A mamografia é um método de diagnóstico por imagem que utiliza radiação X. No controle de qualidade dos mamógrafos, as câmaras de ionização são usadas para verificar se os parâmetros de exposição das pacientes estão corretos. Contudo, as câmaras de ionização comerciais para dosimetria em mamografia representam alto custo para clínicas de pequeno e médio porte que desejam ter esse equipamento ou para profissionais que trabalham com controle de qualidade. Assim, a característica inovadora deste trabalho foi desenvolver câmaras de ionização para este fim. Neste trabalho foram projetadas, construídas e caracterizadas câmaras de ionização para feixes de radiação X, no intervalo de energia de mamografia. As câmaras de ionização foram caracterizadas em feixes padronizados de radiação X no LCI/IPEN. Os testes principais de caracterização das câmaras de ionização foram: curva de saturação, linearidade da resposta, dependência energética e angular. Os testes de estabilidade da resposta das câmaras de ionização também foram realizados, apresentando resposta dentro de 2,0 % para estabilidade em longo prazo. Os resultados dos demais testes foram em conformidade com normas internacionais. Essas câmaras de ionização foram ainda submetidas a testes de controle de qualidade de mamógrafos quanto à linearidade das taxas de kerma no ar, à determinação das camadas semirredutoras e das doses glandulares médias. Para a linearidade da taxa de kerma, os valores obtidos foram abaixo dos 10 %, como estabelecido em norma. A dose glandular determinada com as câmaras desenvolvidas apresentaram valores comparáveis com os da câmara de referência testada, com variação prevista em recomendações internacionais. / Mammography is an imaging method that uses X-rays. The use of ionization chambers in mammography quality control programs presents an essential role which is to verify whether the parameters of the patient exposure are correct. However, the commercial ionization chambers for dosimetry in mammography represent a high cost for small and medium size clinics that wish to have this equipment or for professionals that work with quality control programs. The innovative feature of this work was to develop ionization chambers for this purpose. In this work ionization chambers for X radiation beams in the mammography energy range were designed, constructed and characterized. The ionization chambers were tested in standard X radiation beams at the LCI/IPEN. The main characterization tests performed with the ionization chambers were: saturation curve, linearity of response, angular and energy dependence. The response stability tests of the ionization chambers were also conducted at the LCI, presenting results within 2.0 % for long-term stability. The results of the remaining tests are in accordance with international standards. These ionization chambers were also submitted to quality control tests of mammography equipment: linearity of the air kerma rates, determination of half-value layers and mean glandular doses. The results for air kerma rate linearity were less than 10 %, as recommended in international standards. The mean glandular dose obtained with the developed chambers presented values comparable to those of commercial ionization chambers tested, with an estimated variation within international standards.

A mamografia é um método de diagnóstico por imagem que utiliza radiação X. No controle de qualidade dos mamógrafos, as câmaras de ionização são usadas para verificar se os parâmetros de exposição das pacientes estão corretos. Contudo, as câmaras de ionização comerciais para dosimetria em mamografia representam alto custo para clínicas de pequeno e médio porte que desejam ter esse equipamento ou para profissionais que trabalham com controle de qualidade. Assim, a característica inovadora deste trabalho foi desenvolver câmaras de ionização para este fim. Neste trabalho foram projetadas, construídas e caracterizadas câmaras de ionização para feixes de radiação X, no intervalo de energia de mamografia. As câmaras de ionização foram caracterizadas em feixes padronizados de radiação X no LCI/IPEN. Os testes principais de caracterização das câmaras de ionização foram: curva de saturação, linearidade da resposta, dependência energética e angular. Os testes de estabilidade da resposta das câmaras de ionização também foram realizados, apresentando resposta dentro de 2,0 % para estabilidade em longo prazo. Os resultados dos demais testes foram em conformidade com normas internacionais. Essas câmaras de ionização foram ainda submetidas a testes de controle de qualidade de mamógrafos quanto à linearidade das taxas de kerma no ar, à determinação das camadas semirredutoras e das doses glandulares médias. Para a linearidade da taxa de kerma, os valores obtidos