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Nas décadas de 1960 e 1970, as primeiras investigações de dosímetros termoluminescentes (TLD), especificamente, os picos dosimétricos, rapidamente revelaram um número surpreendente de fenômenos que poderiam estar diretamente relacionados à densidade de ionização. Um pouco mais tarde, nos anos 80 e no início dos anos 90, a radiação aparentemente desconectada induziu fenômenos que foram descobertos em outros sistemas baseados em fluoreto de lítio (LiF). A última década, no entanto, testemunhou o surgimento de vários modelos, encabeçado através de uma compreensão mais profunda dos mecanismos TL subjacentes, bem como na modelagem micro dosimétrica e especificamente desenvolvida para explicar fenômenos de densidade de ionização. Muitas aplicações em radioterapia fornecem níveis de dose de radiação superiores a 1 Gy, porém em radiodiagnóstico estão na faixa de alguns mGy, e níveis muito altos de precisão são necessárias para promover o tratamento ideal. Isto exige uma atenção muito cuidadosa aos protocolos de medição altamente detalhados, bem como à calibração demorada de todos os TLDs para corrigir a não-linearidade da resposta à dose. Essas propriedades podem variar de lote para lote e também podem ser uma função da exposição à radiação, do aquecimento e histórico de manuseio. Deste modo, mesmo com excelentes avanços nos estudos do TLD com relação aos tratamentos térmicos e às formas de análise da curva de emissão TL, é necessário continuar os estudos a fim de possibilitar uma melhor utilização desta técnica na clínica. Uma análise computadorizada da curva de emissão (CGCA do inglês, computadorized glow curve analisys) foi implementada utilizando dados provenientes do software WinREMS de dosímetros TL que absorvem e armazenam a energia da radiação ionizante, reemitida na forma de fóton na região do ultravioleta visível. A luz emitida é, então, detectada por uma fotomultiplicadora e correlacionada à dose absorvida recebida pelo material. Os picos de emissão foram ajustados por meio de um algoritmo no programa MATLAB adotando-se o modelo de cinética de primeira ordem. O material testado foi o LiF:Mg,Ti (fluoreto de lítio dopado com magnésio e titânio) da marca Harshaw e a qualidade do ajuste foi determinada por um parâmetro chamado figura de mérito (FOM - do inglês, figure of merit). O menor FOM obtido para o grupo de dosímetros foi de 1,04 % e o maior foi de 9,79 %. Também foi avaliada a dose mínima detectável, utilizando o parâmetro que apresentou melhor desempenho, segundo a homogeneidade do grupo de dosímetros. O valor médio de dose mínima apresentado foi 28 µGy. Os resultados de reprodutibilidade, índice de variabilidade do detector (DVI - do inglês, device variability index) foi 14,01 %, que pode ser explicado pelo alto número de dosímetros no lote. Então, com a diminuição do tempo de preparo do dosímetro e com a análise computadorizada da curva de emissão, a utilização clínica do TLD torna-se mais viável, visto que não houve interferência na sensibilidade do dosímetro. Apesar de a reprodutibilidade ter sido a cima do esperado, é indicado uma correção individual para cada dosímetro e o descarte daqueles que apresentarem valores mais discrepantes comparado ao lote. / In the decades of 1960 and 1970, the first investigations of termoluminescentes dosimeters (TLD), specifically, the dosimetric peaks quickly revealed a surprising number of phenomena that could be directly related to the density of ionization. A little later, in the years 80 and 90 at the beginning of the year, seemingly disconnected radiation induced phenomena were discovered on other systems based on lithium fluoride (LiF). The last decade, however, has witnessed the emergence of several models, spearheaded through a deeper understanding of the underlying TL mechanisms as well as in modeling specifically developed for microdosimetric and explain phenomena of ionization density. Many applications in radiation oncology provide levels of radiation dose in excess of 1 Gy, however in diagnostic radiology are in the range of a few mGy, and very high levels of precision are necessary to promote the ideal treatment. This requires careful attention to