Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06775.pdf: 15025996 bytes, checksum: fbd53da186ea56301e555ed353c39360 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-11-12T10:44:49Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-11-12T10:44:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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.

Currently in the area of radiation protection, the principle ALARA (As Low As Reasonable Achievable) is being used. Through this principle the radiation burden of workers with ionising radiation is optimised. One of the economic tools used here is the {\clqq}cost-benefit analysis``. It is one of the first analytical methods which are recommended by the ICRP (International Commission on Radiological Protection) for optimising costs needed to secure radiation protection. The cost benefit analysis is a good and efficient economical tool. With the help of this method it is possible to do the optimisation as well as to prove it. It takes into consideration all significant economic and social factors that are prescribed and recommended. Especially, it can prove that all expositions are kept as low as they are reasonable achievable, while considering the economic angle. Basically, it is a conception which is applicable in all areas of the public as well as private sector, in all areas of human activity. In this thesis some particular examples of using the CBA at the NPP Temelín are shown and compared with the achieved level of RP. Based on that the ALARA system at our workplace is demonstrated. The CB analysis with its extended forms helps to make principal and continuous decisions, and it is an essential factor in protection from harmful effects of ionising radiation. Its main contribution lies in the areas where it is necessary to build additional technical or building barriers. It is very important in designing and building new workplaces with ionising radiation.

Os isótopos do gás radioativo radônio são gerados a partir de qualquer solo ou rocha que contenha urânio e tório na sua composição. Desta forma, rochas ornamentais utilizadas na construção civil são fontes naturais dos isótopos de radônio que podem gerar concentrações em interiores superiores às recomendadas internacionalmente. Visto que o Brasil é um importante produtor e exportador de rochas ornamentais, investigou-se nesta pesquisa: um método de triagem das amostras de baixo custo e eficiente; as correlações entre o Index gama e as exalações de radônio e torônio; a influência dos parâmetros físicos da rocha nas exalações; a distância de difusão do Rn-222 nas placas de rocha; a utilização de métodos de redução das exalações de radônio e torônio; associações preferenciais de urânio e tório com outros elementos químicos e as proporções de radônio e torônio nas amostras. Quarenta (40) amostras de rochas ornamentais coletadas no Brasil e na Suíça foram estudadas e submetidas às seguintes análises: fluorescência de raios X, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, análise de lâminas em microscópio, picnometria, umidade, porosidade, permeabilidade, espectrometria gama, análise por ativação neutrônica, microscopia confocal, análise das exalações de radônio e torônio utilizando célula de cintilação, detecção de radioatividade utilizando detector portátil de contaminação e aplicação de impermeabilizante. Análises estatísticas univariadas e multivariadas foram conduzidas com o software Statistica 13. Os principais resultados das recomendações foram: uso do detector portátil de radiação como método de triagem das amostras selecionadas; uso do valor limite um (1) do Index gama para placas de rocha ornamental; adotar 150 Bq/hm2 como valor limite de exalação total de radônio; uso de polimento e de substância impermeabilizante como métodos de tratamento superficiais para diminuição das exalações de radônio e torônio; minerais contendo elementos de terras raras apresentaram maior quantidade de U e Th associados; e as proporções de Th/U nas amostras brasileiras (5 a 15) foram maiores do que a média global (3 a 4). / Radioactive radon gas isotopes are generated from any soil or rock containing uranium and thorium in its composition. Thus, ornamental rocks used in construction are natural sources of radon and can generate indoor concentrations higher than those recommended internationally. As Brazil is an important producer and exporter of ornamental rocks; it was investigated in this research: an inexpensive and efficient way of sorting samples; correlations between gamma Index and the exhalations of radon and thoron; the influence of physical parameters on rock exhalations; Rn-222 diffusion length in rock plates; methods for reducing radon and thoron exhalations; preferential associations of uranium and thorium with other chemical elements and the proportions of radon and thoron in samples. Forty (40) ornamental rocks samples collected in Brazil and Switzerland were studied and submitted to the following analysis: X-ray fluorescence, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, thin section microscope analysis, pycnometry, moisture analysis, porosity, permeability, gamma spectrometry, neutron activation analysis, confocal microscopy, radon and thoron exhalation analysis using scintillation cell, radioactivity detection using a portable contamination detector and application of a waterproofing substance. Univariate and multivariate statistical analysis were conducted with Statistica 13 software. The main results of the recommendations were as follows: use of a portable radiation detector as screening method for the selected samples; adopt gamma Index limit value of one (1) for ornamental rock plates; adopt total radon exhalation limit value of 150 Bq/hm2; use polishing and waterproof substance as surface treatment methods for reducing radon and thoron exhalations rates; minerals containing rare earth elements showed higher amount of associated U and Th; Th/U proportions in Brazilian samples (5 to 15) were higher than the global average (3 to 4).

