Orientadores: Sandro Guedes de Oliveira, Jörg Kobarg / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-02T02:16:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Smilgys_Barbara_D.pdf: 17430152 bytes, checksum: 82ba0350f1128e5f264b9ee314a4fef6 (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: BNCT (do inglês, Boron Neutron Capture Therapy) é uma terapia para tratamento de cânceres que tem se mostrado efetiva em casos de metástases e tumores inoperáveis. Sua base física é a reação de captura de nêutrons pelo boro resultando na produção de uma partícula 'alfa' e de um íon de recuo de lítio: 10B(n,'alfa')7Li. O objetivo principal deste trabalho foi verificar a viabilidade de monitoração de taxa de reações de interesse em BNCT e estimar, a partir das taxas de reações medidas, quantidades probabilísticas que descrevam o campo de irradiação, utilizando-se filmes finos de boro e detectores plásticos de traços nucleares (PADC). Além disto, pretendia-se realizar estudos biológicos de sobrevivência celular, para então, com a descrição detalhada do campo de irradiação e medidas de efeitos radiobiológicos, avaliar possíveis correlações entre os efeitos de heterogeneidade de deposição de energia (quantidades probabilísticas) e as frações de sobrevivência celular. Assim, o trabalho foi dividido em três partes experimentais fundamentais: a calibração do conjunto de filmes finos de boro acoplados a detectores PADC, cuja importância é a quantificação de átomos de 10B presentes nos filmes finos utilizados para a medida da taxa da reação 10B(n,'alfa')7Li, a realização de experimentos in vitro com irradiações com partículas 'alfa' que visavam o desenvolvimento da metodologia de quantificação de sobrevivência celular, que seriam utilizadas posteriormente, quando realizados os experimentos in vitro com nêutrons, os quais unem os resultados obtidos das calibrações dos filmes finos de boro e os métodos aplicados nas análises de resposta biológica de irradiações de células com partículas 'alfa'. A partir das fluências de partículas 'alfa' e das taxas da reação 10B(n,'alfa')7Li, calculou-se as médias da distribuição de eventos poissonianos em uma célula de área A e com estas médias foram feitas simulações de distribuição de eventos em uma matriz de células, para quantificação da formação de clusters de células (primeiras vizinhas) atingidas. Por se tratar de um problema de muitas variáveis (sobrevivência celular, média de eventos, eventos por célula, células por cluster e total de clusters), escolheu-se fazer uma análise de componentes principais, na tentativa de se determinar quais destas variáveis introduzem as maiores variabilidades no problema. Mostrou-se que a formação de clusters de células vizinhas influencia a inativação das células, embora não tenha sido possível estabelecer modelos quantitativos. Portanto, com este trabalho, foi possível estabelecer uma metodologia segura para a quantificação da taxa de reação de interesse na BNCT, e a partir desta, calcular descritores que levam em conta a heterogeneidade da distribuição de energia durante as irradiações. A partir de dados de experimentos in vitro, tanto de irradiações com partículas 'alfa' quanto com nêutrons térmicos, foi possível encontrar correlações com estes descritores de heterogeneidade e conclui-se, então, que eles podem ser usados como descritores de efeitos biológicos / Abstract: BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) is a therapy for the treatment of cancers that has been proven to be effective in cases of metastases and inoperable tumors. Its physical basis is the boron neutron capture reaction resulting in the production of an 'alpha' particle and a lithium recoil ion: 10B(n,'alpha')7Li. The main objective of this work was to verify the feasibility of monitoring the main reactions rates in BNCT using boron thin films and nuclear tracks plastic detectors (PADC) and to estimate, from the reactions rates measured, probabilistic quantities that describe the irradiation field. In addition, it was intended to carry out biological studies of cell survival, and with the detailed description of the field of irradiation and measurements of radiobiological effects, to evaluate possible correlations between the effects of heterogeneity of energy deposition (probabilistic quantities) and fractions of cell survival. Thus, the work was divided into three fundamental experimental parts: the calibration of the setup of boron thin films coupled to PADC detectors (whose importance is the quantification of the 10B atoms present in the thin films used for the measurement of 10B(n,'alpha')7Li reaction rate), the in vitro experiments carried out with irradiations with particles 'alpha' aiming to develop the methodology for cell survival quantification, which would later be used when performing the in vitro experiments with neutrons, which combine the results obtained from the calibrations of the boron thin films and the methods applied for cell survival quantification. From the 'alpha' particles fluences and the 10B(n,'alpha')7Li reaction rates, it was possible to calculate the mean of the Poisson distribution for events happening inside a cell of area A. Simulations were performed for quantifying the number of clusters formed by neighbor cells that were hit by an incident particle. Since this is a problem of many variables (cell survival, poissonian mean, events per cell, cells per cluster and total number of clusters), it was performed a principal components analysis in an attempt to determine which of these variables introduce the greatest variabilities to the problem. It was shown that the cells clusters formation influences cell inactivation, though it was not possible to establish quantitativy models. Therefore, with this work, it was possible to establish a safe methodology for the quantification of the reaction rate of interest in BNCT, and from this, to calculate descriptors that take into account the heterogeneity of energy distribution during irradiation. From data from both in vitro experiments of cells irradiation with 'alpha' particles and with thermal neutrons, it was possible to find correlations with these descriptors of heterogeneity and it is concluded, then, that they can be used as descriptors for biological effects / Doutorado / Física / Doutora em Ciências

Orientador: Sandro Guedes de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-20T00:29:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Smilgys_Barbara_M.pdf: 13526183 bytes, checksum: 6bc7b12944024ced8153260711197b5f (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O princípio de funcionamento da Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro (BNCT, Boron Neutron Capture Therapy) é a entrega seletiva de uma maior quantidade de átomos de boro às células cancerígenas do que àquelas saudáveis, seguida da irradiação com nêutrons que irá induzir a emissão de partículas a e íons de recuo de 7Li através da reação nuclear 10B(n,a)7Li. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para quantificar a taxa da reação de interesse através do uso da montagem de filmes finos de boro acoplados a detectores CR-39, que detectam as partículas a e os íons de recuo de 7Li. Este detector é composto por átomos de hidrogênio, carbono e oxigênio, os quais interagem com nêutrons rápidos e as partículas resultantes destas reações (de espalhamentos e de captura de nêutrons) também são detectadas pelo próprio detector. Deste modo, é possível quantificar, ao mesmo tempo, a reação 10B(n,a)7Li e a contribuição de nêutrons rápidos do fluxo. Essas medidas são fundamentais para os estudos de biodistribuição de átomos de 10B e de microdosimetria dos tecidos irradiados com nêutrons, levando ao planejamento da terapia em si. Os filmes finos de boro foram confeccionados por dois métodos, Deposição de Solução Química (CSD, Chemical Solution Deposition) e deposição por sputtering, e irradiados com nêutrons no reator nuclear IEA-R1 localizado no IPEN/CNEN. Os resultados obtidos para a caracterização e a calibração dos filmes finos de boro, além da calibração dos detectores CR-39 são aqui analisados. Foi possível confeccionar, por ambos os métodos, filmes finos de boro homogêneos e calibrar o sistema de filme fino de boro acoplado a detector CR-39 para a medida da taxa da reação 10B(n,a)7Li e para a determinação da componente rápida do fluxo de nêutrons através do uso de filmes finos de urânio e tório, respectivamente / Abstract: The working principle of the Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is the selective delivery of a greater amount of 10B atoms to the tumor cells than to the healthy ones, followed by neutron irradiation that will induce the emission of a particles and 7Li recoil ions through the nuclear reaction 10B(n,a)7Li. The goal of this work is to develop a methodology to quantify the reaction rate of interest using an assembly of boron thin film coupled to CR-39 detector, which detects the a particles and the 7Li recoil ions. This detector is composed of atoms of hydrogen, carbon and oxygen, which interacts with fast neutrons and the resulting particles from these scattering and capture processes are also detected by the CR-39 detector. In this way, it is possible to quantify, at the same time, the reaction 10B(n,a)7Li and the fast neutrons contribution to the flux. Those measurements are fundamental to the 10B biodistribution studies and tissue microdosimetry, leading to the therapy planning itself. The boron thin films were manufactured using two methods, Chemical Solution Depostion and sputtering deposition, and irradiated with neutrons at the nuclear reactor IEA-R1 located at IPEN/CNEN. The results obtained for the boron thin films characterization and calibration, as well as the CR-39 detectors calibration are analyzed here. It was possible to manufacture with both methods homogeneous boron thin films and to calibrate the assembly of boron thin film coupled to CR-39 detector for measuring the 10B(n,a)7Li reaction rate and determining the fast component of the neutron flux through the use of uranium and thorium thin films, respectively / Mestrado / Física / Mestra em Física