the highly detailed measurement protocols, as well as the time-consuming calibration of all TLDs to correct the non-linearity of dose-response. These properties can vary from batch to batch, and can also be a function of exposure to radiation, heating and handling history. In this way, even with excellent advances in the studies of the TLD for the heat treatment and the ways of issuing TL curve analysis, it is necessary to continue studies in order to enable a better use of this technique in the clinic. A computerized analysis of the emission curve (CGCA computadorized glow curve analysis) was implemented using data from the WinREMS software of TL dosimeters that absorb and store energy from ionizing radiation, reissued in the form of photon in the visible ultraviolet. The light emitted is then detected by a photomultiplier and correlated to the absorbed dose received by the material. The emission peaks were adjusted by means of an algorithm in MATLAB program by adopting the model of first-order kinetics. The material tested was the LiF: Mg, Ti (lithium fluoride doped with magnesium and titanium) brand Harshaw and the quality of the fit was determined by a parameter called figure of merit (FOM- figure of merit). The smallest FOM obtained for the group of dosimeters was 1.04% and the highest was 9.79%. Also minimum detectable dose was evaluated, using the parameter that showed better performance, according to the homogeneity of the Group of dosimeters. The average value of minimum dose presented was 28 µGy. The results of reproducibility, index of variability of the detector (DVI-English, device variability index) was 14.01%, which can be explained by the high number of dosimeters in the batch. Then, with the decrease in the time of preparation of the dosimeter and the computerized analysis of the emission curve, the clinical use of the TLD becomes more viable, since there was no interference on sensitivity of the dosimeter. Although the reproducibility have been above expectations, indicated a single correction for each badge and the disposal of those who submit more discrepant values compared to the batch.

Nas décadas de 1960 e 1970, as primeiras investigações de dosímetros termoluminescentes (TLD), especificamente, os picos dosimétricos, rapidamente revelaram um número surpreendente de fenômenos que poderiam estar diretamente relacionados à densidade de ionização. Um pouco mais tarde, nos anos 80 e no início dos anos 90, a radiação aparentemente desconectada induziu fenômenos que foram descobertos em outros sistemas baseados em fluoreto de lítio (LiF). A última década, no entanto, testemunhou o surgimento de vários modelos, encabeçado através de uma compreensão mais profunda dos mecanismos TL subjacentes, bem como na modelagem micro dosimétrica e especificamente desenvolvida para explicar fenômenos de densidade de ionização. Muitas aplicações em radioterapia fornecem níveis de dose de radiação superiores a 1 Gy, porém em radiodiagnóstico estão na faixa de alguns mGy, e níveis muito altos de precisão são necessárias para promover o tratamento ideal. Isto exige uma atenção muito cuidadosa aos protocolos de medição altamente detalhados, bem como à calibração demorada de todos os TLDs para corrigir a não-linearidade da resposta à dose. Essas propriedades podem variar de lote para lote e também podem ser uma função da exposição à radiação, do aquecimento e histórico de manuseio. Deste modo, mesmo com excelentes avanços nos estudos do TLD com relação aos tratamentos térmicos e às formas de análise da curva de emissão TL, é necessário continuar os estudos a fim de possibilitar uma melhor utilização desta técnica na clínica. Uma análise computadorizada da curva de emissão (CGCA do inglês, computadorized glow curve analisys) foi implementada utilizando dados provenientes do software WinREMS de dosímetros TL que absorvem e armazenam a energia da radiação ionizante, reemitida na forma de fóton na região do ultravioleta visível. A luz emitida é, então, detectada por uma fotomultiplicadora e correlacionada à dose absorvida recebida pelo material. Os picos de emissão foram ajustados por meio de um algoritmo no programa MATLAB adotando-se o modelo de cinética de primeira ordem. O material testado foi o LiF:Mg,Ti (fluoreto de lítio dopado com magnésio e titânio) da marca Harshaw e a qualidade do ajuste foi determinada por um parâmetro chamado figura de mérito (FOM - do inglês, figure of merit). O menor FOM obtido para o grupo de dosímetros foi de 1,04 % e o maior foi de 9,79 %. Também foi avaliada a dose mínima detectável, utilizando o parâmetro que apresentou melhor desempenho, segundo a homogeneidade do grupo de dosímetros. O valor médio de dose mínima apresentado foi 28 µGy. Os resultados de reprodutibilidade, índice de variabilidade do detector (DVI - do inglês, device variability index) foi 14,01 %, que pode ser explicado pelo alto número de dosímetros no lote. Então, com a diminuição do tempo de preparo do dosímetro e com a análise computadorizada da curva de emissão, a utilização clínica do TLD torna-se mais viável, visto que não houve interferência na sensibilidade do dosímetro. Apesar de a reprodutibilidade ter sido a cima do esperado, é indicado uma correção individual para cada dosímetro e o descarte daqueles que apresentarem valores mais discrepantes comparado ao lote. / In the decades of 1960 and 1970, the first investigations of termoluminescentes dosimeters (TLD), specifically, the dosimetric peaks quickly revealed a surprising number of phenomena that could be directly related to the density of ionization. A little later, in the years 80 and 90 at the beginning of the year, seemingly disconnected radiation induced phenomena were discovered on other systems based on lithium fluoride (LiF). The last decade, however, has witnessed the emergence of several models, spearheaded through a deeper understanding of the underlying TL mechanisms as well as in modeling specifically developed for microdosimetric and explain phenomena of ionization density. Many applications in radiation oncology provide levels of radiation dose in excess of 1 Gy, however in diagnostic radiology are in the range of a few mGy, and very high levels of precision are necessary to promote the ideal treatment. This requires careful attention to the highly detailed measurement protocols, as well as the time-consuming calibration of all TLDs to correct the non-linearity of dose-response. These properties can vary from batch to batch, and can also be a function of exposure to radiation, heating and handling history. In this way, even with excellent advances in the studies of the TLD for the heat treatment and the ways of issuing TL curve analysis, it is necessary to continue studies in order to enable a better use of this technique in the clinic. A computerized analysis of the emission curve (CGCA computadorized glow curve analysis) was implemented using data from the WinREMS software of TL dosimeters that absorb and store energy from ionizing radiation, reissued in the form of photon in the visible ultraviolet. The light emitted is then detected by a photomultiplier and correlated to the absorbed dose received by the material. The emission peaks were adjusted by means of an algorithm in MATLAB program by adopting the model of first-order kinetics. The material tested was the LiF: Mg, Ti (lithium fluoride doped with magnesium and titanium) brand Harshaw and the quality of the fit was determined by a parameter called figure of merit (FOM- figure of merit). The smallest FOM obtained for the group of dosimeters was 1.04% and the highest was 9.79%. Also minimum detectable dose was evaluated, using the parameter that showed better performance, according to the homogeneity of the Group of dosimeters. The average value of minimum dose presented was 28 µGy. The results of reproducibility, index of variability of the detector (DVI-English, device variability index) was 14.01%, which can be explained by the high number of dosimeters in the batch. Then, with the decrease in the time of preparation of the dosimeter and the computerized analysis of the emission curve, the clinical use of the TLD becomes more viable, since there was no interference on sensitivity of the dosimeter. Although the reproducibility have been above expectations, indicated a single correction for each badge and the disposal of those who submit more discrepant values compared to the batch.