Exames radiográficos para fins de saúde constituem a principal fonte de exposição da população à radiação ionizante artificial, devendo empregar a dose mínima necessária para que se obtenha imagem de qualidade. Colimadores retangulares têm sido propostos em substituição aos circulares para reduzir a exposição de órgãos críticos. Este estudo teve por objetivo verificar se existe diferença na dose de radiação nas regiões de cristalino e tireóide durante a realização de um exame periapical completo, em função da forma e do tamanho do colimador utilizado. Trinta pacientes foram aleatoriamente distribuídos em três grupos: 1 - colimador circular convencional com 60 mm de diâmetro; 2 - colimador retangular com 24 x 32 mm² e 3 - colimador retangular com 30 x 40 mm2. As condições de exame foram padronizadas para os três grupos. A dose foi obtida por meio de dosímetros termoluminescentes de LiF:Mg.Cu.P (TLD-100H), que permaneceram, durante a execução das 14 radiografias do exame completo periapical, posicionados sobre os olhos (cristalino) direito e esquerdo e sobre a região da tireóide, abaixo do protetor plumbífero. Os resultados finais foram submetidos aos testes não-paramétricos de Kruskal-Wallis e Friedman, ambos complementados por seus testes de comparações múltiplas, ao nível de significância de 5%. No grupo 2 houve redução significativa na dose de radiação absorvida na região dos olhos em relação aos grupos 1 e 3. Os grupos 2 e 3 apresentaram redução significativa na dose de radiação absorvida na tireóide em relação ao grupo 1. Nos três grupos, a dose absorvida na região dos olhos é significativamente maior do que a dose absorvida pela tireóide. O uso do colimador retangular reduziu significativamente a dose absorvida na tireóide. / X rays examinations are the main source of population's exposure to artificial ionizing radiation. Radiation dose in such examinations should be as low as possible but still ensuring a good image quality. Rectangular collimators have been proposed in substitution to the circular ones in order to minimize the radiation exposure to nearby critical organs. This study aims to compare the radiation doses in the lens of the eyes (right and left) and thyroid gland obtained using different collimators, in a complete periapical examination (14 radiographic exposures). Thirty patients have been randomly allocated to three groups: 1 - using a 60 mm diameter conventional circular collimator; 2 - using a 24 x 32 mm² rectangular collimator; and 3 - using a 30 x 40 mm2 rectangular collimator. The doses were measured by LiF:Mg,Cu,P thermoluminescent dosimeters (TLD-100H) positioned over both right and left eyes and under the lead thyroid protector shield, in the thyroid gland position. Final results were submitted to Kruskal-Wallis and Friedman non-parametric statistics analysis, complemented by multiple comparison tests, with 5% significance level. Group 2 presented a significant dose reduction in the eyes region compared to groups 1 and 3. Groups 2 and 3 showed a significant dose reduction in the thyroid gland region compared to group1.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O valor alfa é um critério extremamente importante, pois determina o tempo que um País levará para atingir suas metas na diminuição da distribuição das doses em trabalhadores envolvidos com fontes de radiação ionizante. Atualmente os paises adotam um valor único para ? baseado no Produto Interno Bruto per Capita. Neste trabalho, pretende-se mostrar que seria possível a escolha de uma curva para ? ao invés de um único valor. Esta curva por sua vez, seria capaz de fornecer valores para ? que estariam vinculados às maiores doses individuais observadas em cada processo de otimização, tanto de projeto quanto de operação. Os valores para a construção das curvas ?, aqui sugeridos, não dependeriam mais do Produto Interno Bruto per Capita mas seriam função da distribuição das doses individuais máximas e do prazo necessário para atingir a meta de 1/10 do limite de dose anual previsto, isto é, alcançar a região de doses individuais consideradas aceitáveis. Esta nova conceituação do valor alfa viria resolver muitos problemas criados pela teoria atual, entre os quais destacamos: a) somente pode ser realizada uma otimização para cada conjunto (família) de opções de radioproteção. b) cada país tem limites restritos diferenciados, que podem causar graves problemas nos intercâmbios internacionais. c) dificulta o cálculo de prováveis casos de morte em virtude do valor da dose coletiva, considerado indesejável pelos organismos internacionais. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O trabalho apresenta uma metodologia para aplicação de procedimentos de referência, seguindo as recomendações da Portaria Federal n° 453 do Ministério da Saúde (PF 453), para controle de qualidade em sistemas de radiodiagnóstico odontológico, que possa ser aplicada em consultórios odontológicos, visando uma melhoria na qualidade da imagem radiológica e a diminuição da dose no paciente. Foram realizados testes em um equipamento de raios X intrabucal, seguindo uma metodologia desenvolvida neste trabalho e os requisitos da PF 453. Foi desenvolvido neste trabalho um objeto teste (objeto simulador) para a verificação da melhor qualidade de imagem em relação ao menor tempo de exposição. A utilização deste objeto permitiu a redução do tempo de exposição de 0,5 s, maior valor da região linear da curva característica, para 0,2 s. O sistema de raios X testado atendeu de maneira satisfatória à norma, destacando que a dose de entrada na pele diminuiu com o uso de posicionadores, mas o tamanho do campo aumentou e ultrapassou o valor máximo de 6cm recomendado nesta portaria. A importância do controle de qualidade em sistemas de radiodiagnóstico odontológico é evidenciada pelo uso rotineiro da radiação X nos consultórios odontológicos. A PF 453 recomenda a realização dos testes de constância com freqüência mínima de 2 anos, porém sugere-se que o próprio profissional, cirurgião-dentista, implemente seu controle interno da qualidade das radiografias obtidas em seu aparelho. Isto poderá ser executado por meio de exposições mensais do objeto teste (objeto simulador) desenvolvido neste trabalho. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O fosfogesso é um resíduo da indústria de fertilizantes fosfatados que concentra radionuclídeos naturais. Neste trabalho foi estudada a taxa de exalação de 222Rn em placas e tijolos de fosfogesso, visando sua utilização na construção de residências. Para tanto, foram determinadas a taxa de exalação de 222Rn por meio da técnica da câmara de acumulação com detectores sólidos de traços nucleares (SSNTD) inseridos em uma câmara de difusão e a dose efetiva para um indivíduo habitando uma residência construída com esses materiais. A título de comparação foi também determinada a taxa de exalação teórica, por meio do modelo proposto pela UNSCEAR, a partir da concentração de 226Ra nas placas e tijolos de fosfogesso. A contribuição do revestimento na superfície dos materiais para a diminuição da taxa de exalação de radônio foi também avaliada. Foram estudados placas e tijolos fabricados com fosfogesso das empresas Bunge Fertilizantes, Ultrafertil e Fosfertil e tijolos fabricados com gesso comum. Os valores médios obtidos foram 0,19 0,06 Bq m-2 h-1, 1,3 0,3 Bq m-2 h-1 e 0,41 0,07 Bq m-2 h-1 para as placas fabricadas com fosfogesso proveniente das empresas Bunge, Ultrafertil e Fosfertil, respectivamente. Já para os tijolos de fosfogesso, os valores foram 0,11 0,01 Bq m-2 h-1, 1,2 0,6 Bq m-2 h-1, 0,47 0,15 Bq m-2 h-1, para o fosfogesso da Bunge, Ultrafertil e Fosfertil. O tijolo fabricado com gesso comum apresentou valor médio de 0,18 0,08 Bq m-2 h-1. As doses efetivas anuais para um indivíduo habitando uma residência construída como os tijolos ou placas de fosfogesso de qualquer uma das procedências ficaram abaixo do limite de dose efetiva para indivíduos do público de 1 mSva-1 estabelecido pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tanto em Medicina Nuclear como em outras aplicações científicas as ferramentas para cálculos dosimétricos são de suma importância para atender os princípios básicos de proteção radiológica. Este trabalho desenvolve o manequim matemático da mulher brasileira, para ser usado como base em cálculos das Frações Absorvidas Específicas (FAEs) nos órgãos do corpo e no esqueleto, em virtude dos objetivos com relação à diagnose ou à terapia em Medicina Nuclear. O manequim ora desenvolvido é similar, na forma, ao manequim de Snyder tornando-o mais realístico para as condições antropomórficas da mulher brasileira. Para isso, utilizou-se o formalismo do método Monte Carlo, através do código computacional ALGAM-97®. Como contribuição aos objetivos deste trabalho, foi desenvolvido e implementado o sistema computacional cFAE – consulta Fração Absorvida Específica, que se torna mais versátil para a consulta do usuário pesquisador. A interface de diálogo com o operador foi projetada seguindo a atual tendência de utilização de uma linguagem orientada para o evento. Essa interface permite que o usuário navegue através dos manequins referência, escolha o órgão fonte, a energia desejada e receba as respostas num diálogo eficiente e intuitivo. O sistema fornece, além dos dados referentes à mulher brasileira, também aqueles referentes ao modelo de Snyder e ao modelo do homem brasileiro. O sistema possibilita não apenas introduzir os dados individuais para as FAEs dos três manequins, mas também a comparação entre eles. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP