Durch die Einführung von Synchrozyklotronen und Laser-Teilchenbeschleunigern, entwickelt mit dem Ziel günstigere und kompaktere Protonentherapieanlagen bereitzustellen, werden stark gepulste Strahlenfelder möglicherweise Anwendung in der Teletherapie finden. Darüber hinaus bergen stark gepulste Strahlenfelder das Potential klinischer Vorteile durch eine bessere Schonung gesunden Gewebes oder die verbesserte Behandlung bewegter Tumore. Allerdings ergeben sich neue Herausforderungen im Bereich der Dosimetrie, der Grundlage für eine präzise therapeutische Anwendung ionisierender Strahlung. Diese Herausforderungen betreffen sowohl den Bereich der klinischen Dosimetrie für die unmittelbare Strahlenanwendung als auch die Strahlenschutzdosimetrie zum Schutz von Umwelt und Personal. Luftgefüllte Ionisationskammern, die primären Messinstrumente der klinischen Dosimetrie, sind von einem zunehmenden Signalverlust aufgrund von Volumenrekombination betroffen, da stark gepulste Strahlenfelder eine hohe Ionisationsdichte innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erzeugen. Beschreibungen für diese Effekte sind zwar gut etabliert für die moderat gepulsten Felder im gegenwärtigen klinischen Einsatz (Boags Theorie), allerdings sind die dafür nötigen Näherung höchst wahrscheinlich unzureichend für die stark gepulsten Strahlenfelder zukünftiger Beschleuniger. Ferner sind Dosisleistungsmessgeräte, welche im Strahlenschutz als fest installierte oder mobile Überwachungsdosimeter eingesetzt werden, nur für kontinuierliche Strahlenfelder geprüft und bauartzugelassen, was Zweifel an ihrer Eignung für die Messung gepulster Felder eröffnet. In dieser Arbeit wurden beide Bereiche der Dosimetrie, sowohl Strahlenschutz als auch klinische Dosimetrie, untersucht, um die medizinische Anwendung stark gepulster Strahlung zu ermöglichen. Für ein möglichst umfassendes Verständnis wurden dabei experimentelle Untersuchungen mit theoretischen Überlegungen und Entwicklungen verzahnt. Mit dem ELBE-Forschungsbeschleuniger wurde ein gepulster 20 MeV Elektronenstrahl und somit ein gepulstes Strahlungsfeld erzeugt, welches eine systematische Untersuchung in einem großen Bereich in Bezug auf Pulsdosis und Pulsdauer erlaubte. Ionisationskammern für den klinischen Einsatz wurden mit diesem Elektronenstrahl direkt bestrahlt und ein Faraday-Becher diente als unabhängige Referenzmessung. Dosisleistungsmessgeräte hingegen wurden im, durch den Elektronenstrahl im Faraday-Becher erzeugten, Bremsstrahlungsfeld bestrahlt. Dabei fungierte die Ionisationskammer vor dem Faraday-Becher als Strahlmonitor und diente zur Bestimmung der Referenzdosis des Bremsstrahlungsfeldes über eine Querkalibrierung mit Thermolumineszenzdosimetern. Es wurden drei Dosisleistungsmessgeräte basierend auf unterschiedlichen Messprinzipien untersucht, die damit einen großen Teil der im Strahlenschutz eingesetzten Messprinzipien abdecken: Die Ionisationskammer RamION, das Proportionalzählrohr LB1236-H10 und der Szintillationsdetektor AD-b. Für die klinische Dosimetrie wurden zwei verbreitete Ionisationskammergeometrien untersucht: die Advanced Markus Kammer als Flachkammer und die PinPoint Kammer als Kompaktkammer. Zusätzlich zu der üblichen Luftfüllung wurde außerdem eine Füllung mit reinem Stickstoff und zwei Flüssigionisationskammern mit Isooctan und Tetramethylsilan untersucht. Ferner wurde eine numerische Berechnung der Volumenrekombination in Ionisationskammern durch die Beschreibung der Prozesse von Ladungsfreisetzung, Ladungstransport und Reaktion entwickelt, um eine Beschreibung zu erhalten, die ohne die für Boags Theorie notwendigen Näherungen auskommt. Insbesondere berücksichtigt diese Berechnung den Einfluss der freigesetzten Ladungen auf das elektrische Feld, der in Boags Theorie vernachlässigt wird. Von den drei untersuchten Dosisleistungsmessgeräten zeigte nur das RamION Messungen innerhalb der gegebenen Toleranzen in den untersuchten Strahlungsfeldern. Die unerwartet schlechte Präzision des AD-b Szintillationsdetektors, der keinen prinzipiellen Beschränkungen in gepulsten Feldern unterliegen sollte, wurde auf die Signalverarbeitung im Messgerät zurückgeführt, welche das prinzipielle Problem einer unbekannten Signalverarbeitung in kommerziellen Geräten hervorhebt. Das LB 1236-H10 Proportionalzählrohr andererseits maß den Erwartungen entsprechend. Dies