CARACTERIZAÇÃO E CALIBRAÇÃO DE DOSÍMETROS DE EXTREMIDADE PARA FEIXES DE RADIAÇÃO BETA EM TERMOS DO EQUIVALENTE DE DOSE PESSOAL

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1 CARACTERIZAÇÃO E CALIBRAÇÃO DE DOSÍMETROS DE EXTREMIDADE PARA FEIXES DE RADIAÇÃO BETA EM TERMOS DO EQUIVALENTE DE DOSE PESSOAL Emiliane Advíncula Malheiros 1,Teógenes Augusto da Silva 2 Arno Heeren de Oliveira 1 1 Departamento de Engenharia Nuclear, Escola de Engenharia UFMG Av. Contorno 842, 9 o andar Belo Horizonte MG emilianea@hotmail.com;heeren@nuclear.ufmg.br 2 Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear-CDTN Rua Mário Werneck, S/Nº Cidade Universitária Pampulha Caixa Postal 941 Belo Horizonte-MG silvata@cdtn.br RESUMO Dois dosímetros de extremidade, um constituído de um suporte em anel EXT-RAD da Harshaw e cristal termoluminescente de CaSO 4 :Dy grafitado e outro de um anel em velcro e cristal TL de LiF:Mg,Ti foram caracterizados e calibrados para medir o equivalente de dose pessoal, H p (d), na profundidade de 0,07 mm, em feixes de radiação beta gerados por uma fonte de 90 Sr+ 90 Y. Para a caracterização do dosímetro foram realizados testes de desempenho tais como: limite de detecção, dependência angular e linearidade. Os dosímetros calibrados e caracterizados foram aplicados para monitorar profissionais que manuseam aplicadores oftálmicos e dermatológicos, utilizados para tratamento de lesões da superfície anterior do olho e problemas dermatológicos, com fonte de 90 Sr+ 90 Y, do serviço de betaterapia de um hospital. Os resultados obtidos mostram que o dosímetro TL de CaSO 4 :Dy é mais adequado para medir radiação beta, pois o LiF:Mg,Ti, tende a subestimar o valor do equivalente de dose pessoal. Keywords: extremity dosimetry, beta dosimetry, personnal monitoring, TL detectors I. INTRODUÇÃO Doses decorrentes das radiações ionizantes são determinadas há mais de 40 anos, porém, a exatidão e a confiabilidade metrológica da dosimetria beta têm deixado muito a desejar se comparada com o desenvolvimento apresentado na dosimetria de raios X e da radiação gama. O desenvolvimento de um programa de proteção radiológica, que vise proteger o profissional, depende diretamente da medida exata do equivalente de dose, que por sua vez, depende principalmente da qualidade dos dosímetros utilizados Este trabalho tem por objetivo estudar a resposta de dosímetros de extremidades expostos a campos de radiação beta. O objetivo principal da dosimetria beta é fornecer informações que permitam estimar a dose equivalente na pele, no cristalino e nas extremidades do corpo de uma pessoa exposta a campos de radiação beta [1]. No Brasil, pouca ênfase tem sido dada à monitoração individual em campos de radiação beta, à caracterização de dosímetros pessoais, principalmente de extremidade, e ao estudo de sua adequação nas diversas situações em que são empregados. Neste último caso, em várias instituições onde há presença de radiação beta, dosímetros espessos, não calibrados

2 e não caracterizados, vêm sendo utilizados, o que não permite qualquer confiabilidade na estimativa da dose equivalente recebida pelos trabalhadores[1] Neste trabalho, pretende-se caracterizar e calibrar dosímetros de extremidade para feixes de radiação beta, em termos do equivalente de dose pessoal, H p (0,07). A primeira parte do trabalho consistiu na realização de testes de desempenho dos detectores termoluminescentes tais como: homogeneidade do lote e reprodutibilidade. A segunda parte, consistiu em testes de desempenho e calibração dos dosímetros de extremidade, compostos pelos detectores termoluminescentes (TL) em portadetector, para o campo de radiação beta gerado por uma fonte de 90 Sr+ 90 Y. A terceira e última parte, consistiu na aplicação dos dosímetros calibrados para monitorar profissionais que manuseam aplicadores oftálmicos e dermatológicos, com