Luminescence measurements have been applied to three different structures namely, sulphate, fluorides and YAG. In all cases the RE doping suppresses the intrinsic emission and results in intense luminescence characteristic of the RE dopant. Additionally, in double doped samples, or contaminated ones, the TL data show that each dopant defines a glow peak, which is displaced in temperature relative to the others. Examples of this were discussed for CaS04:Ce,Mn; YAG:Nd,Tb,Cr,Mn; BaF2:Ho,Ce and BaF2:Tm,Ce. The data are discussed in terms of an energy transfer model between different parts of extended defect complexes which encompass the RE ion and the lattice defects. Calcium sulphate doped with Dy define a TL peak near 200°C suitable for radiation measurements, but when co-doped with Ag the TL peak move to higher temperatures with minor effects on the peak sensitivity. In Ce,Mn double doped samples, the peak temperatures differ by -7°C between the Ce and Mn sites. The TL glow curves from alkaline earth fluorides are complex and contain several overlapping peaks. Curve fitting show that the peak maxima below room temperature are insensitive to the RE dopant. Additionally the host material has a modest effect on the peak positions. Above room temperature each dopant provides a TL curve specific to the added RE ion and do not show common peaks. Concentration has many effects on the resultant glow curve, and even at the lowest concentration used here (0.01%) there is evidence of cluster formation. Samples with high RE content show low values of the frequency factor consistent with the energy transfer model in that the emission from RE-RE cluster dominates over the emission from direct charge recombination within the defect complex. The effect of concentration and the TL mechanism operating below room temperature are also discussed. Luminescence signals from the near surface of YAG:Nd (via CL) were contrasted with those from the bulk material via RL. Results indicate that the outer few micron layers differ significantly in luminescence response from the bulk crystal. The differences were ascribed to result from solvents that enter the YAG lattice during the growth stage or subsequently from cleaning treatments via the dislocations caused by cutting and polishing. Additionally, the growth stage may include gases from the residual air in the growth furnace trapped into the YAG lattice. In each case there is a discontinuity in luminescence intensity and/or emission wavelengths at temperatures which mach the phase transitions of the contaminants. At the transition temperature there will be a sudden pressure change and this will induce surface expansion or bulk compression. The differences between the two cases were detected by the alternatives of CL and RL excitation, where the Nd or Er lines have moved in opposite directions. The detection of such low concentrations of solvents/trapped gases by luminescence is extremely difficult due to experimental limitations. Hence their role in luminescence generation is normally ignored.

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-12-21T15:11:54Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-12-21T15:11:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A Terapia por Captura de Nêutrons, NCT (Neutron Capture Therapy) é uma técnica radioterápica em que a energia útil do tratamento vem da energia liberada em uma reação nuclear e não do feixe primário, como comumente utilizado em outros procedimentos radioterápicos. O Boro, por constituir-se em um elemento de baixa toxicidade e por apresentar um isótopo (10B) com alta seção de choque para a reação 10B(n,α)7Li tem sido o elemento mais utilizado nas pesquisas que visam o aprimoramento e a promoção desta técnica, derivando daí o termo BNCT (Boron Neutron Capture Therapy). Para fins de pesquisa em BNCT foi construída ao longo de um dos extratores de feixes (BH - Beam Hole) do reator IEA-R1 uma instalação, onde filtros e moderadores são posicionados entre o núcleo do reator e a posição de irradiação com o objetivo de modular o feixe de irradiação, otimizando a componente útil do feixe, os nêutrons térmicos, e reduzindo os contaminantes, raios gama e nêutrons em outras faixas energéticas. Tem-se realizado estudos visando a implementação de melhorias na caracterização e otimização do feixe obtido nesse arranjo instalado no BH-3. Atualmente a monitoração dos nêutrons é feita através de folhas de ativação, e a componente gama pelo TLD-400. Uma nova metodologia de monitoração tem sido estudada pelo grupo. A referida técnica consiste em usar TLDs de tipos diferentes, ou seja, que possuam sensibilidades distintas aos nêutrons térmicos, em virtude de diferenças na concentração dos isótopos de Lítio. No estudo dessa nova metodologia têm sido usados os TLD-600 e TLD-700. Este trabalho propõe uma metodologia usando o par TLD-100 e TLD-700. Inicialmente foi verificada a reprodutibilidade das respostas dos TLDs 700, 400 e 100 frente a campos gama puro e campos mistos, gama e nêutron. Campos estes obtidos em arranjos usando fontes de 60Co e 241AmBe. A partir de simulações usando o VI MCNP5 foi projetado e construído um Irradiador de campos mistos, que permitiu expor os dosímetros em campos mistos com diferentes espectros energéticos. As condições criadas no irradiador permitiram verificar, como a resposta do TLD é modificada pelas mudanças no espectro energético de um campo misto gama e nêutrons de baixo fluxo. O irradiador de campo misto permitiu condições para estabelecer uma relação entre o formato da curva termoluminescente e a composição do campo misto. A relação estabelecida relaciona o fluxo relativo e a razão entre a resposta das duas regiões de interesse dos TLDs 700 e 100. A partir de campos mistos com condições controladas, esse trabalho permitiu verificar a viabilidade do uso do par de TLD-100 e TLD-700 para monitoração de nêutrons térmicos na instalação de BNCT. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP