2005 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2005
Santos, SP, Brazil, August 28 to September 2, 2005
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN
ISBN: 85-99141-01-5
CÁLCULO DA DOSE EQUIVALENTE PARA FÓTONS DECORRENTE
DA PRODUÇÃO DE SKYSHINE
Marco A. Frota L1, Alphonse Kelecom1
1
Laboratório de Radiobiologia e Radiometria - Departamento de Biologia Geral
Universidade Federal Fluminense
Outeiro de São João Batista, s/n
Caixa Postal 100.436 - 24001-970 Niterói RJ, Brasil
e-mail: [email protected]
ABSTRACT
Some radiation facilities are designed with little shielding in the ceiling above the accelerator. A problem may
then arise as a result of the radiation scattered by the atmosphere to points at ground level outside the treatment
room. Stray radiation of this type is referred to as skyshine, and the National Council on Radiation Protection
and Measurements Report No. 51 (NCRP 1977) gives methods for the calculation of skyshine for accelerator
facilities. McGinley (1993) has compared skyshine measurements made at an 18 MeV medical accelerator
facility with values calculated using the techniques presented in NCRP Report No. 51. Measurements were
made of the photon levels outside a treatment room housing a Varian 2100C. The roof above the accelerator was
designed for weather protection only and offered little shielding for the primary beam and scattered radiation.
The distance from the treatment room floor to the roof was 4.27 m, and the primary walls were constructed of
concrete 2.0 m thick.The secondary walls were fabricated of concrete 0.99 m thick. The results for the photon
skyshine rate dose as a function of distance from the isocenter using Monte Carlo code, are compared with those
in NCRP publication 74 and measured obtained. The photon skyshine dose rates simutated for real clinic spectra
transmitted through roof range from 4.7 to 14.6 nSv.s-1.
1. INTRODUÇÃO
Algumas instalações de Radioterapia, nas quais não há ocupação no piso superior, são
projetadas com pouca blindagem no teto acima do acelerador terapêutico. O problema
aparece com a presença da radiação espalhada na atmosfera, conhecida como skyshine. Esta
pode atingir regiões ocupadas no térreo fora da sala, ou quaisquer outras construções
adjacentes, e até interferir em equipamentos médicos nas dependências do hospital. A NCRP
n°51[1] nos fornece uma relação empírica para ser realizado o cálculo da dose equivalente
para fótons decorrente da produção de Skyshine. Porém os resultados obtidos por essa
fórmula são significativamente diferentes dos obtidos por meio de medidas experimentais. O
trabalho apresenta valores de dose calculados pela fórmula e os valores obtidos
experimentalmente ,e realiza o cálculo da dose equivalente para fótons decorrente da
produção de skyshine por meio de simulação. Portanto a finalidade deste trabalho foi realizar
o cálculo desses valores pelo código, MCNP versão 4B[2] e compara-los com os resultados
calculados por uso da fórmula empírica e os resultados experimentais encontrados na
literatura. Assim foi possível observar ,que a taxa de dose para fótons obtida pela fórmula
empírica não está em desacordo somente com as medidas experimentais,mas também com os
valores obtidos pelo código MCNP.
2. METODOLOGIA
No presente trabalho, foram estudados feixes de fótons na parte externa de uma sala de
radioterapia que abriga um acelerador de Varian 2100 C, o qual produz um feixe de raios X
de 18 MV. O telhado acima do acelerador foi projetado com a ausência de concreto e a
distância do assoalho da sala ao telhado era de 4,27 m e do assoalho a fonte era de 2,0 m. As
barreiras secundárias foram simuladas com uma espessura de 0,99 m de concreto. Para o
cálculo da taxa de dose (nSv. s-1) no isocentro do sala foi usando o registro F5 (Detector
pontual ou Fluxo pontual), para o feixe de fótons e normalizados pelos coeficientes de
conversão da ICRP74 (1995)[3]. Para realizar essa simulação foi usado o código MCNP,
versão 4B [2], baseado no método de Monte Carlo. O MCNP é um código de propósito geral
que simula o transporte de partículas, como, nêutrons, fótons elétrons, individualmente ou em
conjunto (acopladas). E o chamado método de Monte Carlo, é o nome dado ao mecanismo
responsável pela geração dos valores aleatórios, utilizados nos processos estocásticos dos
modelos de simulação. O método pode ser usado para simular o transporte de fótons através
de meios, como: ar, tecido equivalente e o concreto (blindagem geralmente utilizada em
instalações para tratamento radioterápico), para se obter os espectros transmitidos da fluência
de fótons na superfície de um simulador matemático do corpo humano (fantoma). A equação
abaixo apresenta os valores da taxa de dose obtidos por meio da fómula empírica, fornecida
pela NCRP n°51,
D = 0,249x106 BXS (DiOΩ1.3) / (dids)2
(1)
D : taxa de dose equivalente devido aos fótons
ds : distância (m) do isocentro ao ponto de medida de D
di : distância (m) do alvo de raios X a um ponto 2 m acima do teto
DiO : taxa de dose a 1 m do alvo de raios X
Ω : ângulo sólido do feixe de raios X
BXS : taxa de transmissão no teto
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os valores medidos experimentalmente aumentam quando se afastam do isocentro,
alcançando um valor máximo em 13.6 m e voltam a diminuir. Para os valores calculados pela
equação empírica da NCRP 51[1], os valores calculados para taxa de dose devido a fótons
diminuem continuamente com distância crescente do isocentro. Os valores calculados pelo
método de Monte Carlo estão de bom acordo com os valores medidos experimentalmente,
cerca de 10% , em contra partida os valores calculados por equações empíricas diferem cerca
de 40% dos valores obtidos nesse trabalho. Os resultados medidos para skyshine devido a
fótons são menores do que os valores calculados pelo uso do método de NCRP para pontos
perto da barreira da parede. Na distância de 10.6 m do isocentro, os níveis medidos são
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maiores do que os valores calculados pela NCRP. Este trabalho sugere correções na equação
empírica recomendada pela NCRP 51.Ver Fig. 1.
McGinley(1993)
NCRP51(1977)
Atual
70
-1
Taxa de Dose (nSv.s )
80
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
Distâcia (metros)
Figure 1: Taxa de dose equivalente devido a fótons
a uma distância ds do alvo.
4. CONCLUSÕES
Ao comparar os resultados foi possível observar uma grande discrepância entre os valores
obtidos por meio da equação empírica e os outros valores, tanto o experimental quanto o
simulado. Portanto este trabalho conclui que a equação empírica recomendada pela NCRP 51
não é confiável e sugere correções nesta equação.
REFERÊNCIAS
1. National Council on Radiation Protection and Measurements. NCRP 51, 1977.
2. Briesmeister, J.F. MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 1
4B. Los Alamos, NM: Los Alamos National Laboratory; LA-12625-M; March; 1997.
3. International Commission on Radiological Protection, Conversion coefficients for use in
radiological protection against external radiation. Oxford: Pergamon Press; ICRP
Publication 74, Part 1; Ann ICRP 26(3-4); 1996.
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