foram abaixo dos 10 %, como estabelecido em norma. A dose glandular determinada com as câmaras desenvolvidas apresentaram valores comparáveis com os da câmara de referência testada, com variação prevista em recomendações internacionais. / Mammography is an imaging method that uses X-rays. The use of ionization chambers in mammography quality control programs presents an essential role which is to verify whether the parameters of the patient exposure are correct. However, the commercial ionization chambers for dosimetry in mammography represent a high cost for small and medium size clinics that wish to have this equipment or for professionals that work with quality control programs. The innovative feature of this work was to develop ionization chambers for this purpose. In this work ionization chambers for X radiation beams in the mammography energy range were designed, constructed and characterized. The ionization chambers were tested in standard X radiation beams at the LCI/IPEN. The main characterization tests performed with the ionization chambers were: saturation curve, linearity of response, angular and energy dependence. The response stability tests of the ionization chambers were also conducted at the LCI, presenting results within 2.0 % for long-term stability. The results of the remaining tests are in accordance with international standards. These ionization chambers were also submitted to quality control tests of mammography equipment: linearity of the air kerma rates, determination of half-value layers and mean glandular doses. The results for air kerma rate linearity were less than 10 %, as recommended in international standards. The mean glandular dose obtained with the developed chambers presented values comparable to those of commercial ionization chambers tested, with an estimated variation within international standards.

The IFMIF accelerator will accelerate two 125mA continuous wave (cw) deuteron beams up to 40MeV and blasts them onto a liquid lithium target to release neutrons. The very high beam power of 10MW pose unprecedented challenges for the accelerator development. Therefore, it was decided to build a prototype accelerator, the Linear IFMIF Prototype Accelerator (LIPAc), which has the very same beam characteristic, but is limited to 9 MeV only. In the frame of this thesis, diagnostics devices for IFMIF and LIPAc have been developed. The diagnostics devices consist of beam loss monitors and interceptive as well as non-interceptive profile monitors. For the beam loss monitoring system, ionization chambers and diamond detectors have been tested and calibrated for neutron and γ radiation in the energy range expected at LIPAc. During these tests, for the first time, diamond detectors were successfully operated at cryogenic temperatures. For the interceptive profilers, thermal simulations were performed to ensure safe operation. For the non-interceptive profiler, Ionization Profile Monitors (IPMs) were developed. A prototype has been built and tested, and based on the findings, the final IPMs were designed and built. To overcome the space charge of accelerator beam, a software algorithm was written to reconstruct the actual beam profile.

Ionizing radiation is often used within medicine for diagnosis and treatments. Because ionizingradiation can be harmful to the body, it is important to know how it affects the tissue. Dosimetryis the study of how ionizing radiation deposits energy in a material. To measure how much ionizingradiation is deposited in the body, gas-filled detectors are often used. An ionization chamber isa type of gas-filled detector and exists in different shapes and sizes, depending on what kind ofmeasurements it is made for. Because ionization chambers are relatively expensive, it is often notpossible to buy one for each type of measurement that is to be done. This results in ionizationchambers being used for measurements they are not optimized for. This report evaluates thepossibility of 3D printing ionization chambers to make it easier to optimize them for specificmeasurements. The process included creating models of ionization chambers using CAD-software,slicing them and then 3D printing them. The 3D printed models were then brought to the SwedishRadiation Safety Authority for measurements. The ionization chambers were connected to highvoltage, and exposed to ionizing radiation in the form of high-intensity gamma-ray fields. Theoutput current of the ionization chamber was measured, which is proportional to the field intensity.The results were similar to those of a commercial ionization chamber. The conclusion is that it ispossible to 3D print ionization chambers. However, to get more accurate results, the design has tobe further optimized and more measurements need to be done.

