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O processo de irradiação de gemas com raios gama de forma a melhorar as cores é bem aceito na indústria e comércio de jóias. Essas gemas são processadas em irradiadores industriais que são otimizados para outros fins. Para tal, utilizam principalmente aparatos para irradiação dessas pedras no fundo das suas piscinas de armazenamento das fontes, com um aproveitamento menor que o desejado, principalmente pela variação das taxas de dose encontrada nesses dispositivos. O desenvolvimento de um projeto de concepção, que estabelece os princípios físicos de funcionamento e formas de construção do novo tipo de equipamento, foi realizado nesse trabalho. O dispositivo sugerido baseia-se no princípio de rotação e translação circular de cestos em órbitas externa e interna a um porta-fontes cilíndrico, como um sistema planetário. O dispositivo foi idealizado para expor as gemas à irradiação no fundo da piscina, onde estão as fontes. Assim, essas fontes ficam permanentemente blindadas pela lâmina d'água. O irradiador é classificado como categoria III pela AIEA. Para verificar a viabilidade física do princípio básico, ou seja, o uso de cestos cilíndricos rotativos, foram realizados ensaios no Irradiador Multipropósito do CTR, no IPEN, além de simulações correlacionadas usando o aplicativo CADGAMMA adaptado para simular a irradiação submersa. A construção do irradiador definitivo leva ao aumento da qualidade da irradiação das pedras, com maior controle sobre as doses no produto. O custo operacional é significativamente reduzido pois o dispositivo foi otimizado para o beneficiamento pretendido. / The gemstones gamma irradiation process to enhance the color is widely accepted for the jewelry industry. These gems are processed in conventional industrial gamma irradiation plant which are optimized for other purposes, using underwater irradiation devices with high rejection rate due to it's poor dose uniformity. A new conception design, which states the working principles and manufacturing ways of the device, was developed in this work. The suggested device's design is based on the rotation of cylindrical baskets and their translation in circular paths inside and outside a cylindrical source rack as a planetary system. The device is meant to perform the irradiation in the bottom of the source storage pool, where the sources remain always shielded by the water layer. The irradiator matches the Category III IAEA classification. To verify the physical viability of the basic principle, tests with rotating cylindrical baskets were performed in the Multipurpose Irradiator raised in the CTR, IPEN. Also, simulations using the CADGAMMA software, adapted to simulate underwater irradiations were performed. With the definitive irradiator, the irradiation quality will be enhanced with better dose control and the production costs will be significantly lower than market prices due to the intended treatment device's optimization.

O desenvolvimento e calibração de um sistema dosimétrico de rotina baseado no fotodiodo comercial e de baixo custo (SFH 206) é apresentado neste trabalho. A sonda dosimétrica foi projetada para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta. As radiações foram realizadas no irradiador Panorâmico de Cobalto-60 no intervalo de taxas de dose de 8,1 Gy/h a 125 Gy/h. As fotocorrentes geradas no diodo, para cada taxa de dose, foram registradas utilizando um eletrômetro digital e foram armazenadas durante todo o tempo de exposição. A resposta em corrente do diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de 1 Gy até 200 Gy para doses acumuladas de até 15 kGy. Neste intervalo, a resposta em dose do diodo, em função da carga gerada pela dose, foi linear com coeficiente de correlação melhor que 0,998. Estes resultados foram comparados com os obtidos com filmes Gafchromic frequentemente utilizados em dosimetria de rotina. Para monitorar possíveis danos de radiação gama produzidos no diodo, as sensibilidades em corrente e em carga foram medidas em função da dose absorvida. Para doses até 15 kGy, não foi observado qualquer dano de radiação o que confirma a boa reprodutibilidade de resposta do diodo, melhor do que 3 %. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais ( 5% ) e boa resolução espacial do diodo, foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento da fonte radioativa de Cobalto-60 bem como a distribuição da taxa de dose no Irradiador Panorâmico. / The development and calibration of a routine dosimetry system based on commercial, low cost photodiode (SFH 206) are presented in this work. The dosimeter probe was designed to operate unbiased in the direct current mode. The radiations were performed with Cobalt-60 Panoramic Irradiator facility in the dose-rate range of 8.1 Gy/h - 125 Gy/h. The photocurrents generated in the device, in each dose-rate, were registered with a digital electrometer and stored during the exposure time. The current response of the diode was measured as a function of the time in steps from 1 Gy up to 200 Gy with accumulated dose up to 15 kGy. In this range, the dose-response of the diode, given by the charge as function of dose, was linear with correlation coefficient better than 0.998. These results were compared with those obtained using Gafchromic film dosimetry often used in routine. To monitor possible gamma radiation effects produced on the diode, the current and charge sensitivities were measured as a function of the absorbed dose. For doses up to 15 kGy, it was not observed any radiation damage what confirms the reproducibility of the diode response better than 3 %. Finally, due to the small experimental errors ( 5% ) and good spatial resolution of the diode it was possible to measure the transit dose due to the movement of the Cobalt-60 radioactive source as well the dose-rate mapping in the Panoramic Irradiator.

O processo de irradiação de gemas com raios gama de forma a melhorar as cores é bem aceito na indústria e comércio de jóias. Essas gemas são processadas em irradiadores industriais que são otimizados para outros fins. Para tal, utilizam principalmente aparatos para irradiação dessas pedras no fundo das suas piscinas de armazenamento das fontes, com um aproveitamento menor que o desejado, principalmente pela variação das taxas de dose encontrada nesses dispositivos. O desenvolvimento de um projeto de concepção, que estabelece os princípios físicos de funcionamento e formas de construção do novo tipo de equipamento, foi realizado nesse trabalho. O dispositivo sugerido baseia-se no princípio de rotação e translação circular de cestos em órbitas externa e interna a um porta-fontes cilíndrico, como um sistema planetário. O dispositivo foi idealizado para expor as gemas à irradiação no fundo da piscina, onde estão as fontes. Assim, essas fontes ficam permanentemente blindadas pela lâmina d'água. O irradiador é classificado como categoria III pela AIEA. Para verificar a viabilidade física do princípio básico, ou seja, o uso de cestos cilíndricos rotativos, foram realizados ensaios no Irradiador Multipropósito do CTR, no IPEN, além de simulações correlacionadas usando o aplicativo CADGAMMA adaptado para simular a irradiação submersa. A construção do irradiador definitivo leva ao aumento da qualidade da irradiação das pedras, com maior controle sobre as doses no produto. O custo operacional é significativamente reduzido pois o dispositivo foi otimizado para o beneficiamento pretendido. / The gemstones gamma irradiation process to enhance the color is widely accepted for the jewelry industry. These gems are processed in conventional industrial gamma irradiation plant which are optimized for other purposes, using underwater irradiation devices with high rejection rate due to it's poor dose uniformity. A new conception design, which states the working principles and manufacturing ways of the device, was developed in this work. The suggested device's design is based on the rotation of cylindrical baskets and their translation in circular paths inside and outside a cylindrical source rack as a planetary system. The device is meant to perform the irradiation in the bottom of the source storage pool, where the sources remain always shielded by the water layer. The irradiator matches the Category III IAEA classification. To verify the physical viability of the basic principle, tests with rotating cylindrical baskets were performed in the Multipurpose Irradiator raised in the CTR, IPEN. Also, simulations using the CADGAMMA software, adapted to simulate underwater irradiations were performed. With the definitive irradiator, the irradiation quality will be enhanced with better dose control and the production costs will be significantly lower than market prices due to the intended treatment device's optimization.

O desenvolvimento e calibração de um sistema dosimétrico de rotina baseado no fotodiodo comercial e de baixo custo (SFH 206) é apresentado neste trabalho. A sonda dosimétrica foi projetada para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta. As radiações foram realizadas no irradiador Panorâmico de Cobalto-60 no intervalo de taxas de dose de 8,1 Gy/h a 125 Gy/h. As fotocorrentes geradas no diodo, para cada taxa de dose, foram registradas utilizando um eletrômetro digital e foram armazenadas durante todo o tempo de exposição. A resposta em corrente do diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de 1 Gy até 200 Gy para doses acumuladas de até 15 kGy. Neste intervalo, a resposta em dose do diodo, em função da carga gerada pela dose, foi linear com coeficiente de correlação melhor que 0,998. Estes resultados foram comparados com os obtidos com filmes Gafchromic frequentemente utilizados em dosimetria de rotina. Para monitorar possíveis danos de radiação gama produzidos no diodo, as sensibilidades em corrente e em carga foram medidas em função da dose absorvida. Para doses até 15 kGy, não foi observado qualquer dano de radiação o que confirma a boa reprodutibilidade de resposta do diodo, melhor do que 3 %. Finalmente, devido aos pequenos erros experimentais ( 5% ) e boa resolução espacial do diodo, foi possível medir a dose de trânsito devida ao movimento da fonte radioativa de Cobalto-60 bem como a distribuição da taxa de dose no Irradiador Panorâmico. / The development and calibration of a routine dosimetry system based on commercial, low cost photodiode (SFH 206) are presented in this work. The dosimeter probe was designed to operate unbiased in the direct current mode. The radiations were performed with Cobalt-60 Panoramic Irradiator facility in the dose-rate range of 8.1 Gy/h - 125 Gy/h. The photocurrents generated in the device, in each dose-rate, were registered with a digital electrometer and stored during the exposure time. The current response of the diode was measured as a function of the time in steps from 1 Gy up to 200 Gy with accumulated dose up to 15 kGy. In this range, the dose-response of the diode, given by the charge as function of dose, was linear with correlation coefficient better than 0.998. These results were compared with those obtained using Gafchromic film dosimetry often used in routine. To monitor possible gamma radiation effects produced on the diode, the current and charge sensitivities were measured as a function of the absorbed dose. For doses up to 15 kGy, it was not observed any radiation damage what confirms the reproducibility of the diode response better than 3 %. Finally, due to the small experimental errors ( 5% ) and good spatial resolution of the diode it was possible to measure the transit dose due to the movement of the Cobalt-60 radioactive source as well the dose-rate mapping in the Panoramic Irradiator.

Esse trabalho foi desenvolvido com a finalidade de melhorar a qualidade dos serviços de calibração e testes de monitores de radiação gama, prestados pelo Laboratório de Calibração de Instrumentos do IPEN, assim como diminuir a dose ocupacional dos técnicos envolvidos no processo de calibração, seguindo os princípios de proteção radiológica. Foi realizado o desenvolvimento e a implantação de um sistema automatizado para o processo de calibração de monitores de radiação gama, constituido por (i) um dispositivo pneumático de troca dos atenuadores e (ii) uma mesa de posicionamento, ambos acionados remotamente por intermédio de um painel de comando. Também fez parte a implantação de um Sistema Irradiador Caesa-Gammatron, que aumentou o intervalo de taxa de kerma no ar, devido sua alta atividade em relação ao sistema atualmente em uso no laboratório de calibração com radiação gama. Para isso, foi necessária a instalação de um dispositivo atenuador controlado remotamente nesse sistema irradiador. Por último foi realizado uma avaliação da redução da dose ocupacional. / This work was developed with the aim of improving the quality of the services of calibration and tests of gamma radiation monitors - provided by the IPEN Laboratory of Instrument Calibration - as well as reducing the occupational dose in technicians involved in the process of calibration, following the principles of radiation protection. In this study it was carried out the development and implementation of a system for adequation of the process of gamma radiation monitors calibration. It is constituted by (i) a pneumatic dispositive to exchange the attenuators and (ii) a positioning table, both actuated through a control panel. System was also implemented. A Caesa-Gammatron Irradiator, which increased the range of the air kerma rates, due to its activity higher than the current system of gamma radiation in use in the calibration laboratory. Hence, it was necessary the installation of remotely controlled in the attenuator dispositive in this irradiator system. Lastly, it was carried out an evaluation in the reduction of the occupational doses.

Esse trabalho foi desenvolvido com a finalidade de melhorar a qualidade dos serviços de calibração e testes de monitores de radiação gama, prestados pelo Laboratório de Calibração de Instrumentos do IPEN, assim como diminuir a dose ocupacional dos técnicos envolvidos no processo de calibração, seguindo os princípios de proteção radiológica. Foi realizado o desenvolvimento e a implantação de um sistema automatizado para o processo de calibração de monitores de radiação gama, constituido por (i) um dispositivo pneumático de troca dos atenuadores e (ii) uma mesa de posicionamento, ambos acionados remotamente por intermédio de um painel de comando. Também fez parte a implantação de um Sistema Irradiador Caesa-Gammatron, que aumentou o intervalo de taxa de kerma no ar, devido sua alta atividade em relação ao sistema atualmente em uso no laboratório de calibração com radiação gama. Para isso, foi necessária a instalação de um dispositivo atenuador controlado remotamente nesse sistema irradiador. Por último foi realizado uma avaliação da redução da dose ocupacional. / This work was developed with the aim of improving the quality of the services of calibration and tests of gamma radiation monitors - provided by the IPEN Laboratory of Instrument Calibration - as well as reducing the occupational dose in technicians involved in the process of calibration, following the principles of radiation protection. In this study it was carried out the development and implementation of a system for adequation of the process of gamma radiation monitors calibration. It is constituted by (i) a pneumatic dispositive to exchange the attenuators and (ii) a positioning table, both actuated through a control panel. System was also implemented. A Caesa-Gammatron Irradiator, which increased the range of the air kerma rates, due to its activity higher than the current system of gamma radiation in use in the calibration laboratory. Hence, it was necessary the installation of remotely controlled in the attenuator dispositive in this irradiator system. Lastly, it was carried out an evaluation in the reduction of the occupational doses.

A heavily filtered fast neutron irradiation system (FNIS) was developed for a variety of applications, including the study of long-term health effects of fast neutrons by evaluating the biological mechanisms of damage in cultured cells and living animals such as rats or mice. This irradiation system includes an exposure cave made with a lead-bismuth alloy, a cave positioning system, a gamma and neutron monitoring system, a sample transfer system, and interchangeable filters. This system was installed in the irradiation cell of the Texas A&M University Nuclear Science Center Reactor (NSCR). By increasing the thickness of the lead-bismuth alloy, the neutron spectra were shifted into lower energies by the scattering interactions of fast neutrons with the alloy. It is possible, therefore, by changing the alloy thickness, to produce distinctly different dose weighted neutron spectra inside the exposure cave of the FNIS. The calculated neutron spectra showed close agreement with the results of activation foil measurements, unfolded by SAND-II close to the cell window. However, there was a considerable less agreement for locations far away from the cell window. Even though the magnitude of values such as neutron flux and tissue kerma rates in air differed, the weighted average neutron energies showed close agreement between the MCNP and SAND-II since the normalized neutron spectra were in a good agreement each other. A paired ion chamber system was constructed, one with a tissue equivalent plastic (A-150) and propane gas for total dose monitoring, and another with graphite and argon for photon dose monitoring. Using the pair of detectors, the neutron to gamma ratio can be inferred. With the 20 cm-thick FNIS, the absorbed dose rates of neutrons measured with the paired ion chamber method and calculated with the SAND-II results were 13.7 ?? 0.02 Gy/min and 15.5 Gy/min, respectively. The absorbed dose rate of photons and the gamma contribution to total dose were 6.7??10-1 ?? 1.3??10-1 Gy/min and 4.7%, respectively. However, the estimated gamma contribution to total dose varied between 3.6 % to 6.6 % as the assumed neutron sensitivity to the graphite detector was changed from 0.01 to 0.03.

Motivated by the need to standardize preclinical imaging for image-guided radiation therapy (IGRT), we examine the parameters that influence microcomputed tomography (microCT) scans in the realm of image quality and absorbed dose to tissue, including therapy beam measurements of small fields. Preclinical radiation research aims to understand radiation-induced effects in living tissues to improve quality of life. Small targets and low kilovoltage x-rays create challenges that do not arise in clinical radiation therapy. Evidence based on our multi-institutional study reveals a considerable aberration in microCT image quality from one institution to the next. We propose the adoption of recommended tolerance levels to provide a baseline for producing satisfactory and reproducible microCT image quality scans for accurate dose delivery in preclinical IGRT. Absorbed dose imparted by these microCT images may produce deterministic effects that can negatively influence a radiobiological study. Through Monte Carlo (MC) methods we establish absorbed microCT imaging dose to a variety of tissues and murine sizes for a comprehensive combination of imaging parameters. Radiation beam quality in the small confines of a preclinical irradiator is also established to quantify the effects of beam scatter on half-value layer measurements. MicroCT scans of varying imaging protocols are also compared for murine subjects. Absorbed imaging dose to tissues are established and presented alongside their respective microCT images, providing a visual bridge to systematically link image quality and imaging dose. We then characterize a novel small plastic scintillating dosimeter to experimentally measure microCT imaging and therapy beams in real-time. The presented scintillating dosimeter is specifically characterized for the low energies and small fields found in preclinical research. Beam output is measured for small fields previously only achievable using film. Finally, quality assurance tests are recommended for a preclinical IGRT unit. Within this dissertation, a narrative is presented for guiding preclinical radiotherapy towards producing high quality microCT images with an understanding of the absorbed imaging dose deposited to tissues, including providing a tool to measure small radiation fields. / Graduate

Amostras de vidro comercial para janelas de fabricação nacional foram testadas como dosímetros de rotina para doses altas em um irradiador de grande porte que utiliza uma fonte de Co-60. Estas amostras foram estudadas em termos da uniformidade do lote, repetibilidade, desvanecimento, resposta à dose absorvida entre 5 e 30 kGy, de processamentos rotineiros. A técnica da absorção óptica foi usada para medir-se as amostras de vidro. Todos os resultados obtidos mostram a viabilidade do uso de amostras de placas de vidro para janelas como um sistema dosimétrico de rotina, assim como indicador de irradiação Sim/Não para doses altas em irradiadores de grande porte que utilizam fontes de Co-60 / Commercial window glass samples were tested as routine high dose dosimeters at a Co-60 tote box irradiator. These samples were studied in terms of their batch uniformity, response repeatibility, fading and absorbed dose response from 5 until 30 kGy in typical irradiation procedures. The optical absorption technique was used to measure the glass samples. All the obtained results show the feasibility of using plate window glass samples as a routine high dose dosimetry system and as a Yes/No irradiation indicator for a Co-60 tote box irradiator.