Disciplina:006. Instrumentação-Nuclear-II DOSIMETRIA QUÍMICA FRICKE Mariano Gazineu David Programa Nacional de Formação em Radioterapia
BASES DADOSIMETRIA QUÍMICA FRICKE Descrita por H. Fricke e J. Hart em 1927; Método químico de determinação da dose absorvida na água (D w ), de forma primária; Irradiação de uma solução padrão de sulfato ferroso (íons Fe +2 ), denominada solução Fricke; Baseia-se na conversão de Fe +2 para Fe +3 através dos produtos da radiólise da água: H 2 O 2 H OH HO 2
BASES DADOSIMETRIA QUÍMICA FRICKE Empregada p/ feixes de fótons e de elétrons na determinação de doses na faixa de 5 a 400 Gy; Pode ser alcançada uma precisão de 0,1 % (1σ); Trabalhos nos lab. PTB, NPL, METAS, NRC-IRS, dentre outros; Trabalhos recentes: uso como padrão primário p/ D w p/ feixes de elétrons (METAS) e fontes de braquiterapia HDR (Ir-192) (NRC e LCR); aplicações como dosímetro secundário.
PREPARO DA SOLUÇÃO FRICKE A solução Fricke padrão é preparada de modo a resultar numa solução de sultafo ferroso 1 mm, ácido sulfúrico 0,4 M e cloreto de sódio 1 mm; Cuidados na preparação da solução Fricke: 1. Qualidade da água; 2. Qualidade dos reagentes; 3. Técnicas para evitar a ação de contaminantes; Solução exige a escolha de um recipiente adequado para irradiação.
TÉCNICAS EMPREGADAS Cuidados no preparo e manuseio da solução Fricke Balança analítica Água MilliQ Cabine de fluxo laminar horizontal para ambiente isento de poeira e outros contaminantes, com solução Fricke no dispensador.
TÉCNICAS EMPREGADAS Cuidados no preparo e manuseio da solução Fricke Pré-irradiação da mistura água + ácido; Minimização de transferências; Secagem e aspiração. Aumento de íons Fe +3 é melhor determinado por espectrofotometria: diferença de densidade óptica entre solução não irradiada (branco) e solução irradiada.
ESPECTROFOTOMETRIA Aumento dos íons férricos determinado por espectrofotometria na faixa do ultravioleta de 304 nm. feixe de luz monocromático detector absorbância
ESPECTROFOTOMETRIA Resposta do espectrofotômetro controlada por filtros padrão de absorbância: Limpeza da cubeta conferida através da absorbância da água.
CÁLCULO DE D W D F = ΔOD: diferença de densidade óptica entre solução não irradiada e solução irradiada (diferença de absorbância); G(Fe+3) : rendimento químico da conversão de Fe +2 em Fe +3 para a energia da radiação; ρ: densidade da solução; OD G(Fe +3 ) ρ ε L ε: coeficiente de extinção molar do íons Fe +3 a 304 nm; L: comprimento do caminho óptico (cubeta). D w = D F f F,w k wall
RENDIMENTO QUÍMICO O rendimento químico, G(Fe +3 ), apresenta acentuada dependência energética para feixes de fótons em baixas energias:
VANTAGENS E DESVANTAGENS DA TÉCNICA Desvantagens: Instabilidade nas medidas em função das diversas instâncias de contaminação e interferências; Uso de altas doses; Necessidade de proximidade entre o local da irradiação e o laboratório de Fricke. Vantagens: Baixo custo do preparo da solução; Solução Fricke é ~98 % de água: D F ~ D w.
APLICAÇÃO EM BRAQUITERAPIA HDR Projeto do LCR/UERJ para padronização primária em termos de D w para fontes 192 Ir HDR a 1 cm:
APLICAÇÃO EM BRAQUITERAPIA HDR Motivação p/ o projeto do LCR/UERJ para HDR:
APLICAÇÃO EM BRAQUITERAPIA HDR Desenvolvimento de um padrão de dose absorvida na água desde, pelo menos, 2008; Busca de um suporte para solução capaz de viabilizar a determinação de D w :
COLABORAÇÃO COM NRC CANADÁ Medidas de D w no NRC Canadá usando os métodos de preparação da solução e de limpeza dos materiais e o frasco de irradiação do LCR; D w (NRC)/D w (LCR) = 1,011 (u c = 1,7 %; k=1); Determinação de G(Fe +3 ) p/ Ir-192:
G(Fe+3) ( mol/j) COLABORAÇÃO COM NRC CANADÁ Determinação de G(Fe +3 ) p/ Ir-192: 1.65 1.60 1.55 1.50 G(Fe+3) p/ Ir-192 (0.380 MeV) = 1.555 mol/j Equation y = a + b*x Adj. R-Squar 0.9874 Value Standard Err C Intercept 1.6155 0.00785 C Slope 0.1448 0.00943 300 kv 250 kv Co-60 1.45 150 kv 1.40 0.01 0.1 1 Energia (MeV) G(Fe +3 ) =1,555 ± 0,015 μmol/j Valor obtido p/ 192 Ir é 2,1 % inferior ao obtido pelo NRC com mesma metodologia;
APLICAÇÕES FRICKE Feixes de elétrons; Determinação experimental de k Q,Q0 ionização tipo dedal para radioterapia; de câmaras de Comparação com calorimetria; Feixes de raios-x de baixa energia; Feixes empregados na irradiação de alimentos e de sangue.
REFERÊNCIAS FRICKE 1. ICRU Report 80. Dosimetry Systems for Use in Radiation Processing. Vol. 8 Nº 2 (2008). 2. Olszanski, A; Klassen, N.; Ross, C. and Shortt, R. The IRS Fricke Dosimetry System. PIRS-0815 NRC (2002). 3. El Gamal, I.; Cojocaru, C.; Mainegra-Hing, E and McEwen, M. The Fricke dosimeter as na absorbed dose to water primary standard for Ir-192 brachytherapy. Phys. Med. Biol. 60 (2015) 4481-4495. 4. dealmeida, C. E.; Ochoa, R.; Lima, M.; David, M.; Pires, E.; Peixoto, J. G.; Salata, C. and Bernal, M. A Feasibility Study of Fricke Dosimetry as an Absorbed Dose to Water Standard for 192Ir HDR Sources. PloS ONE 9 (12) (2014). 5. Klassen, N., Shortt, K., Seuntjens, J. and Ross, C. Fricke dosimetry: the difference between G(Fe+3) for 60Co γ-rays and high-energy x-rays. Phys. Med. Biol. 44 (1999) 1609-1624.
Mariano Gazineu David Químico LCR/UERJ marianogd08@gmail.com