A basic requirement for all therapeutic applications of ionizing radiation is the high accuracy of delivery of the prescribed dose to the target volume of tissue healing. Each radiotherapy department must have in the quality assurance program developed methodology for testing the operational stability, which are reviewed and approved by The State Office for Nuclear Safety (SÚJB). A part of testing the operational stability of linear accelerators is also a regular assessment and measurement of parameters of radiation field, which is done by measuring the dose profiles. The thesis presents the results of measurement and evaluation of photon beam dose profiles of a linear accelerator, measured using the line-semiconductor detector (LDA-99SC company IBA) in the automatic water phantom under the reference conditions and their comparison with results obtained from measurement with the ionization chamber under the same terms of reference. The advantage of using a linear detector is a semiconductor that consists of 99 individual detectors in one line at a distance of 5 mm from each other and is able to measure the radiation dose profile field in a much shorter time than using an ionization chamber, where only one detector output can measure dose point after point. Usage of any other independent system for...

Background and purpose: Historically HDR brachytherapy treatment planning systems ignore the transit dose in the computation of patient dose. However, the total radiation dose delivered during each treatment cycle is equal to the sum of the static dose and the transit dose and every HDR application therefore results in two radiation doses. Consequently, the absorbed dose to the target volume is more than the prescribed dose as computed during treatment planning. The aim of this study was to determine the magnitude of the transit dose component of two 192Ir HDR brachytherapy units and assess its dosimetric significance. Materials and Methods: Ionization chamber dosimetry systems (well-type and Farmertype ionization chambers) were used to measure the charge generated during the transit of the 192Ir source from a GammaMed and a Nucletron MicroSelectron HDR afterloader using single catheters of lengths 120 cm. Different source configurations were used for the measurements of integrated charge. Two analysis techniques were used for transit time determination: the multiple exposure technique and the graphical solution of zero exposure. The transit time was measured for the total transit of the radioactive source into (entry) and out of (exit) the catheters. Results: A maximum source transit time of 1.7 s was measured. The transit dose depends on the source activity, source configuration, number of treatment fractions, prescription dose and the type of remote afterloader used. It does not depend on the measurement technique, measurement distance or the analysis technique used for transit time determination. Conclusion: A finite transit time increases the radiation dose beyond that due to the programmed source dwell time alone. The significance of the transit dose would increase with a decrease in source dwell time or a higher activity source.

Neste trabalho foi estabelecido um sistema padrão primário para raios X de energias baixas (10 kV a 50 kV), utilizando uma câmara de ionização de ar livre de cilindros concêntricos da marca Victoreen (modelo 481-5) no Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN-SP). Para isso foi desenvolvido um novo protocolo de alinhamento da câmara de ionização no sistema de radiação e foi feita uma modificação no suporte dos micrômetros utilizados para o movimento dos cilindros internos. Os resultados obtidos nos testes de estabilidade e de caracterização ficaram dentro dos limites estabelecidos pelas normas IEC 61674 e IEC 60731. Foram determinados também os fatores de correção para atenuação de fótons no ar, transmissão e espalhamento no diafragma, espalhamento e fluorescência, e recombinação iônica. Esses valores foram comparados com os valores obtidos pelo laboratório padrão primário alemão,Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), mostrando boa concordância. Por último, foi determinado o valor absoluto da grandeza taxa de kerma no ar para as qualidades padronizadas de mamografia de feixes diretos WMV28 e WMV35 e feixes atenuados WMH28 e WMH35; os resultados são compatíveis, com diferença máxima de 3,8% com os valores obtidos utilizando o sistema padrão secundário do LCI. / In this work a primary standard system was established for low energy X-rays (10 kV to 50 kV), using a free air ionization chamber with concentric cylinders, Victoreen (Model 481-5), at the Calibration Laboratory of Instruments (LCI) of the Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN/CNEN-SP). For this, a new ionization chamber alignment protocol was developed for the radiation system and a modification on the micrometer housing used for the movement of the internal cylinders was made. The results obtained for the stability and characterization tests showed to be within the limits established by the standards IEC 61674 and IEC 60731. The correction factors for photon attenuation in the air, transmission and scattering in the diaphragm, scattering and fluorescence and ion recombination were also determined. These values were compared with those obtained by the German primary standard laboratory, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), showing good agreement. Finally, the absolute values of the quantity air kerma rate for the standard qualities direct beams MWV28 and WMV35 and the attenuated beams WMH28 and WMH35 were determined; the results are in agreement, with a maximum difference of 3,8% with the values obtained using the secondary standard system of LCI.

