Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, CDTN, , Belo Horizonte, MG, Brasil.

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1 Determinação da dose absorvida no tecido a 3 mm de profundidade em um campo de radiação beta de 90 Sr/ 90 Y- Determination of absorbed dose in 3 mm depth of tissue at a beta radiation field of 90 Sr / 90 Y Luciana Luiza Duarte Teles, Sibele Reis Reynaldo, Teógenes Augusto da Silva Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, CDTN, , Belo Horizonte, MG, Brasil lldt@cdtn.br, sirr@cdtn.br, silvata@cdtn.br Resumo: A recomendação da ICRP (2012) de redução do limite de dose no cristalino trouxe a exigência de monitoração do cristalino dos Indivíduos Ocupacionalmente Expostos a fim de proporcionar controle e otimização das doses e, consequentemente, a necessidade de revisão do modo de calibração de dosímetros destinados a monitoração do cristalino. O objetivo deste trabalho é apresentar a metodologia de determinação da dose absorvida a 3 mm de profundidade no tecido, D T (3), utilizando-se uma câmara de extrapolação PTW Palavras-chave: Dose absorvida; câmara de extrapolação; radiação beta. Abstract: The ICRP (2012) recommendation about reduction of the dose limit to the eye lens brought the requirement of monitoring the eye lens of Occupationally Exposed Individuals in order to provide control and optimization of the doses and, consequently, the need to revise the mode of exposure calibration of dosimeters intend to monitor the eye lens. The objective of this work is to present the methodology of determination of absorbed dose at 3 mm depth in the tissue, D T (3), using a PTW23392 extrapolation chamber. Keywords: Absorbed dose; extrapolation chamber; beta radiation. 1. INTRODUÇÃO Em 2012, devido as evidências de reações nos tecidos e efeitos biológicos da radiação, a International Commission on Radiological Protection, ICRP, recomendou a redução do limite de dose no cristalino, o que trouxe a exigência da monitoração do cristalino em diversas práticas a fim de ter controle e otimização durante sua exposição à radiação. Trabalhadores que ficam com os olhos próximos a campos de radiação beta, ou elétrons de alta energia podem receber doses significativas no cristalino e por isso sua monitoração é altamente recomendada (BS ISO, 2015). A Recomendação da ICRP (2012) de redução do limiar de dose no cristalino, levando à necessidade de monitoração da exposição deste órgão, levantou um debate sobre a adequação da grandeza de monitoração, do tipo de dosímetro e do seu método de calibração. As condições de 1

2 calibração e os requisitos de desempenho dos dosímetros de extremidades e do cristalino foram atualizados, para atender a exatidão requerida para a nova situação (BS ISO, 2016). Uma câmara de ionização do tipo extrapolação tem características únicas para a realização de medições, de forma absoluta, da dose absorvida em um meio para campos de radiação beta. A possibilidade de mover um dos dois eletrodos paralelos permite alterações no volume sensível da detecção e, consequentemente, sua corrente de ionização pode ser extrapolada para um volume infinitamente pequeno para determinar a dose absorvida no tecido em pequenas profundidades (Böhm and Schneider, 1986). Este trabalho tem como objetivo apresentar a metodologia e os resultados da medida da dose absorvida a 3 mm de profundidade no tecido, utilizando-se a câmara de extrapolação PTW23392 do CDTN em um campo de radiação beta de 90 Sr/ 90 Y. Neste artigo será apresentada parte do projeto de mestrado que vem sendo realizado no Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, CDTN, no Laboratório de Calibração de Dosímetros, LCD. 2. METOLOGIA A fim de representar a profundidade de 3 mm do tecido foi utilizada uma placa de acrílico, PMMA, com espessura de 3 mm, acoplada a entrada da câmara de extrapolação PTW23392, para assim expôla ao campo de radiação beta do 90 Sr/ 90 Y do sistema padrão secundário beta 2, BSS2. Para obter D T (3) foi necessário realizar medidas somente com a janela de entrada da câmara a fim de validar os dados de Reynaldo (2015) para obter a dose na profundidade zero, D(0). A dose absorvida foi calculada conforme equação 1: onde: D ar = W e C i C j a ef ρ B (1) W e é o quociente da energia média necessária para produzir, no ar, um par de íons sob condições de referência e carga elementar e, com o valor recomendado de 33,83 ± 0,068 J C-1 (ISO, 2004); C i são os fatores de correção relacionados ao projeto da câmara de extrapolação; k j é um fator relativo ao campo e outras grandezas de influência que não entraram nesta pesquisa; a ef é a área efetiva do eletrodo coletor, cujo valor é 7,22 cm 2 ; ρ é a densidade do ar à condições de referência de temperatura, pressão e umidade relativa, cujo valor é 1,19740 ± 0,0005 kg m-3 (ISO, 2004); B coeficiente angular da curva obtida com a variação da corrente de ionização, para incrementos da massa de ar. 2

3 Com essa validação realizada foram feitas medidas com a placa de acrílico posicionada na janela de entrada da câmara para obter uma curva de extrapolação para cálculo de D T (3). Estas medidas foram realizadas na distância padrão de 11 cm fonte/detector e utilizando um campo elétrico constante de 30V/mm, com a utilização do eletrômetro Keithley tendo a distância entre os eletrodos incrementos de 0,5 mm. Os equipamentos auxiliares utilizados foram o termohigrômetro Testo 175H1 e o barômetro Druck DPI 142, empregados na correção da temperatura e pressão ambiente. Para determinar a dose absorvida no tecido, D T (3), alguns fatores foram calculados de acordo com a equação 2, onde, c i são fatores correção relacionados ao projeto da câmara de extrapolação, e k j são relativos ao campo e outras grandezas de influência. I c = I c i i k j Os fatores de correção que sofreram alteração pela mudança na profundidade do tecido, de 0,07 mm para 3 mm, é que tiveram de ser recalculados, pois Reynaldo (2015) realizou a caracterização da câmara de extrapolação como padrão primário para a profundidade de 0,07 mm no tecido. Neste trabalho não houve necessidade de calcular fatores inerentes à câmara, k j. j (2) 2.1. Cálculo do fator C jan A atenuação da espessura da janela de entrada é calculada se a medição não é realizada com a espessura de janela desejada. Essa espessura é obtida colocando-se absorvedores adicionais na janela de entrada da câmara, e a correção destes absorvedores é necessária somente para comparações com resultados de outras câmaras que extrapolam para uma espessura de janela igual a zero. O fator de correção foi calculado a partir da corrente de ionização extrapolada sem absorvedor, I 0, em função da corrente de ionização com absorvedor de espessura x, incluindo a espessura da janela da câmara, I, dada pela equação 3 (PRUIT et.al. 1988). C jan = I 0 Ix (3) 2.2. Cálculo do fator C recom A correção pela recombinação de íons e difusão do ar dentro da câmara é geralmente pequena para medição em nível de proteção. Essa correção é significativa para grandes correntes iônicas e/ou pequenas tensões. Ela é obtida através da equação 4. 3

4 C recom = (R v R i R df ) 1 (4) onde: R v, volume de recombinação, é dado por R v = 1 [ 5,05 x 1013 I d 3 (a V 2 ) ]; R i, recombinação inicial, é dada por R i = 1 ( 4,4d V ); R dif, difusão, é dada por R dif = 1 [ (17,24 x 10 5 ) (t + 273,15) V ]. Nessas expressões I é a corrente em amperes, d é a distância entre os eletrodos em metros, a é a área do eletrodo coletor em m 2, V a tensão em volts e t é a temperatura em C. Neste trabalho foi calculado o C recom, pois a corrente de ionização foi obtida com a placa de PMMA alterando somente o fator R v. 2.3 Cálculo do fator C div O fator de correção da divergência do feixe, C div, foi o único fator para a fonte de 90 Sr/ 90 Y que não foi recalculado. Para sua determinação a distância entre a fonte e o detector permanece fixa, d 0, e até o eletrodo coletor, d 0 +d, onde d é a distância entre os eletrodos em mm. A intensidade do feixe obedece à lei do inverso do quadrado da distância d 0 +d, então mostra que a correção para a divergência do feixe é dada pela equação 5. C div = 1 + dγ D (5) 3. RESULTADOS 3.1 Validação de D(0) Os fatores de correção foram os mesmos utilizados por Reynaldo (2015) e o coeficiente angular da reta de extrapolação, B, figura 1, foi determinado para cada distância padrão do BSS2, permitindo a determinação da taxa de dose absorvida no ar na profundidade, 0,0035 mm, que é a espessura da janela de entrada da câmara PTW23392, e assim foi realizada a validação dos dados de Reynaldo (2015), tabela 1. Para o cálculo da taxa de dose absorvida no ar, D ar, foi utilizada a equação 1, cujo valor do coeficiente angular do ajuste linear foi calculado com a curva de extrapolação, como mostrado na figura 1. 4

