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Trabajo Especial de Licenciatura en Física Estudiante: Pedro Antonio Pérez Director: Dr. Mauro Valente.

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1 Trabajo Especial de Licenciatura en Física Estudiante: Pedro Antonio Pérez Director: Dr. Mauro Valente

2 Introducción Dosimetría: Dosis absorvida. Dosímetro. Dosímetro químico de Fricke. Objetivos 2 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

3 3 Introducción Dosimetría: Estudio de metodologías, técnicas y dispositivos capaces de cuantificar cambios en la materia producidos por la radiación ionizante. Estudio de distribuciones de energía depositada por radiación. Aplicaciones clínicas: Diagnóstico Terapia

4 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez4 Introducción - Dosimetría Dosis absorbida: Cantidad de relevancia de sentido estrictamente físico. Energía depositada en el material irradiado por la radiación incidente. Dosímetro: Cualquier dispositivo capaz de proveer una lectura de la dosis absorbida en un volumen V por radiación ionizante. La interpretación de su lectura constituye el es la cuestión central de la dosimetría.

5 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez5 Introducción - Dosimetría Dosímetro químico de Fricke: Los dosímetros químicos utilizan un cambio químico en la materia producido por la radiación ionizante, para cuantificar la dosis. Dosímetro de Fricke: cambio en la concentración de iones férricos en una concentración. Se puede cuantificar mediante medición por relajación o por medio de análisis óptico. Análisis óptico: el cambio en la concentración del Fe +3 exhibe un máximo de absorción en 294nm (ultravioleta). Fricke dopado con Xylenol Orange: máximo de absorción en 585nm (visible). Para obtener una resolución espacial se introduce la solución en una matriz de gel.

6 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez6 Introducción Objetivos Establecer un método de medición que permita un análisis óptico dinámico y de fácil acceso, capaz de cuantificar cambios en la materia por incidencia de radiación ionizante, utilizando dosímetros de gel Fricke dopados con marcadores. Llevar al límite de precariedad los métodos y materiales utilizados. No utilizar espectrofotómetro ni CCD de alta precisión. Calibrar la tasa de dosis de un tubo de rayos X convencional.

7 Marco Teórico Interacción de la radiación con la materia Radioquímica Fundamentos de dosimetría. Unidades Ecuación de Transporte de la Radiación y ecuación de Lambert-Beer Cambio de Densidad Óptica por absorción 7 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

8 8 Marco Teórico Interacción de la radiación con la materia Para irradiar un material con rayos X se utiliza un tubo de rayos X, se hace incidir electrones sobre un blanco (de Mo, Cu, W, etc) que producen fotones característicos y/o Bremsstrahlung que conforman un espectro con el que se irradia el material deseado. La interacción de fotones con la materia se puede dar por dispersión Rayleigh (elástica), Compton (ionizante) o efecto fotoeléctrico (extraer electrones). La interacción de electrones con la materia puede ser elástica o inelástica. Un fenómeno particular de interacción inelástica es el efecto de Bremsstrahlung (interacción con el campo coulombiano del núcleo y desaceleración)

9 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez9 Marco Teórico Radioquímica Solución base del dosímetro de gel Fricke: agua ultra pura, ácido y óxido ferroso. Incorporada en una matriz de gel obtiene consistencia. Con marcador Xylenol Orange tiene máximo de absorción en el visible. Radiólisis: propiedad por la cual la molécula de H 2 O es disociada generando un átomo de H y un radical OH. La radiación entrega energía suficiente para romper la ligadura del O con un H. Por radiación, la molécula sufre ionización, excitación o transferencia térmica (rotación, vibración, etc.)

10 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez10 Marco Teórico - Radioquímica Ionización: H 2 O H 2 O + + e - (1) Excitación: H 2 O H 2 O * (2) Reacciones secundarias: H 2 O * H + OH (3) H 2 O - H + + OH (4) Y los radicales pueden recombinarse: H + H H 2 (5) OH + OH H 2 O 2 (6) Peróxido de hidrógeno: H + O 2 HO 2 (7)

11 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez11 Marco Teórico - Radioquímica Varias reacciones subsiguientes permiten la conversión de iones ferrosos en férricos: Fe +2 + OH Fe +3 + OH - (8) Fe +2 + HO 2 Fe +3 + H O 2 - (9) Fe +2 + H 2 O 2 Fe +3 + OH + OH (10) La cantidad de Fe +3 producida depende de la energía absorbida por la solución. El cambio en la concentración está relacionado con la Dosis por medio de la relación: (11)

12 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez12 Marco Teórico Fundamentos de dosimetría. Unidades Exposición (X): (12) Kerma (K): (13) Dosis (D): (14)

13 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez13 Marco Teórico De la RTE a la ec. de L-B RTE: (15) Onda plana y haz paralelo: (16) Fig. 1

14 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez14 Marco Teórico – De la RTE a la ec de L-B Haz paralelo y en el centro óptico del detector como en las Fig. 1 y 2 (17) Fig. 2

15 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez15 Marco Teórico – De la RTE a la ec de L-B En conclusión, para casos estacionarios: (17) Por lo tanto, en primera aproximación independiente del tiempo, de la RTE resulta la ecuación diferencial: (18) Cuya solución se conoce como ec. de Lambert-Beer: (19)

16 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez16 Marco Teórico Cambio de Densidad Óptica por absorción Resolviendo la ec. de L-B se obtiene: (20) Por otro lado, la ley de absorción de luz está determinada por: (21) Y como z ̴ cd, entonces el camino óptico cambia con la absorción y se obtiene: (22) Y el cambio en la Densidad Óptica ( Δ OD) se define por: (23)

17 Métodos y materiales Elaboración de los dosímetros Set Up experimental Software utilizado Fuentes de radiación 17 Trabajo Especial de Licenciatura en Física - Pedro Antonio Pérez

18 18 Cuanto de subversivo vive en una sonrisa que no quiere comprar… Silvio Rodriguez


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