O uso de simulação Monte Carlo do transporte de radiação na matéria tem sido cada vez mais empregado nas áreas de física radiológica e dosimétrica. Em Medicina Nuclear é possível usar diversos códigos de simulação como ferramenta para estudar diferentes características de resposta de calibradores de dose. O código de simulação Monte Carlo PENELOPE (Penetration and ENErgy LOss of Positron and Electrons) possui um algoritmo misto do transporte de radiação, condensando eventos de interação, conforme os parâmetros de entrada estabelecidos. Neste trabalho, o código de simulação PENELOPE foi usado para estudar a resposta de uma câmara de ionização em função de diversos parâmetros que influenciam suas características de resposta. Neste trabalho os parâmetros de resposta de uma câmara de ionização tipo poço foram estudados através de simulação Monte Carlo, comparando-se os resultados obtidos com dados experimentais. A eficiência da câmara foi testada através de simulação e mostrou-se condizente com os valores previstos através de cálculos. Com relação à atividade, a resposta se mostrou linear para todos os nuclídeos estudados, sendo possível se obter a sensibilidade relativa da câmara através de simulação e de medidas experimentais. A resposta da câmara em função a energia, obtida através de simulação, também representou bem os valores experimentais, sendo possível extendê-los para energias mais altas e mais baixas que os valores das medidas experimentais. Estudos do volume de radiofármaco e da posição da fonte no poço da câmara obtidos através de simulação apresentaram comportamento esperado de acordo com a literatura. O código PENELOPE foi validado para o estudo desta câmara de ionização, permitindo que parâmetros geométricos e de materiais sejam estudados sem os custos e as dificudades dos arranjos experimentais. / The use of Monte Carlo simulation to the radiation transport in matter has been widly applied in the radiological and dosimetric areas. In Nuclear Medicine it is possible to use a variety of simulation codes as tools to study different response characteristics of dose calibrators used to measure radionuclides activities. The PENELOPE (Penetration and ENErgy LOss of Positron and Electrons) Monte Carlo simulation code has a mixed algorithm for the transport of radiation, which condenses the interaction events according to the input parameters. In this work, the PENELOPE code of simulation was used to study the response of an ionization chamber as function of parameters influencing its response. The chamber efficiency was tested by simulation and it showed a good agreement with calculated results. To the activity, its response showed a linear behavior for all studied nuclides, allowing one to obtain its sensitivity by simulation and measurements. The response of the chamber as a function of the energy obtained by simulation also showed a good agreement with the measurements, allowing one to extrapolate it to energies below and above the measured ones. The analysis with the volume of radiopharmaceuticals and position of the sourse in the chamber well obtained by simulation showed the expected behavior compared to the ones in literature. PENELOPE was validated to study this ionization chamber, so allow one to perform geometric and material parameters studies without experimental costs and difficulties.

Irradiadores comerciais de grande porte são projetados para processarem grandes quantidades de produtos com altas doses, por exposição à radiação gama. A irradiação em escala industrial é efetuada de forma dinâmica, em que os produtos percorrem um caminho em torno de uma fonte de radiação, geralmente de 60Co, cuja atividade é da ordem de TBq a PBq (kCi a MCi). A dose será diretamente proporcional ao tempo transcorrido pelo material para percorrer este trajeto em torno da fonte. Entretanto, em algumas situações, principalmente para pesquisas ou processos de validação de clientes seguindo a norma ISO 11137, se faz necessário irradiar pequenas amostras com doses fracionadas na posição de irradiação estática. Nesta posição as amostras são colocadas dentro da sala de irradiação a uma distância fixa da fonte e as doses recebidas são determinadas utilizando-se dosímetros. Portanto, a dose somente será conhecida depois da irradiação, pela leitura dos mesmos. Entretanto, em irradiadores industriais, diferentes tipos de produtos