fonte de 90 Sr+ 90 Y, em um Serviço de Betaterapia de um Hospital, para o tratamento de lesões da superfície anterior do olho (por exemplo: pterígio, vascularização da córnea) e problemas dermatológicos. II. MATERIAIS E MÉTODOS Características de desempenho dos detectores termoluminescentes Homogeneidade. Foram utilizados detectores termoluminescentes (TL) de fluoreto de lítio dopados com magnésio e titânio (LiF:Mg,Ti), em forma de pastilha, fabricados pela Harshaw Chemical Company, com as dimensões 3 mm x 3 mm x 1 mm e detectores TL de sulfato de cálcio ativado com disprósio (CaSO 4 :Dy), produzidos pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN, São Paulo em forma de pastilhas sinterizadas em teflon, com espessura de 0,20 mm e 6 mm de diâmetro, opacificados com 10% de grafite para reduzir a transparência do detector, causando-lhe uma fina espessura efetiva.[2,3] Um grupo de 188 detectores TL de LiF:Mg,Ti e outro de 100 detectores de CaSO 4 :Dy foram irradiados no feixe gama do 137 Cs, utilizando um irradiador gama Buchler STS MOD OB85, com valores de kerma no ar iguais a 4,38 mgy para o LiF:Mg,Ti e 50 mgy para o CaSO 4 :Dy. Para a leitura dos detectores TL de LiF:Mg,Ti, a leitora TL Harshaw Bicron modelo 4500 foi ajustada para produzir um ciclo de aquecimento iniciado com um pré-aquecimento rápido a uma temperatura de 50 C, seguido de uma taxa de aquecimento linear de 10 C/s, até a temperatura máxima de 290 C; o tempo de integração da leitura foi de 30 s; o ciclo foi finalizado com uma temperatura de 300 C. Para eliminar sinais TL residuais, os detectores TL de LiF foram submetidos, antes de qualquer irradiação, a um tratamento térmico de 400ºC por 1hora seguido de 100 C por 2 horas e resfriados à temperatura ambiente. Antes da leitura, os detectores TL de LiF:Mg,Ti, foram também submetidos à um prétratamento de 10 min, a uma temperatura de 100 C [5]. Para a leitura dos detectores TL grafitados de CaSO 4 :Dy, a leitora TL foi ajustada para produzir um ciclo de aquecimento iniciado com um préaquecimento rápido (cerca de 10 s) até 150 C, seguido de uma taxa de aquecimento linear de 12 C/s e finalizando com uma temperatura de aquisição de 300 C (23,3 s). Para eliminar sinais TL residuais, os dosímetros foram submetidos, antes de qualquer irradiação, a um tratamento térmico de 300ºC por 15 min. Os detectores TL foram selecionados em lotes que apresentaram fatores de homogeneidade (diferença máxima relativa entre as leituras máximas e mínimas) de 0,025 para o LiF:Mg,Ti e de 0,136 para o CaSO 4 :Dy, segundo o procedimento recomendado pelo CASMIE. Reprodutibilidade. O procedimento de irradiação e avaliação adotado para a homogeneidade, repetido cinco vezes, foi utilizado para obter os dados da reprodutibilidade do lote de detectores TL. Os valores de desvio padrão da série de 5 medidas variaram de 5,6% a 10,3% para LiF:Mg,Ti e de 2% a 10,8% para o CaSO 4 :Dy, que podem acarretar incertezas de até 30%, no nível de confiança de 95%. Características do campo de radiação beta Foi utilizado o campo de radiação beta da fonte de 90 Sr+ 90 Y, gerado pelo sistema de calibração do PTB, fabricado pela Büchler & Co.Wenden. A uniformidade do campo foi determinada pelas medidas realizadas com detectores TL de LiF:Mg,Ti fixados, através de plásticos, em uma superfície plana na distância de interesse. Os detectores foram dispostos lado a lado, separados por

