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

1. Estudio, desarrollo y caracterización de un sistema dosimétrico por medio de análisis óptico Trabajo Especial de Licenciatura en Física Estudiante: Pedro Antonio Pérez Director: Dr. Mauro Valente Facultad de Matemática, Astronomía y Física Universidad Nacional de Córdoba

2. Introducción • Dosimetría: • Dosis absorvida. Dosímetro. Dosímetro químico de Fricke. • Objetivos Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

3. 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 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

4. Introducción - Dosimetría • Dosis 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. Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

5. Introducción - Dosimetría • Dosímetro 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. Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

6. 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. Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

7. Marco Teórico • Interacción 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 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

8. 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) Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

9. 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.) Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

10. Marco Teórico - Radioquímica • Ionización: 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) Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

11. Marco Teórico - Radioquímica • Varias 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) Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

12. Marco Teórico • Fundamentos de dosimetría. Unidades • Exposición (X): • (12) • Kerma (K): • (13) • Dosis (D): • (14) Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

13. Marco Teórico • De la RTE a la ec. de L-B • RTE: • (15) • Onda plana y haz paralelo: • (16) Fig. 1 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

14. 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 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

15. 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) Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

16. Marco Teórico • Cambio de Densidad Óptica por absorción • Resolviendo la ec. de L-B se obtiene: (20) • Por otro lado, la ley de absorción de luz está determinada por: • (21) • Y como z̴≈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) Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

17. Métodos y materiales • Elaboración de los dosímetros • Set Up experimental • Software utilizado • Fuentes de radiación Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

18. “Cuanto de subversivo vive en una sonrisa que no quiere comprar…” • Silvio Rodriguez Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez