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The radiological hazards from tritium are usually associated with exposure to tritium oxide either by inhalation, ingestion or permeation through skin. However, exposure from skin-contact with tritium gas contaminated surfaces represents a different radiological hazard in tritium removal facilities and future fusion power plants. Previous experiments on humans by Eakins et al. (8), and more recent experiments on hairless rats at Chalk River Laboratories have shown that when a tritium gas-contaminated surface is brought into contact with intact skin, high concentrations of organically-bound tritium in urine and skin are observed which were not seen from single tritiated water (liquid or vapour form) contamination. The results of the rat experiments, which involved measurements of tritium activity in urine and skin, after contact with contaminated stainless steel, are described. These results are also compared to previous data from human experiments. The effect of various exposure conditions and different contaminated surfaces such as brass, aluminum and glass are analysed and related to the results from contaminated stainless steel exposure. Dosimetric models are being developed in order to improve the basis for dose assessment for this mode of tritium uptake. The presently studied model is explained along with the assumptions and methods involved in its derivation. The features of 'STELLA', the software program used to implement the model, are discussed. The methods used to estimate skin and whole body dose from a model are demonstrated. Finally, some experiments for improving the accuracy of the model are proposed. Briefly, this study compares the results from animal and human experiments as well as different exposure conditions, and determine the range of whole body and skin dose that may be involved from skin-contact intake. This information is essential for regulatory purposes particularly in the derivation of doses for skin-contact contamination. / Thesis / Master of Science (MS)

Magnesium tetraborate is a candidate phosphor for a laser-heated thermoluminescence (TL) dosimetry system which is under development. Near tissue-equivalent radiation absorption properties and reported sensitivity to low radiation doses offer advantages over commonly employed LiF phosphors. Sintered wafers suitable for routine measurement were prepared. The effects of powder preparation conditions and activator concentration on TL sensitivity were investigated. Samples with additional impurities (co-doped samples) were prepared in order to increase sensitivity through coactivation or sensitization effects. TL emission spectra were employed to evaluate the effects of co-doping. / Master of Science / incomplete_metadata

Doenças cardiovasculares (DCVs) são uma das maiores causas de morte ao redor do mundo, de acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS). Sabe-se que, alterações do nível das lipoproteínas plasmáticas, que são responsáveis pelo transporte do colesterol pela corrente sanguínea, estão relacionadas com o desenvolvimento de doenças cardiovasculares. Por essa razão conhecer os parâmetros biocinéticos das lipoproteínas plasmáticas e quantificá-los é importante para corrigir e aprofundar estudos relacionados às doenças associadas a alterações no nível das lipoproteínas. O objetivo principal deste trabalho é fornecer um modelo biocinético e estimar as doses radiométricas para o 3H-Colesterol, um traçador radioativo empregado em estudos fisiológicos e metabólicos. O modelo utilizado neste trabalho foi baseado em [SCHWARTZ e col., 2004] quanto à distribuição do colesterol pelas lipoproteínas e no modelo gastrointestinal do [ICRP 30, 1979]. As doses distribuídas nos compartimentos do modelo e nos órgãos e tecidos de um adulto padrão descritos no [ICRP 106, 2008] foram calculadas utilizando a metodologia MIRD (Medical Internal Radiation Dose) e a análise compartimental realizada pelo programa computacional Matlab®. Os coeficientes de doses foram estimados para um phantom de um homem padrão (73 kg) descrito no [ICRP 60, 1991]. As doses estimadas tanto para o modelo quanto as estimadas para outros órgãos foram baixas e não ultrapassaram a maior dose obtida que foi no intestino grosso superior, como sendo 46,8 μGy. Esses parâmetros poderão ser utilizados como auxilio em trabalhos que necessitem de pareceres dos comitês de ética, quanto ao uso do 3H-Colesterol como traçador radioativo. / Cardiovascular diseases (CVDs) are one of the major reasons of death around the world according to the World Health Organization (WHO). It is well known that changes in levels of plasma lipoproteins, which are responsible for the transport of cholesterol into the bloodstream, are associated with cardiovascular diseases. For this reason to know the biokinetic parameters of plasma lipoproteins and quantifies them is important to correct and deep understanding about the diseases associated with these disorders. The main aim of this study is to provide a biokinetic model and estimate the radiometric doses for 3H-Cholesterol, a radioactive tracer widely used in physiological and metabolic studies. The model was based on [Schwartz et al. 2004] about the distribution of cholesterol by the lipoprotein and gastrointestinal model [ICRP 30, 1979]. The doses distribution in compartments of the model and other organs and tissues of a standard adult described in [ICRP 106, 2008] was calculated using MIRD method (Medical Internal Radiation Dose) and compartmental analysis using the computer program Matlab®. The dose coefficients were estimated for a standard phantom man (73 kg) described in [ICRP 60, 1991]. The estimated doses for both model and for other organs were low and did not exceed the highest dose obtained that was in the upper large intestine, as 46.8 μGy these parameters will assist in ethics committees opinions on the use of works that use the 3H-cholesterol which radioactive tracer.

Nenhuma / O câncer de próstata é o segundo mais ocorrente entre os homens. A braquiterapia com a utilização de sementes de iodo-125 se apresenta como uma das formas de tratamento. Na terapia do câncer de próstata são utilizadas de 80 a 120 sementes de iodo-125 que são implantadas no órgão seguindo um planejamento. Durante o posicionamento e com o passar do tempo, as sementes implantadas sofrem pequenos deslocamentos em relação à posição inicialmente planejada. Estes deslocamentos podem causar diferenças na deposição de dose no volume tumoral. Este trabalho fez um estudo de dosimetria de sementes de iodo-125 utilizadas em braquiterapia de baixa taxa de dose. Na primeira etapa do trabalho, foi realizado o levantamento dos parâmetros dosimétricos da semente seguindo as recomendações do protocolo TG-43 com o objetivo de validar a metodologia. Em seguida, foi realizado um estudo quantitativo da variação na distribuição de dose para três configurações de quatro sementes Oncoseed 6711, sendo duas delas com as quatro sementes em posições simétricas e uma com as sementes apresentando pequenos deslocamentos. Utilizou-se um objeto simulador de tecido mole e dosímetros TLD. Em seguida, um estudo qualitativo das isodoses geradas pelas configurações foi realizado utilizando-se filme radiocrômico, modelo Gafchromic. Este método foi utilizado a fim de complementar o estudo realizado com os cristais. Os parâmetros dosimétricos da semente levantados neste trabalho apresentaram excelente concordância com os valores consensuais do TG -43, validando assim, a metodologia empregada nesta pesquisa. Finalmente, os resultados obtidos com filmes radiocrômicos e dosímetros termoluminescentes mostraram que existe uma diferença significativa na distribuição de dose quando há modificação de posicionamento entre as sementes. A utilização destes dois métodos simultaneamente se mostrou eficiente uma vez que os cristais trazem uma visão pontual e o filme traz uma visão global da distribuição de dose. / Prostate cancer is the second most common cancer among men. Iodine-125 brachytherapy seeds are presented as a form of treatment. In prostate cancer therapy 80-120 iodine-125 seeds are implanted in the organ following a previous planning. During positioning and after it, the implanted seeds can undergo slight displacements relative to the original position. These deviations may cause changes in dose distribution in the tumor volume. This work has made a dosimetry study for iodine-125 seeds used in low dose rate brachytherapy. In the first stage, we performed a one seed dosimetric parameters study following the TG-43 protocol recommendations with the objective of validating our methodology. Then a quantitative study of the variation in dose distribution for three configurations of four seeds OncoSeed 6711 was conducted with two configurations using the seeds in symmetrical positions and the other presenting small displacements. A soft tissue phantom and TLD dosimeters were used. Then a qualitative study of isodose curves of the configurations was performed using radiochromic film, Gafchromic model. This method was used to complement the study of the crystals. The seeds dosimetric parameters obtained in this work showed excellent agreement with the TG-43 consensual values, thus validating the methodology used in this work. The results obtained with radiochromic film and thermoluminescent dosimeters have shown that there is a significant difference in dose distribution when there is a change in the positioning of the seeds. The use of these two methods simultaneously is efficient since the crystals bring a point view and the film has a global view of the dose distribution

Neste trabalho são apresentados os resultados da caracterização dosimétrica de dois diodos especiais de silício, resistentes a danos de radiação, crescidos pelo método epitaxial com vistas a sua aplicação na monitoração em tempo real de feixes de fótons de qualidades de radiodiagnóstico convencional, mamografia e tomografia computadorizada, no intervalo de tensão de 28 kV a 150 kV. Os dispositivos utilizados, um submetido à pré-dose de 200 kGy de raios gama do 60Co no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) do IPENCNEN/ SP, e outro sem qualquer irradiação prévia, foram processados na Universidade de Hamburgo a partir de uma camada epitaxial com 50 μm de espessura. Apenas para comparação, um diodo de Si crescido por fusão zonal padrão foi também estudado. As irradiações foram realizadas no Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) do IPEN/CNEN-SP, onde está instalado um gerador de radiação X, Pantak-Seifert, Isovolt 160 HS, cujas qualidades de radiação foram verificadas por câmaras de ionização padronizadas. Os diodos foram ligados a um eletrômetro Keithley 6517B em modo fotovoltaico, com a distância do ponto focal do gerador aos diodos mantida em 1 m. Os principais parâmetros dosimétricos das amostras foram avaliados de acordo com a norma IEC61674. Os coeficientes de calibração dos diodos em termos do kerma no ar também foram determinados. Os diodos apresentaram excelente estabilidade de resposta em curto prazo para as qualidades estudadas, com coeficientes de variação em corrente equivalentes e não superiores a 0,3%. O comportamento das fotocorrentes em função da taxa de dose foi linear para os três dispositivos no intervalo de 0,8 a 77,2 mGy/min. As curvas carga-dose obtidas pela integração dos sinais de corrente tornaram evidente a ausência de dependência energética para feixes de mamografia e de radiodiagnóstico até 70 kV. O diodo epitaxial sem pré-dose apresentou maior sensibilidade em corrente e em carga em relação aos demais, com queda neste parâmetro de 8% após receber dose acumulada de 49 Gy. Até este limite de dose, as correntes de fuga dos dispositivos mantiveram-se estáveis em cerca de 0,4 pA ao longo das irradiações, sendo menores por um fator até 104 em relação às correntes em condição de irradiação. A variação da resposta direcional de ambos diodos para o intervalo de ± 5° foi inferior a 0,1 % e seus coeficientes de calibração para os feixes estudados foram determinados a partir dos padrões de referência do LCI. As alterações das características elétricas das amostras em função de danos de radiação foram também estudadas e não revelaram alteração significativa para tensão de polarização nula. Com base nos resultados obtidos até o presente e considerando as recomendações da norma IEC 61674, pode-se afirmar que diodos epitaxiais sem pré-dose e com pré-dose podem ser empregados de forma confiável na dosimetria de feixes de radiação eletromagnética para imagens médicas até o limite de dose acumulada de 10 Gy e acima de 206 kGy, respectivamente. / In this work we report on results obtained with two rad-hard epitaxial (EPI) silicon diodes as on-line dosimeter for diagnostic radiology, mammography and computed tomography, in the 28 kV to 150 kV range. The epitaxial diodes used were processed at University of Hamburg on 50 μm thick epitaxial silicon layer. One sample was not irradiated before using as a dosimeter, while the other received a gamma pre-dose of 200 kGy from 60Co. For comparison, a standard float zone silicon diode was also studied. The samples irradiation was performed using X-ray beams from a Pantak/Seifert generator, model Isovolt 160 HS, previously calibrated with standardized ionization chambers, located at Laboratório de Calibração de Instrumentos of IPEN-CNEN/SP. The diode was connected to an electrometer Keithley 6517B in the photovoltaic mode. Irradiations were carried out with the diodes positioned at 1m from the X-ray tube (focal spot). The main dosimetric parameters of the EPI samples were evaluated in according to IEC 61674 norm. The calibration coefficients of the diode, in terms of air kerma, were also determined. The repeatability was measured with photon beams of all qualities. The current signals induced showed the diodes are stable, characterized by coefficients of variation less than 0.3%. The current response of the unirradiated EPI diode has been shown to be very linear with dose-rate in the range of 0.8 up to 77.2 mGy/min. A linear relation between charge and dose in the whole energy range was observed for the three samples. It is important to notice that for EPI diodes non energy dependence was observed for mammography beams and until 70kV for radiodiagnostic qualities. The unirradiated diode presented sensitivity higher than the others, showing a decrease of 8% in this parameter after accumulated dose of 49.15 Gy. The dark currents were stable about 0.4 pA during the irradiations, value 104 higher than the lowest photocurrents measured. The directional response of both diodes was 0.1% within an angle range of ± 5°. Based on these results, one can conclude that the unirradiated and pre-irradiated EPI diodes can be used as a reliable alternative choice to relative medical imaging photon dosimetry within 10 Gy and 206 kGy of accumulated dose, respectively.

Neste trabalho foram avaliadas as principais características dosimétricas de diodos crescidos pelos métodos de Fusão Zonal (FZ) e Czochralski magnético (MCz), resistentes a danos de radiação, quando aplicados em dosimetria de processos de irradiação industrial com elétrons (1,5 MeV) e raios gama (60Co). O sistema dosimétrico proposto baseia-se no registro de valores de correntes elétricas geradas nos diodos devido à passagem da radiação ionizante. A uniformidade de resposta de um lote de dispositivos foi analisada para os diodos FZ do tipo n irradiados com raios gama. Para uma dose de até 5 kGy obteve-se um coeficiente de variação de 1,25% dos valores de corrente elétrica registrados. A queda da sensibilidade dos diodos com o acúmulo de dose (Total Ionizing Dose TID) foi observada, de acordo com o esperado, para ambos os diodos FZ e MCz, sendo mais acentuada para dispositivos do tipo n ou com resistividade menor, quando irradiados com raios gama. Nos procedimentos de irradiação com elétrons foram utilizados dois protótipos de sonda dosimétrica, sendo que um deles foi projetado para evitar a deterioração dos contatos elétricos e da metalização dos diodos, fenômeno observado durante o desenvolvimento do projeto. A queda da sensibilidade dos diodos FZ e MCz pré-irradiados foi de aproximadamente 10% e 40%, respectivamente, durante os procedimentos de irradiação com elétrons para uma dose acumulada total de 1,25 MGy. A influência dos danos causados por esse tipo de radiação nas propriedades elétricas dos diodos FZ e MCz foi avaliada por meio das medições de corrente de fuga e da capacitância em função da tensão de polarização. A corrente de fuga, que aumenta com a dose de radiação acumulada, não contribui significativamente para a formação do sinal de corrente durante a irradiação, uma vez que os diodos são operados no modo fotovoltaico, ou seja, sem tensão de polarização. Para o diodo MCz não foram observadas alterações significativas dos valores de tensão de depleção total, evidenciando sua maior tolerância aos danos induzidos pela radiação, como esperado. Como durante os procedimentos de irradiação com elétrons há uma variação acentuada dos valores de temperatura, a influência deste parâmetro para as medições de corrente elétrica foi avaliada por meio da extrapolação dos valores de corrente de fuga até 35°C. A contribuição da corrente de fuga para a corrente induzida pela radiação, devido ao aumento da temperatura, não ultrapassa 0,1% para os diodos FZ e MCz. A influência do tipo de radiação, elétrons ou raios gama, na pré-dose dos diodos foi avaliada para o dispositivo FZ do tipo n e observou-se que a pré-irradiação com elétrons é mais eficiente no tocante à queda da sensibilidade dos dispositivos. Os resultados apresentados neste trabalho indicam a potencialidade da aplicação dos diodos FZ e MCz como dosímetros em processos de irradiação de rotina com raios gama e elétrons. Vale ressaltar que a vantagem do sistema proposto reside na possibilidade de acompanhamento em tempo real dos processos envolvidos, sobretudo para elétrons, permitindo a monitoração dos parâmetros dos aceleradores, tais como velocidade de esteira e corrente elétrica de feixe. / In this work the main dosimetric characteristics of rad-hard Float Zone (FZ) and magnetic Czochralski (MCz) diodes to electrons (1.5 MeV) and gamma (60Co) radiation are evaluated. The dosimetric system proposed is based on electrical current measurements due to radiation interactions on the devices. The batch response uniformity was studied for the n-type FZ diodes irradiated with gamma rays. The coefficient of variation of the current measurement was about 1.25% at 5 kGy of accumulated dose. A sensitivity decrease with the increase of the accumulated dose (Total Ionizing Dose TID) was observed for both FZ and MCz diodes. For gamma irradiation, these effect is more pronounced for n-type or smaller resistivity diodes. Two types of dosimetric probe were used on the electron irradiation procedures, one of them specially designed to avoid the deterioration of the electrical contacts and the diodes metallization. The sensitivity of the preirradiated FZ and MCz diodes fell about 10% and 40%, respectively, during electron irradiation at 1.25 MGy of accumulated dose. The effect of electron radiation damage on the electrical properties of the diodes was studied by the means of leakage current and capacitance measurements as a function of bias voltage. The leakage current increases with the accumulated dose but does not contributes significantly to the current signal, since the diodes are operated in photovoltaic mode, without bias voltage. For the MCz diode no change in the full depletion voltage was observed, which indicates its higher tolerance to radiation-induced damage, as expected. During electron irradiation the temperature increases and in order to determine its influence for the current signals, the leakage current values were extrapolated up to 35 °C. The contribution does not exceed 0.1% for FZ and MCz diodes. The effect of the radiation type, electrons or gamma rays, on the predose procedures was analyzed for the FZ n-type device and was observed that the electron pre-irradiation is more efficient regarding the sensitivity decrease. The present work indicates the potential application of FZ and MCz diodes as dosimeters in gamma rays and in electron routine irradiation processes. It is worth noting that the proposed system advantage relies on the possibility of real-time monitoring of electron accelerator parameters.

Neste trabalho, estão descritos os métodos de seleção, calibração e de determinação dos fatores de correção, as características físicas dos dosímetros termoluminescentes, o procedimento de cálculo para converter a leitura do dosímetro em dose absorvida e a metodologia para se determinar a dose de entrada. Foram investigadas a praticidade e a utilidade das medidas de dose de entrada com os dosímetros termoluminescentes, bem como a exatidão e a reprodutibilidade no fornecimento da dose diária. As medidas de dose de entrada foram realizadas em cinco pacientes com diagnóstico de câncer de mama tratadas com um feixe de fótons de 6 MV. Não foram detectados grandes desvios entre a dose medida e a dose esperada (os valores concordaram em ± 5%), devido à excelente estabilidade do equipamento de tratamento, ao sistema automático de verificação e à boa exatidão no ajuste diário do tratamento. Uma boa precisão pode ser alcançada quando os fatores de correção para cada parâmetro de influência na resposta do dosímetro são cuidadosamente determinados e aplicados para converter o sinal termoluminescente em dose absorvida. O estudo demonstrou a viabilidade do uso dos dosímetros termoluminescentes para a dosimetria in vivo e sua utilidade como parte de um programa de garantia de qualidade em um serviço de radioterapia. / Selection, calibration procedure to convert TLD signal into absorbed dose and physical characteristics at the thermoluminescent dosimeters, as well as the determination of correction factors and the methodology to determine expected entrance dose, are described in this work. Practical aspects and the utility of entrance dose measures with thermoluminescent dosimeters were investigated, as well as the exactness and the reproducibility of the daily dose release. The entrance dose measures were performed in five patients with diagnosis of breast cancer treated with a 6 MV photon beam. The measured dose and the expected dose values agreed in ± 5%, due to excellent treatment equipment stability, to automatic verification system and the good exactness in the daily treatment adjustment. Good precision can be achieved when the correction factors for each parameter of influence in the dosimeter response are carefully determined and applied to convert the thermoluminescent signal into absorbed dose. The study demonstrates the viability of thermoluminescent dosimeters use for in vivo dosimetry and its utility as part of a quality assurance program in a radiation therapy service.

Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos com diodos resistentes a danos de radiação dos tipos fusão zonal padrão (FZ), fusão zonaI com difusão de oxigênio (DOFZ) e Czochralski magnético (MCz) em dosimetria de processamento por radiação gama. Estes dispositivos de junção p+-n-n+ foram manufaturados por Okmetic Oyj. (Vantaa, Finland) e processados no Centro de Microeletrônica da Universidade de Tecnologia de Helsinki no âmbito da colaboração RD50 do CERN. As sondas dosimétricas, baseadas nos dispositivos FZ, DOFZ and MCz, foram projetadas para operar sem tensão de polarização no modo de corrente direta como dosímetros on-line de radiação. As irradiações foram realizadas no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) no IPEN-CNEN/SP usando a fonte de 60Co (Gammacell 220 Nordion) com a taxa de dose de aproximadamente 2,4 kGy/h. A resposta em corrente de cada diodo foi medida em função do tempo de exposição em intervalos de dose desde 5 kGy até 50 kGy atingindo a dose total absorvida 275 kGy. Os resultados obtidos demonstraram um significante decréscimo da fotocorrente gerada em todos os dispositivos para doses totais absorvidas superiores a aproximadamente 25 kGy. Para reduzir este efeito, as amostras foram pré-irradiadas com raios gama do 60Co a uma dose de 700 kGy, para saturar a produção de armadilhas no volume sensível do diodo. Depois da pré-irradiação, apesar de serem menos sensíveis, todos os dispositivos apresentaram sinais de corrente estáveis mesmo para a dose total absorvida de 275 kGy. A fim de monitorar possíveis efeitos de danos de radiação VII produzidos nos diodos, as correntes de fuga e capacitância destes dispositivos foram medidas em função da dose total absorvida. As curvas de calibração dos dosímetros mostraram respostas quadráticas com coeficientes de correlação maiores do que 0,9999 para doses totais absorvidas de até 275 kGy. A comparação entre as respostas dosimétricas dos diodos estudados evidenciou que o melhor resultado foi obtido com o MCz que exibiu maiores sensibilidade e estabilidade do que os dispositivos FZ e DOFZ. No entanto, é importante notar que todos os diodos pré-irradiados podem ser utilizados como dosímetros em aplicações de processamento por radiação gama. / In this work we report on results obtained with rad-hard Standard Float Zone (FZ), Diffusion Oxygenated Float Zone (DOFZ) and Magnetic Czochralski (MCz) silicon diodes in gamma radiation processing dosimetry. These p+-n-n+ junction devices were manufactured by Okmetic Oyj. (Vantaa, Finland) and processed by the Microelectronics Center of Helsinki University of Technology in the framework of the CERN RD50 Collaboration. The dosimetric probes, based on FZ, DOFZ and MCz devices, were designed to operate without bias voltage in the direct current mode as on-line radiation dosimeter. The irradiations were performed in the Radiation Technology Center (CTR) at IPEN-CNEN/SP using a 60Co source (Gammacell 220 Nordion) with a dose rate around of 2.4 kGy/h. The current response of each diode was measured as a function of the exposure time in steps from 5 kGy up to 50 kGy to achieve a total absorbed dose of 275 kGy. The results obtained showed a significant decrease in the photocurrent generated in all devices for total absorbed doses higher than approximately 25 kGy. To reduce this effect, the samples were pre-irradiated with 60Co gamma rays at 700 kGy in order to saturate the trap production in the diodes sensitive volume. After pre-irradiation, despite of being less sensitive, all devices exhibited more stable photocurrent signals, even for total absorbed doses of 275 kGy. To monitor possible gamma radiation damage effects produced on the diodes, their dynamic leakage current and capacitance were measured as a function of the absorbed dose. IX The calibration curves of the dosimeters showed quadratic responses with correlation coefficient higher than 0.9999 for total absorbed dose up to 275 kGy. The comparison among the dosimetric response of the diodes studied evidenced that the best result was achieved with the MCz which exhibited higher sensitivity and stability than the FZ and DOFZ devices. However, it is important to note that all pre-irradiated diodes can be used as gamma dosimeters in radiation processing applications.