  de  Física (DIFIS),  Divisão  de  Radioisótopos (DIRAD)  e   Divisão  do  Cíclotron (DICIC).

Com a entrada em operação do acelerador um número considerável de alunos,  de cursos de pós-graduação,  passou a estagiar nos  laboratórios  do  cíclotron  e  a  preparar  teses,   experimentais,  de mestrado  e  mais  tarde de doutorado.   Assim,  a  CNEN,  pode selecionar  profissionais  graduados,  entre físicos (Clorivaldo B.L. Cruz,  J.C. Suita,  S.C. Cabral,  U.M. Vinagre  Filho,  A.M. Borges  e  G.R. dos Santos),   químicos (G.L. de Almeida,  F. Wendling,   E. Stal,  J.Q. de Britto,  Alfredo B. Bernedo,  J.A. Osso,  A.M. Braghirolli,  M.A.V Bastos  e  D.S. Chama)  e  engenheiros (M.A. Fabro),   e  contratação  de  pós-graduado  para  suporte  das atividades  experimentais,  em  Informática  e   Física  Teórica (L.J. Antunes).

 A partir de 1968,  a cooperação com a Coordenação dos Programas de Pós-Graduação  em  Engenharia (COPPE) da UFRJ,  na elaboração de teses de mestrado;  o intercâmbio  com o  Acelerador Linear de Elétrons  e o Cíclotron de Energia Variável ,  do Commissariat  d'Energie  Atomique (CEA),  em  Saclay,  na  França (participação de  R.N.  Alves  e  O.F.  Lemos  Jr.)  e  com a  Universidade  Livre  de  Amsterdam - Cíclotron (participação de A.G. da Silva) permitiu  o  desenvolvimento  de  competência  de pesquisadores  na  área  de  aceleradores,   especialmente  de  cíclotron;   o  trabalho  comum  com  o  Centro de Pesquisas   de  Julich (KfA),  na Alemanha,  principalmente na operacionalidade  do  cíclotron  CV-28,   danos  pela  radiação (participação de   J.A.D.  Furlanetto,  R.J.L. Guimarães,  J. Lima  e  N.M. Ceia);   com o Centro  de Pesquisas Nucleares de Karlsruhe (KfK),  em Física (participação de  R. H. Töpke)  e na produção  de  radioisótopos  no  Cíclotron do KfK (participação  de   G.L.  de Almeida   e  A.M.S. Braghirolli)  e  no  Centro de Pesquisas  de  Julich (participação  de  J.Q.  de Britto,   F.C.M. Teixeira  e  A.C.  e  Silva).

O cíclotron,  isócrono,  compacto,  multi-partícula e de energia variável,  modelo  CV-28,   fabricado  pela  The Cyclotron Co.,   foi  inaugurado  em  dezembro de  1974.   Vencida a fase crítica do projeto, o restante da década,  foi dedicado a testes de desempenho do acelerador,  implantação de laboratórios  e  periféricos,  obtenção de dados nucleares,  estudos para medidas de funções de excitação  e  produção de radioisótopos.   Foram também iniciados estudos de danos pela radiação,  recuperação de alvos (enriquecidos),  e desenvolvimento  de  alvos  e  porta-alvos.

