Trabalho Prático de Física e Tecnologia das Radiações. Dosimetria em filme

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1 Trabalho Prático de Física e Tecnologia das Radiações Dosimetria em filme Medidas de dose com filmes A dose (ou dose depositada) D é a grandeza física que mede a quantidade de energia E por unidade de massa m que é depositada por um feixe de radiação num meio material D= E m sendo a sua unidade o gray (Gy) (1 Gy = 1 J/kg). A dose depositada num material pode ser medida através de diversos processos físicos e através de uma variedade de detectores. Um desses processos é a medida da dose através do enegrecimento de uma película fotográfica. Um filme fotográfico consiste numa película transparente coberta por uma emulsão contendo cristais de brometo de prata. Quando o filme é exposto a radiações ionizantes, os cristais do halogeneto de prata enegrecem. Posteriormente, o filme é revelado e os grânulos não afectados pela radiação são removidos, deixando a película clara, enquanto que os cristais afectados são reduzidos a prata, que a escurecem. A grandeza física que está directamente relacionado com a quantidade de dose de radiação absorvida e que traduz o enegrecimento do filme é a densidade óptica D O, definida como o logaritmo da razão entre a intensidade da luz incidente I0 no filme e a transmitida I: D0 = ln I0 I Uma vez que a grandeza medida no filme previamente exposto à radiação ionizante é a densidade óptica (DO), este não é um método directo de determinação de dose absorvida num dado meio material que pode ser um simulador (fantoma) de um corpo especifico (por exemplo um orgão humano). Assim, para se determinar a dose absoluta absorvida num meio, deve efectuar-se, a calibração da resposta do filme relativamente a um outro dosímetro, por exemplo uma câmara de ionização. Contudo, como iremos verificar neste trabalho irá apenas ser efectuada uma calibração relativa. Exposição dos filmes O trabalho consiste na exposição de um fantoma de placas de plexiglas à radiação emitida por uma fonte de raios-x e gama (E~60 kev). Durante a exposição dos filmes à radiação ionizante estes devem ser protegidos da luz visível. Os filmes vêm protegidos em embalagens individuais, que dependendo do teste a realizar poderão ou não ser usadas. No caso de não se pretender usar a 1

2 protecção original dos filmes será necessário protegê-los da luz o que poderá ser conseguido envolvendo o fantoma de placas em folha de alumínio. Fantoma de placas Filmes dentro dos invólucros Posteriormente, os filmes devem ser revelados, secos e colocados um aparelho capaz de determinar o grau de enegrecimento dos mesmos. Dispositivo de leitura dos filmes O aparelho de leitura dos filmes é constituído por um LED emissor na zona do infravermelho e um fotodíodo sensível ao infravermelho (IV). Esta montagem tem a vantagem de não necessitar de estar isolado da luz visível pois a janela de entrada do fotodíodo é opaca à radiação visível. Aparelho de medida da densidade óptica Circuito emissor de luz O circuito emissor de luz, como se pode ver pela figura é constituído por um LED de infravermelho (LED IR CQY 89 A), uma resistência variável e uma resistência de protecção que limita a intensidade de corrente que passa no circuito. Este circuito é utilizado para iluminar o fotodíodo do circuito detector. Estes dois circuitos constituem a cabeça de leitura do nosso aparelho, tendo-se colocado o LED à frente do fotodíodo. Quando se interpõe, entre estes dois componentes, um filme mais ou menos enegrecido a quantidade de luz que chega ao fotodíodo varia, sendo esta variação medida a partir da variação da diferença de potencial de saída Vout que é proporcional à intensidade I de luz que consegue atravessar a película. 2

3 Amplificador Na figura pode ver-se o circuito detector/amplificador constituído por um fotodíodo BP104 e dois transístores. O fotodíodo usado apresenta a particularidade de ter uma janela opaca à luz visível, não sendo, portanto, necessário colocá-lo dentro de uma caixa escura para se realizarem as medidas. +V Out Esquema do circuito emissor de luz infravermelha Esquema do circuito interno do dispositivo de medida Películas fotográficas para raios-x Os filmes são tipo "KODAK Ultra-Speed Dental Film" ( usados em medicina dentária. São filmes grande sensibilidade, próprios para raios-x. Os filmes vêem dentro de uma embalagem que os protege da luz, e que também contem uma fina película de chumbo (usada para protecção dos doentes, quando o filme é usado em medicina dentária). Conteúdo da embalagem do filme 3