com diferentes densidades atravessam o caminho entre a fonte e a posição de irradiação estática, onde estão as amostras. Conseqüentemente, a taxa de dose variará dependendo da densidade do produto, que está sendo irradiado dinamicamente. Uma metodologia adequada seria monitorar a dose recebida pelas amostras em tempo real, medindo a dose por meio de um detector de radiação, com uma melhor precisão e exatidão. Neste trabalho foi desenvolvida uma câmara de ionização cilíndrica de 0.9 cm3, para monitorar as altas doses recebidas por amostras em tempo real, na posição de irradiação estática de um irradiador gama de 60Co. Os gases de nitrogênio e de argônio a pressão de 10exp5 Pa (1 bar) foram utilizados para preencherem a câmara de ionização e determinar uma configuração de trabalho apropriada, para o detector ser utilizado em medidas de altas doses. Cabos de isolação mineral foram soldados diretamente ao corpo da câmara de ionização, para a transmissão do sinal gerado pelo detector até a eletrônica associada, distante cerca de 20 m. O sinal obtido foi cerca de 100 vezes maior do que o ruído de fundo. Este sistema dosimétrico foi testado em um irradiador gama de categoria I e na posição de irradiação estática de um irradiador de grande porte, em que diferentes taxas de dose foram obtidas utilizando materiais absorvedores. Foi encontrada uma boa linearidade do detector entre a dose e a carga, independentemente das diferentes taxas de dose. As incertezas de todas as curvas ficaram abaixo dos +/- 5 %, valor de incerteza máxima recomendada para um sistema dosimétrico de rotina. A câmara de ionização desenvolvida se mostrou adequada para ser utilizada como um dosímetro em tempo real, independente da degradação do espectro causada pela absorção dos fótons da fonte de 60Co, pelo material em irradiação dinâmica. / Industrial gamma irradiators facilities are designed for processing large amounts of products, which are exposed to large doses of gamma radiation. The irradiation, in industrial scale, is usually carried out in a dynamic form, where the products go through a 60Co gamma source with activity of TBq to PBq (kCi to MCi). The dose is estimated as being directly proportional to the time that the products spend to go through the source. However, in some situations, mainly for research purposes or for validation of customer process following the ISO 11137 requirements, it is required to irradiate small samples in a static position with fractional deliver doses. The samples are put inside the irradiation room at a fixed distance from the source and the dose is usually determined using dosimeters. The dose is only known after the irradiation, by reading the dosimeter. Nevertheless, in the industrial irradiators, usually different kinds of products with different densities go through between the source and the static position samples. So, the dose rate varies in function of the product density. A suitable methodology would be to monitor the samples dose in real time, measuring the dose on line with a radiation detector, which would improve the dose accuracy and avoid the overdose. A cylindrical ionization chamber of 0.9 cm3 has been developed for high-doses real-time monitoring, during the sample irradiation at a static position in a 60Co gamma industrial plant. Nitrogen and argon gas at pressure of 10exp5 Pa (1bar) was utilized to fill the ionization chamber, for which an appropriate configuration was determined to be used as a detector for high-dose measurements. To transmit the signal generated in the ionization chamber to the associated electronic and processing unit, a 20 m mineral insulated cable was welded to the ionization chamber. The signal to noise ratio produced by the detector was about 100. The dosimeter system was tested at a category I gamma irradiator and at an industrial irradiation plant in static position, using different absorbing materials. A good linearity of the detector was found between the dose and the accumulated charge, independently of the different dose rates caused by absorbing materials. The uncertainties for all curves were less than 5%, which is recommended for a dosimetric system routine. The developed ionization chamber showed to be suitable as a dosimeter on line, independently of the spectrum degradation caused by the absorption of the 60Co photons in the material under dynamic irradiation.