 Além do suporte financeiro  da  CNEN,  responsável  também  pela  folha  de  pagamento  de  pessoal,  as  atividades  da  Física  contaram  no  período  com  o  apoio  material  e financeiro  da  AIEA,  da  Financiadora  de  Estudos  e  Projetos (FINEP),   da  Secretaria  de  Ciência  e  Tecnologia  do  Estado  da  Guanabara  e  da  Fundação de  Amparo  à  Pesquisa  do  Estado  do  Rio  de  Janeiro (FAPERJ).
No fim da década de 70,   com o retorno  do IEN  para  a  CNEN,   um novo grupo  de  pesquisadores  e  técnicos  de  nível  médio,  foi incorporado à  Física (Vilmar L. Costa,  N.M. Ceia,  M.L.B. Lemos,  A. Mansuneth R. Rodrigues).   Na  década  de  80,   iniciou-se  no  IEN  a  produção  de  radioisótopos  propriamente  dita  e  paralelamente  a  preparação  de  radiofármacos.   A colaboração de expertos estrangeiros,  da COPPE/UK  e  AIEA/Alemanha ( G.W.A. Newton,  R. Weinreich),   foi de grande relevância na  formação  de  novos  pesquisadores  e  desenvolvimento  de competência na produção  de  radioisótopos.   Em  meados  da  década,  o  iodo-123  já  era produzido  pela  reação  124Te (p, 2n) 123I,   em  caráter rotineiro  e  distribuido  regularmente  a  hospitais  no  Rio  de  Janeiro.

O  intercâmbio  com  o PTB de Braunschweig,  na Alemanha,  permitiu o treinamento  de  alguns  pesquisadores,   em  medidas  com  neutrons  rápidos (participação de  L.J. Antunes,  L.T.  Auler,  J.C. Suita  e  S.C. Cabral).  Foi possível  a formação  de  pessoal  na  Universidade  de  Munich (participação de A.M.  Borges);   e no  Cíclotron do Laboratório  Nacional de Brookhaven (participação  M.A.V. Bastos).   A  cooperação  com  a  Universidade  de  Manchester,   em radioisótopos produzidos com cíclotron (participação de J.A Osso),   foram  todos  de  grande  valia  para  as  atividades  em  exercício  no  País.

Na década de 80,  foi  formado  grupo (Z.C. Gonçalves,  A. Storino,  G.R. dos Santos  e  W. Arraes) dedicado a Estudos de Danos pela Radiação,  desenvolvendo no DEFI  trabalhos  em  cooperação  com  laboratórios  do  IPEN  e  da  Alemanha,   entretanto  dificuldades  de ordem material  e  exodo  de  pessoal  levaram  à  sua desativação.   De 1985  a  86,   foram  contratados para o DEFI,  um farmacéutico ( Luiz C.M. Aleixo),  para  atuar  no  contrôle  de  qualidade  do  radiofármacos  produzidos  com o cíclotron,  e  também  técnicos  de  nível  médio (Mário L. de S. Serra,  Márcio C. de Rezende,  Renato G. Silva,  Hasenclever C. de Souza  e  Márcio M. Pureza).  

Em 1987,  dois  pesquisadores  da  Universidade  do  Colorado (D. Lind,  J.R.  Peterson),  colaboraram  em  trabalhos  com  a  equipe  do  DEFI  e  implantaram  dispositivo  para  medidas  de  energia  do  feixe  do  cíclotron.  De 1988 a 1990,  foi desenvolvido o Projeto de um Separador EletroMagnetico - SEM, a ser implantado no IEN e que destinava-se ao enriquecimento de materiais, necessários a nacionalização de alvos para radioisótopos / radiofármacos  produzidos em cíclotron.  Embora  aprovado  no  Congresso  Nacional  e  com  orçamento  e  financiamento consolidado,  o  projeto  do  SEM  foi  abortado.