3 1,5 cm, nas posições horizontal (14 detectores) e vertical (14 detectores) a 30 cm da fonte. As Fig.1 e 2 mostram que, para a distância de 30 cm na horizontal e vertical, a uniformidade de 95% [6] é obtida para o tamanho de campo de 7,5 cm e 9,0 cm, respectivamente. 1,10 valor relativo 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50-10,5-9,0-7,5-6,0-4,5-3,0-1,5 0,0 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 10,5 Distância (cm) FIGURA 1-Uniformidade Horizontal do campo beta a 30 cm Valor relativo 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4-10,5-9,0-7,5-6,0-4,5-3,0-1,5 0,0 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 10,5 Distância (cm) FIGURA 2-Uniformidade vertical do campo beta a 30 cm. Calibração dos dosímetros em campos de radiação beta Os dosímetros de extremidade (detector TL+ porta dosímetro em forma de anel) foram calibrados no campo de radiação beta de 90 Sr+ 90 Y com o valor de Hp(0,07) de 7,8 msv, a 30 cm de distância, baseando-se no certificado n 6.61/51/82 SB do PTB. Os dosímetros de extremidade foram montados no fantoma ISO em forma de bastão, conforme mostra a Fig.3. FIGURA 3-Sistema de posicionamento para calibração dos dosímetros. III-RESULTADOS E ANÁLISE Caracterização dos dosímetros de extremidade Linearidade. A linearidade dos dosímetros de extremidade foi determinada utilizando-se 4 grupos de 5 dosímetros, que foram irradiados em feixes gama de 137 Cs com valores de kerma no ar de 0,876; 8,76; 87,6 e 876 mgy. Para dosímetros de monitoração externa, utilizados sobre o tronco, o conceito de linearidade, que independe do valor verdadeiro convencional, pode ser avaliada de acordo com o requisito:[7] Rmáximo Rminimo + I 0,15 Rmáximo+ Rmínimo (1) onde R é a resposta do dosímetro dada pela razão entre a leitura e o valor do kerma dado e I é o intervalo para 95% de nível de confiança. Para dosímetros de extremidade, adotou-se neste trabalho o limite da equação 1 como 0,30. As TAB. 1 e 2 mostram os valores de R e I para os dosímetros de LiF:Mg,Ti e de CaSO 4 :Dy TABELA 1-Valores de R e I do dosímetro de LiF;Mg,Ti Kerma (mgy) Leitura média (nc) Desvio padrão (%) 0,876 21,5 3,2 24,6 0,04 8,76 203,3 1,7 23,2 0,02 87, ,0 22,7 0, ,2 24,3 0,01 R I

4 TABELA 2-Valores de R e I do dosímetro de CaSO 4 :Dy Kerma Leitura Desvio R I (mgy) média (nc) Padrão (%) 0,876 17,7 7,9 20,2 0,10 8,76 125,0 1,9 14,3 0,02 87, ,7 12,5 0, ,1 14,9 0,06 Utilizando a equação 1, o fator de linearidade obtido foi de 0,041 (0,04+0,0008) para o LiF:Mg,Ti, e de 0,24 ( 0,234+0,006) para o CaSO 4 :Dy que é menor que o limite máximo de 0,30 para os dosímetros de extremidade. Limite de detecção. Os limites de detecção dos dosímetros foram determinados conforme procedimento recomendado pelo CASMIE [4]. Utilizando-se 25 dosímetros não irradiados, foram efetuados os ciclos de tratamento térmico e de leitura. As Tab.3 e 4 apresentam os resultados do limite de detecção, com os respectivos desvios padrões, dos dosímetros TL de LiF:Mg,Ti e de CaSO 4 :Dy. TABELA 3-Limite de detecção dos dosímetros termoluminescentes de LiF:Mg,Ti Leitura Média Desvio padrão Limite de detecção (msv) (nc) (%) 0,68 27,21 0,8 0,55 26,78 0,7 0,61 28,6 0,8 0,62 22,8 0,6 0,53 27,2 0,8 TABELA 4-Limite de detecção dos dosímetros termoluminescentes de CaSO 4 :Dy Leitura Limite Desvio Média de detecção (%) (nc) (msv) 6,55 72,9 0,18 5,51 82,6 0,15 6,84 48,4 0,19 6,13 32,2 0,17 7,10 53,4 0,20 O limite de detecção dos dosímetros TL de LiF:Mg,Ti é menor que o limite máximo de 1,0 msv estabelecido pela ISO[8]. O CaSO 4 :Dy apresentou um limite de detecção menor que 0,20 msv, ressaltando sua maior sensibilidade à radiação. Dependência angular. O teste de dependência angular tem o objetivo de determinar a variação da resposta do dosímetro para diferentes ângulos de incidência da radiação beta de 90 Sr+ 90 Y. As Fig. 3 e 4 mostram a dependência angular dos dosímetros TL de LiF:Mg,Ti e de CaSO 4 :Dy, para ângulos de incidência de 0,20,40,60. Valores normalizados 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Ângulo de incidência( ) FIGURA 3- Dependência angular do dosímetro TL de LiF:Mg,Ti, no feixe de 90 Sr+ 90 Y. Valores normalizados 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Ângulo de incidência( ) FIGURA 4- Dependência angular do dosímetro TL de CaSO 4 :Dy, no feixe de 90 Sr+ 90 Y. Os resultados mostraram que, para ângulos de incidência da radiação entre 0 e 60, o dosímetro TL de LiF:Mg,Ti apresentou uma dependência angular de 80% e o dosímetro TL de CaSO 4 :Dy de 40%. As figuras evidenciam a baixa dependência angular do dosímetro TL de CaSO 4 :Dy em relação ao dosímetro TL de LiF:Mg,Ti. Isto pode ser explicado considerando que, para ângulos de incidência maior que zero, a espessura efetiva do LiF:Mg,Ti aumenta

5 mais do que a do CaSO 4 :Dy, provocando maior atenuação da radiação beta. Aplicação dos dosímetros de extremidade na monitoração individual. Os dosímetros de extremidade, caracterizados e calibrados em termos de H p (0,07), foram utilizados para monitorar a dose equivalente nas mãos dos técnicos que manipulam aplicadores oftálmicos e dermatológicos, com fonte de 90 Sr+ 90 Y, do Serviço de Betaterapia de um hospital de Belo Horizonte. Os aplicadores são utilizados para o tratamento de lesões da superfície anterior do olho (por exemplo: pterígio, vascularização da córnea) e problemas dermatológicos. Durante quatro meses, foram enviados, mensalmente, dois dosímetros TL de CaSO 4 :Dy e dois de LiF:Mg:Ti, acompanhados de dosímetros para medição de radiação de fundo; cinco dosímetros foram mantidos no laboratório como controles, três foram irradiados na fonte gama de 137 Cs e dois usados para a medida de radiação de fundo. A monitoração dos técnicos do hospital foi realizada no período de setembro a dezembro de 2001, quando foram realizadas 68 aplicações dermatólogicas e 74 oftálmicas, conforme mostra a TAB.5. TABELA 5- Total de aplicações dermatológicas e oftálmicas Total de Mês Número de aplicações exames Dermatológicas Oftálmicas Set/ Out/ Nov/ Dez/ Mensalmente, os dosímetros foram recolhidos e avaliados; a radiação de fundo avaliada foi subtraída da leitura dos dosímetros; os dosímetros de controle, que foram utilizados em cada ciclo de avaliação, apresentaram uma variação máxima de 10%, demonstrando a estabilidade do sistema e a não necessidade de correções As TAB.6 e 7 apresentam os resultados, para dois técnicos, das leituras para os dosímetros TL e o valor do equivalente de dose pessoal avaliado, H p (0,07) que corresponde à subtração da radiação de fundo da leitura obtida, multiplicado pelo fator de calibração dos dosímetros de extremidade. Considerando todas as incertezas associadas ao dosímetros e ao procedimento de medida, estima-se que a incerteza total do sistema pode ser em torno de 50%; o que é aceitável para monitoração individual. Os resultados obtidos no mês de setembro indicam discrepâncias entre os valores de H p (0,07) obtidos com os dois dosímetros TL, impedindo qualquer análise. No mês de outubro, a perda de dosímetros não permitiu a obtenção dos dados. No mês de dezembro, o baixo número de exames acarretou baixos valores de H p (0,07), com grandes incertezas nas medidas. TABELA 6- Resultados da monitoração individual de extremidade avaliada com o dosímetro TL de LiF:Mg,Ti Mês Leitura(nC) Radiação de fundo(nc) H p (0,07) avaliado(µsv) Téc1 Téc2 Téc 1 Téc 2 Set ,3 34, Out - 3,31 15,0-0 Nov 99,2 3,41 2, ,6 Dez 4,84 7,62 2,6 39,5 88,6 TABELA 7-Resultados da monitoração individual de extremidade avaliada com o dosímetro TL de CaSO 4 :Dy Mês Leitura(nC) Radiação de fundo(nc) H p (0,07) avaliado(µsv) Téc1 Téc2 Téc 1 Téc 2 Set 42,3 49,6 23, Out 28, Nov , Dez 12,6 11,2 11,3 41,4 0 Analisando o mês de novembro, observa-se que o dosímetro TL de LiF:Mg,Ti subestima o valor da dose equivalente em relação ao CaSO 4 :Dy, o que pode ser explicado pela diferença da espessura efetiva entre os detectores TL. O detector de LiF:Mg,Ti, sendo mais espesso provoca uma atenuação significante da radiação beta. Isto sugere que o dosímetro TL de CaSO 4 :Dy é o mais adequado para medir radiação beta, o que poderia ser confirmado com a monitoração em sucessivos mêses, o que não foi possível. A análise dos equivalentes de doses pessoais, no mês de novembro, em relação aos limites primários de 150 msv/ano para o cristalino e 500 msv/ano para

6 as extremidades, sugere que o equivalente de dose pessoal, para o técnico 1, é 2,6 vezes menor que o limite para o cristalino e 8,6 vezes para o limite de extremidade; para o técnico 2 os valores são 54 e 180 vezes, respectivamente. Sob o ponto de vista do princípio da limitação de dose na proteção radiológica, os valores de dose estão adequados, mesmo considerando as incertezas associadas ao sistema TL, porém uma otimização do procedimento pode ser adotada, como por exemplo, a divisão mais equilibrada das aplicações, já que a dose do técnico 2 é muito menor do que o técnico 1. IV. CONCLUSÕES Neste trabalho, dosímetros termoluminescentes (TL) de extremidade de CaSO 4 :Dy e de LiF:Mg,Ti foram caracterizados e calibrados para medir o equivalente de dose pessoal, H p (d), na profundidade de 0,07 mm, em campos de radiação beta da fonte de 90 Sr+ 90 Y. A monitoração de trabalhadores expostos a campos reais de radiação beta, gerados no manuseio de aplicadores oftálmicos e dermatológicos em um hospital de betaterapia, mostrou que os equivalentes de doses pessoais, foram sempre bem menores que os limites primários para o cristalino e para as extremidades, sugerindo condições adequadas de proteção radiológica. * Trabalho desenvolvido na Divisão de Proteção Radiológica do CDTN, com bolsa de mestrado da CAPES para Emiliane Malheiros. REFERÊNCIAS [1] DA SILVA, T.A, Variação Angular dos Equivalentes de Dose em Campos Externos de Elétrons, Rio de Janeiro: Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE,1996 [2] CAMPOS, L. L.; DA ROSA, L.A.R, Caesium-137 Beta/Gamma Discriminating Thermoluminescence Radiation Protection Dosimetry,vol. 25,p55-58,1988. [3] CAMPOS, L. L, Graphite Mixed CaSO 4 :Dy TL Dosemeters for Beta Radiation Dosimetry Radiation Protection Dosimetry, v. 48,n.2,p ,1993. [4] CASMIE, Comitê de Avaliação de Serviços de Monitoração Individual Externa, Desempenho de Sistemas de Monitoração Individual-Critérios e Condições. Rio de Janeiro: Comissão Nacional de Energia Nuclear, Instituto de Radioproteção e dosimetria,1995. [5] PROKIC, M.; CHRISTENSEN,P. Graphite Mixed Magnesium Borate Tl Dosemeters for Beta Ray Dosimetry Radiation Protection Dosimetry, vol.6 n 1-4, p ,1984. [6] ISO, International Organization for Standardization. Reference Beta Particle Radiations-Part1: Methods of production, International Standard ,2001 [7] DA SILVA, T.A.; FIGUEIREDO, M.E.; FERREIRA,H.R.; CHRISTOVÃO, M.T.; JÚNIOR, M.S. Desempenho do Sistema de Monitoração Individual do CDTN: Críticas e Sugestões aos Requisitos do CASMIE/IRD VI CGEN Congresso Geral de Energia Nuclear,27/10/96 a 01/11/96 [8] ISO, International Organization for Standardization. Individual thermoluminescence dosemeters- Part 1 Thermoluminescence dosemeters for extremities and eyes International Standard 1997 ABSTRACT Two extremity personal dosimeters were type tested and calibrated to measure the personal dose equivalent, H p (d), at 0.07 mm depth, at beta particle fields from a 90 Sr+ 90 Y radiation source. One dosimeter is a graphite mixed CaSO 4 :Dy thermoluminescent (TL) detector in the Harshaw /Bicron Ext-Rad ring; the other is a LiF:Mg,Ti TL detector in a velcro ring. Type tests were carried out to verify the detection limit, linearity, and the angular dependence of both dosimeters. Dosimeters were used to evaluate the personal dose equivalent of operators who deal with 90 Sr+ 90 Y ophthalmic and dermatologic applicators at a betatherapy service. Results suggest that the CaSO 4 :Dy dosimeter is more reliable and adequate for measurements at beta radiation fields than the LiF:Mg,Ti dosimeter which shows a trend to subestimate the values of H p (0.07).