estudio, desarrollo y caracterización de un sistema dosimétrico por medio de análisis óptico

Estudio, desarrollo y caracterización de un

sistema dosimétrico por medio de análisis óptico

Trabajo Especial de Licenciatura en FísicaEstudiante: Pedro Antonio Pérez

Director: Dr. Mauro Valente

Facultad de Matemática, Astronomía y Física Universidad Nacional de Córdoba

Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

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Introducción Dosimetría:

Dosis absorvida. Dosímetro. Dosímetro químico de Fricke.

Objetivos


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Introducción

Dosimetría: Estudio de metodologías, técnicas y dispositivos

capaces de cuantificar cambios en la materia producidos por la radiación ionizante.

Estudio de distribuciones de energía depositada por radiación.

Aplicaciones clínicas:

Diagnóstico

Terapia


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Introducción - DosimetríaDosis absorbida:

Cantidad de relevancia de sentido estrictamente físico.

Energía depositada en el material irradiado por la radiación incidente.

Dosímetro: Cualquier dispositivo capaz de proveer una lectura de

la dosis absorbida en un volumen V por radiación ionizante.

La interpretación de su lectura constituye el es la cuestión central de la dosimetría.


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Introducción - DosimetríaDosímetro químico de Fricke:

Los dosímetros químicos utilizan un cambio químico en la materia producido por la radiación ionizante, para cuantificar la dosis.

Dosímetro de Fricke: cambio en la concentración de iones férricos en una concentración.

Se puede cuantificar mediante medición por relajación o por medio de análisis óptico.

Análisis óptico: el cambio en la concentración del Fe+3 exhibe un máximo de absorción en 294nm (ultravioleta).

Fricke dopado con Xylenol Orange: máximo de absorción en 585nm (visible).

Para obtener una resolución espacial se introduce la solución en una matriz de gel.


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Introducción

Objetivos Establecer un método de medición que permita un

análisis óptico dinámico y de fácil acceso, capaz de cuantificar cambios en la materia por incidencia de radiación ionizante, utilizando dosímetros de gel Fricke dopados con marcadores.

Llevar al límite de precariedad los métodos y materiales utilizados. No utilizar espectrofotómetro ni CCD de alta precisión.

Calibrar la tasa de dosis de un tubo de rayos X convencional.


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Marco TeóricoInteracción de la radiación con la materia

Radioquímica

Fundamentos de dosimetría. Unidades

Ecuación de Transporte de la Radiación y ecuación de Lambert-Beer

Cambio de Densidad Óptica por absorción


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Marco Teórico

Interacción de la radiación con la materia

Para irradiar un material con rayos X se utiliza un tubo de rayos X, se hace incidir electrones sobre un blanco (de Mo, Cu, W, etc) que producen fotones característicos y/o Bremsstrahlung que conforman un espectro con el que se irradia el material deseado.

La interacción de fotones con la materia se puede dar por dispersión Rayleigh (elástica), Compton (ionizante) o efecto fotoeléctrico (extraer electrones).

La interacción de electrones con la materia puede ser elástica o inelástica. Un fenómeno particular de interacción inelástica es el efecto de Bremsstrahlung (interacción con el campo coulombiano del núcleo y desaceleración)


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Marco Teórico

Radioquímica Solución base del dosímetro de gel Fricke: agua ultra

pura, ácido y óxido ferroso. Incorporada en una matriz de gel obtiene consistencia. Con marcador Xylenol Orange tiene máximo de absorción en el visible.

Radiólisis: propiedad por la cual la molécula de H2O es disociada generando un átomo de H y un radical OH. La radiación entrega energía suficiente para romper la ligadura del O con un H.

Por radiación, la molécula sufre ionización, excitación o transferencia térmica (rotación, vibración, etc.)


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Marco Teórico - RadioquímicaIonización: H2O ⇒ H2O+ + e- (1)Excitación: H2O ⇒ H2O* (2)Reacciones secundarias:

H2O* ⇒ H + OH (3)H2O - ⇒ H + + OH (4)Y los radicales pueden recombinarse:

H + H ⇒ H2 (5)OH + OH ⇒ H2O2 (6)Peróxido de hidrógeno:

H + O2 ⇒ HO2 (7)


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Marco Teórico - RadioquímicaVarias reacciones subsiguientes permiten la conversión de iones

ferrosos en férricos:

Fe+2 + OH ⇒ Fe+3 + OH- (8) Fe+2 + HO2 ⇒ Fe+3 + H O2- (9) Fe+2 + H2O2 ⇒ Fe+3 + OH + OH (10)La cantidad de Fe+3 producida depende de la energía

absorbida por la solución.

El cambio en la concentración está relacionado con la Dosis por medio de la relación:

(11)


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Marco Teórico

Fundamentos de dosimetría. Unidades

Exposición (X):

(12)Kerma (K): (13)Dosis (D): (14)


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Marco Teórico

De la RTE a la ec. de L-B

RTE: (15)Onda plana y haz paralelo:

(16)Fig. 1


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Marco Teórico – De la RTE a la ec de L-B

Haz paralelo y en el centro óptico del detector como en las Fig. 1 y 2

(17)

Fig. 2


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Marco Teórico – De la RTE a la ec de L-B

En conclusión, para casos estacionarios:

(17)Por lo tanto, en primera aproximación independiente del

tiempo, de la RTE resulta la ecuación diferencial:

(18)Cuya solución se conoce como ec. de Lambert-Beer:

(19)


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Marco Teórico

Cambio de Densidad Óptica por absorciónResolviendo la ec. de L-B se obtiene: (20)Por otro lado, la ley de absorción de luz está determinada por: (21)Y como z≈̴ cd, entonces el camino óptico cambia con la absorción y

se obtiene: (22)Y el cambio en la Densidad Óptica (ΔOD) se define por:

(23)


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Métodos y materiales

Elaboración de los dosímetros

Set Up experimental

Software utilizado

Fuentes de radiación


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“Cuanto de subversivo vive en una sonrisa que no quiere comprar…”

Silvio Rodriguez

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