Em 1990, o novo governo  implantou  uma nova  estrutura organizacional da CNEN,   alguns laboratórios e pesquisadores,  foram redistribuidos entre os diversos  Departamentos,  Diretorias  e  Institutos.   Assim,  o Laboratório de Detectores (LADET),   originário   do   Instituto  de  Radioproteção   e  Dosimetria (IRD),    foi incorporado   à   nova    Coordenadoria   de   Desenvolvimento   Científico (CDEC)  -  leia-se Física  -  do IEN.   A  equipe  do  LADET (Danilo L. Teixeira,  Tânia S. Cabral,  Domingos O. Cardoso,  André P. Szabo,  Enneite S. Pereira,  Geraldo A. Pedrosa),  com competência adquirida no desenvolvimento e manutenção de detectores  gasosos,  detectores  semicondutores  e  cintiladores,   principalmente  os  de  maior  aplicação  na  área  médica,   foi  instalada   no  prédio  do  reator  e  subordinada  à  Supervisão  de  Física  Nuclear (SUFIN).
 Na  década  de  90,  o gálio-67,  teve  também  sua  produção  estabelecida,  via reação  68Sn (p, 2n) 67Ga.   Foram mantidos contatos com o Kernforschungszentrum  Karlsruhe (KfK),  da  Alemanha  e  com  a  AIEA,   visando  a  transferência de tecnologia,  para a produção do  iodo-123,  via xenônio,  utilisando  o Karlsruhe Iodine Production System (KIPROS).    Foi  apresentado  em  1993,   à  Fundação Banco do Brasil,  o pedido de financiamento  "Pesquisa  e  Desenvolvimento  de  Radiofármacos  para  Diagnóstico  Médico",   para  implantação  no  País  do  sistema   KIPROS;  entretanto sem o empenho da Direção do IEN  o  projeto não chegou a candidatar-se como prioritário.

No final de 1995,  um concurso público realizado pela CNEN,  permitiu  o  ingresso  de   novos  técnicos de nível médio (Ana P. V. Da Silva,  André M. Trugilho,  Marcelo J. Franceschin  e  Alex da S. Lima) aos laboratórios do cíclotron.    A  partir  de setembro  de 1996,  os registros mostram  que  o cíclotron  passou a operar como acelerador  mono-partícula  e  mono-energético (prótons,   24 MeV).   A  atual  Coordenadoria de Física (CFIS),   coordena  as  atividades  de  três  supervisões,  Supervisão de Física Nuclear (SUFIN),  Supervisão do Cíclotron (SUCIC)   e   Supervisão  de  Radioisótopos (SURAD).

 Em 1997,  as  instalações  prediais   da  CFIS  no  complexo  do  cíclotron  e  as  utilidades,   sofreram  reformas  importantes  que  permitiram  a  implantacão  do  sistema  KIPROS   no   IEN, e  ampliação do Laboratório  de  Química  Quente  para  fracionamento  de iodo-131.   Simultâneametne, um grupo engajado na produção de radioisótopos (Ana M. S. Braghirolli,  Álvaro S. F. de Souza  e André M. Trugilho),  foi treinado  nas  instalações  de  produção  de  iodo-123,   no  cíclotron  de Karslruhe.   Em  1998,   foi  iniciada  no  IEN,  a  produção  rotineira,  do  iodo-123  ultra-puro.   Ainda  neste  ano,   foram  transferidos  para  a  SUFIN,   dois  pesquisadores (Luis E.B. Brandão  e  Lidia V. de Sá),  com  experiência  de  aplicações  industriais  de  radio-traçadores.

A partir de 1998,  o projeto de um Centro PET  no IEN passou a tomar corpo e tiveram início contatos com fabricantes de cíclotrons (específicos para PET)   e  módulos  para  processamento  de  radiofármacos.
Em 2000, foi encomendado a CTI, um cíclotron especifico para PET, o modelo RDS-111. Em 2001, desenvolveu-se  o ante-projeto civil (cerca de 2000 m2) o Centro PET.   Devido a restrições orçamentárias foi licitado um prédio de 300 m2 para abrigar o novo cíclotron (anexo ao do ciclotron CV-28), que entrou em operação em 2002.

Nos primeiros anos do Século XXI,  todos os esforços tem sido dirigidos para a produção  regular,  com os dois ciclotrons,  de radiofármacos (FDG e Iodo).

Atualizado em Dezembro de 2006


The  RDS-111 cyclotron  at  the  Instituto de Engenharia Nuclear

soon  after  its  completion  in  2002.

RDS-111 cyclotron (extractor)


RDS-111  &  CV-28  cyclotrons  building

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