4 Posicionamento da cabeça da fonte A cabeça da fonte é colocada de forma a que esta fique sobre a placa protectora de chumbo mas sem tocar nela. Desta forma a placa poderá ser colocada e retirada sem bater na cabeça da fonte. Procedimento de revelação dos filmes. Atenção: o processamento dos filmes é um processo delicado e crítico do qual dependem os resultados obtidos. Siga as instruções de forma rigorosa de forma a obter os melhores resultados. Depois de irradiar o fantoma, os filmes são transportados à câmara escura para serem revelados. Removem-se as protecções e retiram-se os filmes um a um, tendo-se o cuidado de os identificar por intermédio de pequenas marcas (como seja por exemplo a perfuração com um alfinete num canto do filme). Os filmes começam por ser colocados na tina com a solução de revelador, permanecendo ai durante 4 minutos. São de seguida retirados e passados por água corrente, passando para a tina com a solução de fixador, permanecendo ai também 4 minutos. São finalmente retirados e passados outra vez por água corrente, indo a secar (ao ar). Nesta fase os filmes são colocados dentro de um suporte apropriado que permite que sequem com um mínimo de contacto com outras superfícies. Os filmes deverão ser manuseados com uma pinça apropriada ou usando luvas de latex. Em caso algum a solução de revelador ou fixador devem entrar em contacto com a pele pois são produtos agressivos. Em caso de contacto deverá lavar imediatamente com água abundante a zona atingida. Luz Vermelha Tabuleiros de processamento dos filmes Garrafas para guardar os reagentes Tabuleiro de secagem dos filmes 4

5 Procedimento para a preparação do revelador e fixador Tanto o revelador como o fixador degradam-se por contacto com o ar, sendo necessário serem substituídos de forma periódica. Em caso de necessidade de preparação do revelador e fixador o procedimento a seguir é o constante do rótulo das respectivas embalagens. Tanto o revelador, como o fixador fornecidos pela Kodak, são misturados com água na proporção de 1 parte de soluto para 3 partes de água. Leitura dos filmes O sistema de leitura dos filmes usa um LED infravermelho e um fotodíodo como elementos essenciais. Sem filme o sistema regista uma tensão Vmax (medida através de um voltímetro), que pode ser regulada através de um potenciómetro. Quando obstruído por um corpo opaco o sistema regista um valor Vmin, que deverá ser subtraído a todas as medidas efectuadas. O valor de V0 (proporcional a I0) começa por ser obtido colocando no sistema de leitura um filme não irradiado já processado. Isto permite entrar em linha de conta com a atenuação do feixe de luz IV causada pela própria película de filme independentemente do enegrecimento causado pela radiação. Os filmes irradiados e processados podem então ser lidos no sistema de leitura. Procedimento Experimental 1. Determinação da região de trabalho do filme A densidade óptica Do, não é uma função linear da dose de radiação D, observando-se essa nãolinearidade quer para valores pequenos da dose quer para valores elevados. Existe contudo uma região de linearidade entre as duas grandezas e que devemos identificar qual é essa região. Proceda da seguinte forma. Sem retirar a placa protectora de chumbo da frente da cabeça da fonte coloque o fantoma em cima do suporte na posição já marcada. Sem o retirar do invólucro branco coloque um filme entre a 1ª e 2ª placa do fantoma (verifique no invólucro qual o lado que deve ficar virado para o feixe de radiação). Retire a placa protectora de chumbo da frente da cabeça da fonte e irradie o filme durante 1 minuto. Volte a colocar a placa protectora e substitua o filme. Repita as irradiações para 2, 4 e 6 e 10 minutos. Dado que este filmes são colocados no topo do fantoma irão receber o máximo de radiação, permitindo escolher a região de trabalho. 6 5,5 5 Densidade Óptica 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, tempo (s) 5