5 Figura 1: Curva de extrapolação indicando a equação de tendência linear sem placa Fonte: Dados da pesquisa A taxa de dose absorvida de Reynaldo (2015) foi atualizada para a data do experimento levando em conta a correção da meia-vida da fonte de 90 Sr/ 90 Y e comparada com a calculada, conforme tabela 1. Tabela 1: Cálculo da taxa de dose absorvida no ar utilizando a área do eletrodo coletor de 7,22 cm 2 Distância fonte Câmara PTW23392 (cm) I ar (µgy s -1 ) em 23/05/2018 Reynaldo (2015) I ar (µgy s -1 ) em 23/05/2018 Diferença (%) 11 72,34 74,61-99, ,44 23,37 4,13 30 sem filtro 10,37 10,38 0,02 30 com filtro 6,78 6,79 0, ,67 3,71 0,97 Fonte: Dados da pesquisa Comparando a taxa de dose determinada neste trabalho com a de Reynaldo (2015) a diferença no campo de 90 Sr/ 90 Y variou de 0,02% a 4,13%, portanto está validada a taxa de dose absorvida a profundidade de 0,0035 mm. 5

6 3.1 Dose no tecido D T (3) Foram calculados os fatores de correção e determinado o coeficiente angular da reta de extrapolação para a distância padrão de 11 cm do BSS2, permitindo a determinação da taxa de dose absorvida a 3 mm do tecido. 3.2 Cálculo dos fatores Para o cálculo do fator de correção da janela de entrada, C jan, foi utilizada a Equação 5, o cálculo do fator de recombinação de íons, C recom, foi realizado com a Equação 6 e o fator de divergência do feixe, C div, foi utilizado o dado de Reynaldo (2015), os resultados se encontram na tabela 2. Distância fonte Câmara PTW23392 (cm) Tabela 2: Cálculo da correção da janela de entrada Atenuação da Atenuação da espessura da Fator de espessura da janela de entrada correção janela de entrada 11 2, , ,043 ± 0, Cálculo da curva de extrapolação Fonte: Dados da pesquisa; Reynaldo 2015 Para o cálculo da taxa de dose a 3 mm do tecido, D T (3), foi utilizada a equação 1 com os fatores de correção do item 3.2, e com o coeficiente angular do ajuste linear calculado através da curva de extrapolação, como mostrado na figura 2. Figura 2: Curva de extrapolação indicando a equação de tendência linear com a placa de PMMA de 3mm Fonte: Dados da pesquisa A taxa de dose absorvida encontrada para a profundidade de 3 mm foi de 66,52 µgy/s. As incertezas associadas ao procedimento estão em fase de determinação. 6

7 5.CONCLUSÃO É necessário realizar medidas nas outras distâncias padrão fonte/detector do BSS , 30 (com e sem filtro) e 50 cm- para ter um melhor parâmetro de dose no tecido a 3 mm. Este trabalho estabelece a padronização do campo de radiação beta do 90 Sr/ 90 Y, em termos da dose absorvida na profundidade de 3 mm no tecido, estendendo a confiabilidade metrológica na calibração de dosímetros para trabalhadores ocupacionalmente expostos à radiação beta ou elétrons. 6. REFERÊNCIAS BÖHM, J., SCHNEIDER, U. Review of extrapolation chamber measurements of beta rays and low energy rays. Radiation Protection Dosimetry, Braunschweig, v. 14, n. 2, p , BRITISH STANDARD- INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. BS - ISO 15382: Radiological protection: procedures for monitoring the dose to the lens of the eye, the skin and the extremities, Geneva, BRITISH STANDARD- INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. BS - ISO 62387: Radiation protection instrumentation: Passive integrating dosimetry systems for individual, workplace and environmental monitoring of photon and beta radiation, Geneva, INTERNATIONAL COMMISSION ON RADIOLOGICAL PROTECTION Statement on tissue reactions and early and late effects of radiation in normal tissues and organs: threshold doses for tissue reactions in a radiation protection context. Elsevier: ICRP 118, v.41, INTERNATIONAL STANDARTIZATION ORGANIZATION. ISO Reference beta particle radiations: calibration fundamentals related to basic quantities characterizing the radiation field, Geneva, PRUIT J. S.; SOARES C. G.; ERHLICH M. NBS Measurement Services: Calibration of Beta- Particle Radiation Instrumentation and Sources. National Bureau of Standards Special Publication , 75 p., U.S. Government Printing Office, Washington, DC, REYNALDO, S. R. Caracterização de uma câmara de extrapolação como padrão primário para medições da dose absorvida em campos de radiação beta f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais, Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, Belo Horizonte, AGRADECIMENTOS A autora Luciana Luiza Duarte Teles agradece a FAPEMIG pela bolsa de Mestrado. A autora Sibele Reis Reynaldo agradece a CNEN pela bolsa de Pós - Doutorado. Também agradecemos ao suporte financeiro da FAPEMIG (APQ ), CNPQ (PQ) e FINEP/METRORADI (550994/2011-4). Esse trabalho é parte do projeto INCT Metrologia das Radiações na Medicina. 7