Irradiadores comerciais de grande porte são projetados para processarem grandes quantidades de produtos com altas doses, por exposição à radiação gama. A irradiação em escala industrial é efetuada de forma dinâmica, em que os produtos percorrem um caminho em torno de uma fonte de radiação, geralmente de 60Co, cuja atividade é da ordem de TBq a PBq (kCi a MCi). A dose será diretamente proporcional ao tempo transcorrido pelo material para percorrer este trajeto em torno da fonte. Entretanto, em algumas situações, principalmente para pesquisas ou processos de validação de clientes seguindo a norma ISO 11137, se faz necessário irradiar pequenas amostras com doses fracionadas na posição de irradiação estática. Nesta posição as amostras são colocadas dentro da sala de irradiação a uma distância fixa da fonte e as doses recebidas são determinadas utilizando-se dosímetros. Portanto, a dose somente será conhecida depois da irradiação, pela leitura dos mesmos. Entretanto, em irradiadores industriais, diferentes tipos de produtos com diferentes densidades atravessam o caminho entre a fonte e a posição de irradiação estática, onde estão as amostras. Conseqüentemente, a taxa de dose variará dependendo da densidade do produto, que está sendo irradiado dinamicamente. Uma metodologia adequada seria monitorar a dose recebida pelas amostras em tempo real, medindo a dose por meio de um detector de radiação, com uma melhor precisão e exatidão. Neste trabalho foi desenvolvida uma câmara de ionização cilíndrica de 0.9 cm3, para monitorar as altas doses recebidas por amostras em tempo real, na posição de irradiação estática de um irradiador gama de 60Co. Os gases de nitrogênio e de argônio a pressão de 10exp5 Pa (1 bar) foram utilizados para preencherem a câmara de ionização e determinar uma configuração de trabalho apropriada, para o detector ser utilizado em medidas de altas doses. Cabos de isolação mineral foram soldados diretamente ao corpo da câmara de ionização, para a transmissão do sinal gerado pelo detector até a eletrônica associada, distante cerca de 20 m. O sinal obtido foi cerca de 100 vezes maior do que o ruído de fundo. Este sistema dosimétrico foi testado em um irradiador gama de categoria I e na posição de irradiação estática de um irradiador de grande porte, em que diferentes taxas de dose foram obtidas utilizando materiais absorvedores. Foi encontrada uma boa linearidade do detector entre a dose e a carga, independentemente das diferentes taxas de dose. As incertezas de todas as curvas ficaram abaixo dos +/- 5 %, valor de incerteza máxima recomendada para um sistema dosimétrico de rotina. A câmara de ionização desenvolvida se mostrou adequada para ser utilizada como um dosímetro em tempo real, independente da degradação do espectro causada pela absorção dos fótons da fonte de 60Co, pelo material em irradiação dinâmica. / Industrial gamma irradiators facilities are designed for processing large amounts of products, which are exposed to large doses of gamma radiation. The irradiation, in industrial scale, is usually carried out in a dynamic form, where the products go through a 60Co gamma source with activity of TBq to PBq (kCi to MCi). The dose is estimated as being directly proportional to the time that the products spend to go through the source. However, in some situations, mainly for research purposes or for validation of customer process following the ISO 11137 requirements, it is required to irradiate small samples in a static position with fractional deliver doses. The samples are put inside the irradiation room at a fixed distance from the source and the dose is usually determined using dosimeters. The dose is only known after the irradiation, by reading the dosimeter. Nevertheless, in the industrial irradiators, usually different kinds of products with different densities go through between the source and the static position samples. So, the dose rate varies in function of the product density. A suitable methodology would be to monitor the samples dose in real time, measuring the dose on line with a radiation detector, which would improve the dose accuracy and avoid the overdose. A cylindrical ionization chamber of 0.9 cm3 has been developed for high-doses real-time monitoring, during the sample irradiation at a static position in a 60Co gamma industrial plant. Nitrogen and argon gas at pressure of 10exp5 Pa (1bar) was utilized to fill the ionization chamber, for which an appropriate configuration was determined to be used as a detector for high-dose measurements. To transmit the signal generated in the ionization chamber to the associated electronic and processing unit, a 20 m mineral insulated cable was welded to the ionization chamber. The signal to noise ratio produced by the detector was about 100. The dosimeter system was tested at a category I gamma irradiator and at an industrial irradiation plant in static position, using different absorbing materials. A good linearity of the detector was found between the dose and the accumulated charge, independently of the different dose rates caused by absorbing materials. The uncertainties for all curves were less than 5%, which is recommended for a dosimetric system routine. The developed ionization chamber showed to be suitable as a dosimeter on line, independently of the spectrum degradation caused by the absorption of the 60Co photons in the material under dynamic irradiation.