6 Identifique os filmes e leve-os à câmara escura para serem processados. Depois de processados leia os filmes usando a sistema de leitura de filmes. Construa o gráfico Do vs tempo de exposição e escolha um valor para a posterior irradiação do fantoma. Lembre-se que uma doses muito elevadas ou muito baixas conduzem a não linearidades na curva densidade óptica vs dose. 1.1 Determinação da densidade óptica de um filme O grau de enegrecimento do filme é medido através da intensidade da luz que o consegue atravessar. 1- Coloque o filme no aparelho de medida de forma a que fique entre o LED e o fotodiodo. 2- No voltímetro ligado ao aparelho de leitura obtenha o valor de V. 3- A determinação da intensidade V0 é feita recorrendo-se a um filme virgem, que foi processado da mesma forma que os outros. 4- Deverá ter-se o cuidado de medir o valor da intensidade no escuro do sistema Vmin. Este valor obtém-se interpondo um folha de completamente opaca à radiação infravermelha (por exemplo uma das folhas finas de chumbo que são fornecidas) entre o LED e o fotodiodo. O valor obtido deverá ser subtraído a todos os valores medidos com o aparelho e corresponde ao zero do sistema de medida. O valor da densidade óptica de um determinado filme é então calculado através de D0 = ln V 0 V min V V min 2. Determinação da dose em profundidade Com o aumento da profundidade a quantidade de dose depositada diminui devido à absorção do feixe no fantoma e à divergências do feixe. Nesta parte do trabalho pretende-se estudar essa variação. 2.1 Preparação do fantoma, exposição e revelação dos filmes O fantoma escolhido para este trabalho é constituído por um conjunto de placas de acrílico (ver figura). Os filmes deverão ser colocados entre as placas, de forma a medirmos a dose de radiação a determinadas profundidades. Os filmes e o fantoma deverão ser levados até à câmara escura onde será realizada a operação de colocação dos filmes no fantoma, usando unicamente a luz vermelha de forma a não impressionar os filmes. Os filmes a utilizar são então retirados do invólucro onde se encontram. Dentro do invólucro existe uma pequena placa de chumbo, que deve ser entregue ao professor para posterior reciclagem. 6

7 Filme sobre o fantoma Fantoma "embrulhado" em folha de alumínio Em regra deverá ser colocado um filme entre cada placa, de forma a que este fique no centro das placas. Entre a 1ª e 2ª placa deverão contudo ser colocados 2 filmes adjacentes segundo o lado menor, de forma a permitir uma medida do perfil transversal do feixe. Os filmes poderão ser presos as placas do fantoma por intermédio de fita adesiva. Depois de colocado em posição todas as placas e filmes as placas do fantoma poderão ser presas com fita adesiva de forma a manterem o alinhamento. O fantoma será então envolvido em película de alumínio de forma ficar estanque à luz. 2.2 Irradiação do filme Sem retirar a placa protectora de chumbo da frente da cabeça da fonte coloque o fantoma em cima do suporte na posição já marcada. Retire a protecção e irradie o fantoma durante um tempo suficiente para impressionar os filmes, mas não entrar na zona de saturação dos mesmos (por exemplo 10 min). No final do tempo de irradiação volte a colocar a placa protectora e retire fantoma. O revestimento do fantoma só deverá voltar a ser retirado na câmara escura com luz vermelha. 2.3 Tratamento dos dados 1. Comece por verificar se os valores da densidade óptica medida para cada posição se encontram na zona de proporcionalidade (caso contrário necessita fazer uma correcção). 2. Normalize os valores da densidade óptica ao valor máximo obtido e obtenha a curva percentual de dose em função da profundidade. 3. Use os dois filmes colocados entre a 1ª e 2ª placas para obter um perfil de dose transversal. Para o conseguir deverá ler a densidade óptica em função da posição no filme (use a escala existente no sistema de leitura de filmes). 7