unterstützt zwar die in DIN IEC/TS 62743 dargelegten Erwartungen für zählende Dosimeter, zeigt allerdings zugleich die allgemeine Unzulänglichkeit solcher Instrumente für die Messung stark gepulster Felder und demonstriert die Notwendigkeit für weitere normative Bestrebungen, um einheitliche Bedingungen für die Untersuchung nicht-zählender Dosimeter (wie das RamION) zu schaffen. Durch die Aufnahme dieser Ergebnisse in die Literatur der Strahlenschutzkommission wurde hier der Grundstein für eine solche Entwicklung gelegt. Die Untersuchung der Ionisationskammern für klinische Dosimetrie zeigte z.T. starke Abweichungen zwischen Boags Theorie und experimentellen Beobachtungen. Boags Theorie beschreibt Volumenrekombination hinreichend genau lediglich für die zwei Flüssigionisationskammern. Im Falle sämtlicher gasgefüllter Kammern waren effektive Parameter notwendig, deren Wert kaum einen Zusammenhang mit der ursprünglichen Definition besaß. Doch auch dieser Ansatz versagt jedoch für die Advanced Markus-Kammer bei Sammelspannungen ≥ 300 V und Pulsdosen ab ca. 100 mGy. Das entwickelte numerische Berechnungsverfahren lieferte eine deutlich passendere Berechnung der Volumenrekombination und ermöglichte es, die Ursache für die Unterschiede zu Boags Theorie in dem Einfluss der freigesetzten Ladungen auf das elektrische Feld zu identifizieren. Eine aufgrund der erhöhten Pulsdosis erhöhte positive Raumladung verlangsamt die Sammlung der normalerweise schnellen freien Elektronen, welche von Volumenrekombination zunächst unbeeinträchtigt sind. Aufgrund der längeren Verweildauer im Kammervolumen, lagert sich jedoch ein höherer Anteil der Elektronen an und bildet negative Ionen. Der daraus resultierende höhere Anteil an Ladungen die Volumenrekombination ausgesetzt sind, zusätzlich zu der erhöhten Ladungsmenge, bedingt eine Erhöhung der Volumenrekombination mit der Pulsdosis, die sich nicht durch Boags Theorie beschreiben lässt. Insbesondere von Bedeutung ist dieser Effekt bei hohen elektrischen Feldstärken und kleinen Elektrodenabständen, die in einem hohen Anteil freier Elektronen resultieren. Des Weiteren erlaubt das numerische Verfahren die Berechnung für beliebige Pulsdauern, wohingegen Boags Theorie auf verschwindend geringe Pulsdauern beschränkt ist. Im Allgemeinen ergab das numerische Berechnungsverfahren Ergebnisse in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Beobachtungen für die sehr verschiedenartigen Füllungen von Luft, Stickstoff und Flüssigkeiten. Auch die geometrisch komplexere Kompaktkammer konnte prinzipiell damit beschrieben werden, wobei sich jedoch für die untersuchte PinPoint-Kammer einige Diskrepanzen zu den experimentellen Beobachtungen ergaben. Eine vielversprechende Weiterentwicklung der Berechnung wäre die verbesserte Beschreibung der Sammelspannungsabhängigkeit der Volumenrekombination. In ihrer derzeitigen Form erfordert die Berechnung eine Charakterisierung jeder Kammer und Spannung, was durch eine Weiterentwicklung der Berechnung möglicherweise eliminiert werden könnte. Nichtsdestotrotz stellt die entwickelte numerische Berechnung eine deutliche Verbesserung gegenüber Boag's Theorie durch die korrekte Beschreibung der Pulsdosis- und Pulsdauerabhängigkeit der Volumenrekombination in stark gepulsten Felder dar, was prinzipiell eine absolute Dosimetrie dieser Felder ermöglichen sollte. / Synchrocyclotrons and laser based particle accelerators, developed with the goal to enable more compact particle therapy facilities, may bring highly pulsed radiation field to external beam radiation therapy. In addition, such highly pulsed fields may be desirable due to their potential clinical benefits regarding better healthy tissue sparing or improved gating for moving tumors. However, they pose new challenges for dosimetry, the corner stone of any application of ionizing radiation. These challenges affect both clinical and radiation protection dosimetry. Air-filled ionization chambers, which dominate clinical dosimetry, face the problem of increased signal loss due to volume recombination when a highly pulsed field liberates a large amount of charge in a short time in the chamber. While well established descriptions exist for this volume recombination for the moderately pulsed fields in current use (Boag's formulas), the assumptions on which those descriptions are based will most likely not hold in the prospective, highly pulsed fields of future accelerators. Furthermore, ambient dose rate meters used in radiation protection dosimetry as survey meters or fixed installations are generally only tested for continuous fields, casting doubt on their suitability to measure pulsed fields. This thesis investigated both these aspects of dosimetry - clinical as well as radiation protection - to enable the medical application of highly pulsed radiation fields. For a comprehensive understanding, experimental investigations were coupled with theoretical considerations and developments. Pulsed fields, varying in both dose-per-pulse and pulse duration over a wide range, were generated with the ELBE research accelerator, providing a 20 MeV pulsed electron beam. Ionization chambers for clinical dosimetry were investigated using this electron beam directly, with an aluminium Faraday cup providing the reference measurement. Whereas the dose rate meters were irradiated in the photon field generated from stopping the electron beam in the Faraday cup. In those measurements, the reference was calculated from the ionization chamber, then serving a an electron beam monitor, cross-calibrated to the photon field with thermoluminescent dosimeters. Three dose rate meters based on different operating principles were investigated, covering a large portion of the operating principles used in radiation protection: the ionization chamber based RamION, the proportional counter LB 1236-H10 and the scintillation detector AD-b. Regarding clinical dosimetry, measurements of two prominent ionization chamber geometries, plane-parallel (Advanced Markus chamber) and thimble type (PinPoint chamber), were performed. In addition to common air-filled chambers, chambers filled with pure nitrogen and two non-polar liquids, tetramethylsilane and isooctane, were investigated. In conjunction with the experiments, a numerical solution of the charge liberation, transport, and recombination processes in the ionization chamber was developed to calculate the volume recombination independent of the assumptions necessary to derive Boag's formulas. Most importantly, the influence of the liberated charges in the ionization chamber on the electric field, which is neglected in Boag's formulas, is included in the developed calculation. Out of the three investigated dose rate meters only the RamION could be identified as an instrument truly capable of measuring a pulsed field. The AD-b performed below expectations (principally, a scintillator is not limited in detecting pulsed radiation), which was attributed to the signal processing, emphasizing the problem of a typical black-box signal processing in commercial instruments. The LB 1236-H10, on the other hand, performed as expected of a counting detector. While this supports the recent effort to formalize these expectations and standardize testing for counting dosimeters in DIN IEC/TS 62743, it also highlights the insufficiency of counting detectors for highly pulsed fields in general and shows the need for additional normative work to establish requirements for dose rate meters not based on a counting signal (such as the RamION), for which no framework currently exists. With these results recognized by the German radiation protection commission (SSK) the first steps towards such a framework are taken. The investigation of the ionization chambers used in radiation therapy showed severe discrepancies between Boag's formulas and the experimentally observed volume recombination. Boag's formulas describe volume recombination truly correctly only in the two liquid-filled chambers. All the gas-filled chambers required the use of effective parameters, resulting in values for those parameters with little to no relation to their original meaning. Even this approach, however, failed in the case of the Advanced Markus chamber for collection voltages ≥ 300 V and beyond a dose-per-pulse of about 100 mGy. The developed numerical model enabled a much better calculation of volume recombination and allowed the identification of the root of the differences to Boag's formulas as the influence of the liberated charges on the electric field. Increased positive space charge due to increased dose-per-pulse slows the collection and reduces the fraction of fast, free electrons, which are unaffected by volume recombination. The resultant increase in the fraction of charge undergoing volume recombination, in addition to the increase in the total amount of charge, results in an increase in volume recombination with dose-per-pulse that is impossible to describe with Boag's formulas. It is particularly relevant in the case of high electric fields and small electrode distances, where the free electron fraction is large. In addition, the numerical calculation allows for arbitrary pulse durations, while Boag's formulas apply only to very short pulses. In general, the numerical calculation worked well for plane-parallel chambers, including those filled with the very diverse media of liquids, nitrogen and air. Despite its increased complexity, the thimble geometry could be implemented as well, although, in the case of the PinPoint chamber, some discrepancies to the experimental data remained, probably due to the required geometrical approximations. A possible future development of the numerical calculation would be an improved description of the voltage dependence of the volume recombination. At the moment it requires characterizing a chamber at each desired collection voltage, which could be eliminated by an improved modeling of the volume recombination's dependence on collection voltage. Nevertheless, the developed numerical calculation presents a marked improvement over Boag's formulas to describe the dose-per-pulse dependence and pulse duration dependence of volume recombination in ionization chambers, in principle enabling the application of ionization chambers in the absolute dosimetry of highly pulsed fields.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tecnologia nuclear, ter o seu domínio é, considerado nos dias de hoje, um diferencial para um país frente aos demais, podendo representar uma ameaça internacional a ser contida ou um aspecto de valorização tecnológica e política para aqueles cuja credibilidade internacional é reconhecida. Diante do uso crescente de novas tecnologias no setor e a necessidade de uma regulamentação, de acordo com os padrões de segurança internacionais, para assegurar a sua utilização, o objetivo desse estudo foi demonstrar se a radioproteção ocupacional e ambiental praticada em nosso país está de acordo com os padrões internacionais de segurança radiológica e nuclear. Para tanto, foi atualizada e revisada a legislação brasileira na área da energia nuclear comparando-a com as da União Europeia, contextualizados os pontos fortes e os pontos fracos da legislação nacional, apontadas críticas e sugestões para que reformas sejam realizadas visando a sua adequação aos padrões internacionais. A hipótese considerada demonstrou que mudanças na estrutura de regulação do setor nuclear brasileiro são necessárias, visando a criação de uma agência reguladora de atividades nucleares, com o intuito de assegurar que o estado da arte e da tecnologia, em termos de segurança nuclear, seja a base do exercício de suas atividades normativas de fiscalização e de avaliação de segurança na preservação do meio ambiente, da saúde do público e dos trabalhadores, frente às aplicações da energia nuclear. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09066.pdf: 3054181 bytes, checksum: 62e4252d9f76ef15308c15317e1fca18 (MD5) / Dissertacao (Mestrado profissionalizante em lasers em Odontologia) / IPEN/D-MPLO / Intituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares, IPEN/CNEN-SP; Faculdade de Odontologia, Universidade de Sao Paulo

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06428.pdf: 6304808 bytes, checksum: 564076d766d1209b8ce5d2f96ff4876b (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06634.pdf: 17873720 bytes, checksum: 7d4caa5b4a8bbc0193c8ee1522743f57 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foram avaliados aventais de proteção e blindagens de ovário de cinco fabricantes segundo as normas NBR / IEC 61331-1 e NBR / IEC 61331-3 de 2004. Para a determinação da espessura equivalente de atenuação foram aplicadas três metodologias diferentes (interpolação linear, modelo de Archer e somatório de exponenciais), uma vez que a norma não indica como este valor deve ser obtido. Além disso, foram estimadas as incertezas associadas a cada método e a influência do número de medições na incerteza combinada. As características de confecção avaliadas foram: documento acompanhante, projeto, materiais, dimensões e marcação da etiqueta. Para esta avaliação foi elaborado um formulário que contemplava todas as exigências da NBR / IEC 61331-3. Os resultados mostraram uma grande diferença entre os valores de espessura equivalente de atenuação declarados e medidos. A comparação dos resultados das três metodologias aplicadas mostrou que há pouca variação entre os valores obtidos e entre as incertezas associadas nas diferentes metodologias. Foi possível observar também que o número de medições não contribui significativamente para o aumento da incerteza nas três metodologias. A metodologia que melhor se adequou à rotina do laboratório foi a metodologia da interpolação linear com cinco medições da taxa de kerma no ar. A discrepância entre os resultados apresentados neste trabalho e as exigências das normas estudadas mostra a necessidade de tornar compulsória a certificação dos dispositivos de proteção, contribuindo assim para o aumento da proteção radiológica do usuário. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / 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. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / As doses de radiação ionizante para os trabalhadores no transporte de material radioativo devem ser tão pequenas quanto razoavelmente exequível. As doses médias dos motoristas e carregadores amostrados neste trabalho devem ser diminuídas. A demonstração do controle das doses em veículo rodoviário com material radioativo, requisitada pelo regulamento brasileiro atual, norma CNEN NE 5.01, é apresentada em formulário próprio com valores de exposição obtidos em posições de ocupação regular de indivíduos do público e de trabalhadores, mesmo quando se expede veículo sem a necessidade de uso exclusivo (∑ IT 50). Este trabalho mostra, por meio de pesquisa bibliográfica, elaboração de modelos e pesquisa de campo, que esta demonstração do controle com a obtenção dos valores de exposição nesta situação, para um método de controle melhor, deve ser realizada pela apresentação do registro do acúmulo de cargas, limitado (∑ IT 50), a fim de evitar a obtenção destas medidas, para que haja padronização com regulamentos estrangeiros e para que os custos e os tempos, importantes para expedição de radiofármacos com meia-vida curta, e também as atuais doses laborais dos técnicos de radioproteção sejam todos diminuídos. Os valores de exposição dos parâmetros utilizados com esse método são menores do que seus limites regulamentares. Para contribuir com essas finalidades devem ser apresentadas pelo regulamento brasileiro atualizado as distâncias de segregação entre as cargas e as cabines dos veículos. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O objetivo principal deste estudo foi analisar, na Gerência de Aceleradores Cíclotron do IPEN, o controle das doses de radiação ionizante e sua distribuição, comparando seus valores com as exigências regulamentares. A análise do controle das taxas de dose por meio do monitoramento de área foi realizada a partir de dados obtidos durante as produções de Flúor-18 no período de janeiro de 2010 a dezembro de 2011, totalizando 1011 medidas em cada ponto monitorado. A análise das doses provenientes de exposições ocupacionais foi realizada por meio de consulta aos históricos de dose individual. Durante os anos de 2007 a 2011 foram analisados os registros individuais das doses efetivas, totalizando 91 registros e de 2009 a 2011 foram analisados os registros de dose equivalente (nas mãos), totalizando 49 registros. Os indivíduos ocupacionalmente expostos envolvidos no estudo foram classificados, de acordo com a tarefa, em três grupos: alvos, radioproteção e operação e manutenção. Os resultados obtidos dos níveis de exposição ocupacional da radiação foram analisados e comparados com os limites estabelecidos pela autoridade regulatória nacional e com as recomendações internacionais. Com base nos resultados registrados do monitoramento de área e das doses recebidas, os procedimentos de radioproteção aplicados na instalação durante o período estudado foram averiguados e sugestões de melhorias foram dadas sob o ponto de vista da proteção radiológica. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09245.pdf: 3753977 bytes, checksum: f018e58c5c2f31d50af3bf44a9be9821 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP