masterThesis
Desenvolvimento de um porta-dosímetro por impressão 3D para monitoração ocupacional do cristalino
Registro en:
SANTOS, Matheus Fernando dos. Desenvolvimento de um porta-dosímetro por impressão 3D para monitoração ocupacional do cristalino. 2020. Dissertação (Mestrado em Tecnologias Energéticas e Nucleares) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2020.
Autor
SANTOS, Matheus Fernando dos
Institución
Resumen
Recentemente, tem havido uma preocupação crescente com doses no cristalino, principalmente após a publicação de estudos epidemiológicos evidenciando o risco da indução de catarata em doses abaixo do que previa a Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP). Tanto o limiar de dose absorvida para a ocorrência de reações teciduais na lente dos olhos quanto o limite de dose ocupacional anual foram reduzidos, e a monitoração individual é uma ferramenta importante no auxílio da proteção radiológica. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um porta-dosímetro com dimensões e geometria adequadas para monitorar dose de radiação na lente dos olhos, baseado no modelo ocular tridimensional de referência. Foram modeladas três versões de um porta-dosímetro no Software de projeto CAD 3D SolidWorks, variando a profundidade dos dosímetros termoluminescentes (TLD’s) no suporte. O modelo físico do porta-dosímetro de cristalino desenvolvido nesse trabalho foi denominado DosímetroG4. As três versões do DosímetroG4 foram submetidas a técnica de simulação pelo método de Monte Carlo no código GEANT4. Foi simulado um conjunto de irradiações, com fótons na faixa energética entre 5 keV e 10 MeV e incidência do feixe de radiação na direção 0° e 90°. Através do FOM, foi possível quantificar a adequação da resposta simulada de cada versão do DosímetroG4 ao modelo ocular de referência, em termos da dependência energética e angular. A versão G4-3.5, correspondente a profundidade dos TLD’s em 3,5 mm no suporte do DosímetroG4, apresentou melhor correlação com o modelo ocular tridimensional de referência, dessa forma tornou-se a versão otimizada. Portanto, a versão G4-3.5 do DosímetroG4 foi submetida a três técnicas de impressão 3D para obtenção dos protótipos: (i) Modelagem por Fusão e Deposição – FDM, (ii) Multijatos – PJET e (iii) Estereolitografia – SLA. As técnicas que utilizam resinas líquidas mostraram-se mais adequadas para o objetivo desejado, em termos de resolução, nível de detalhamento e capacidade de garantia na reprodutibilidade das peças criadas, com variação máxima de 0,4% entre as dimensões do desenho CAD 3D do porta-dosímetro e os protótipos obtidos. Os resultados da avaliação experimental da dependência energética e angular mostraram que o DosímetroG4 atende aos requisitos estabelecidos pela norma internacional IEC 62387 (2012), e apresenta variação máxima da resposta relativa em Hp(3) de ± 35% para feixe de fótons na faixa energética entre 24 e 662 keV, e ângulo de incidência compreendido entre 0° e ±60°. Portanto, o DosímetroG4 foi considerado apropriado para monitoração ocupacional do cristalino, em termos da grandeza operacional Equivalente de Dose Pessoal Hp(3). Os resultados deste trabalho mostraram a viabilidade na metodologia através da integração entre Software de modelagem CAD 3D, simulação de Monte Carlo e impressão 3D para o desenvolvimento e prototipagem rápida de novos dosímetros. CAPES Recently, there has been a growing concern about doses in the eye lens, especially after the publication of epidemiological studies showing the risk of cataract induction in doses below that predicted by the International Commission for Radiological Protection (ICRP). Both the absorbed dose threshold for the occurrence of tissue reactions in the eye lens and the annual occupational dose limit have been reduced, and individual monitoring is an important tool in the aid of radiological protection. The objective of this work was to develop a dosimeter holder with adequate dimensions and geometry to measure radiation dose in the eye lens, based on the reference three-dimensional ocular model. Three versions of a dosimeter holder were modeled in the SolidWorks 3D CAD design Software, varying the depth of the thermoluminescent dosimeters (TLD’s) in the support. The physical model of the crystalline dosimeter holder developed in this work was called DosimeterG4. The three versions of DosimeterG4 were submitted to the computational simulation by the Monte Carlo method in the GEANT4 code. A set of irradiations was simulated, with photons in the energy range between 5 keV and 10 MeV and incidence of the radiation beam in the 0 ° and 90 ° directions. Through the FOM, it was possible to quantify the adequacy of the simulated response of each version of DosimeterG4 to the reference ocular model, in terms of energy and angular dependence. The version G4-3.5, corresponding to the depth of the TLD’s in 3.5 mm in the support of the DosimeterG4, showed a better correlation with the reference three-dimensional ocular model, thus becoming the optimized version. Therefore, the G4-3.5 version of the DosimeterG4 was submitted to three 3D printing techniques to obtain the prototypes: (i) Fusion and Deposition Modeling - FDM, (ii) MultiJets - PJET and (iii) Stereolithography - SLA. The techniques that use liquid resins proved to be more suitable for the desired objective, in terms of resolution, level of detail and guarantee of reproducibility of the created parts, with a maximum variation of 0.4% between the dimensions of the 3D CAD drawing dosimeter holder and the prototypes obtained. The results of the experimental evaluation of energy and angular dependence showed that the DosimeterG4 meets the requirements established by the international standard IEC 62387 (2012), and presents a maximum variation of the relative response in Hp (3) of ± 35% for photon beam in the energy range between 24 and 662 keV, and incidence angle between 0° and ± 60°. Therefore, the DosimeterG4 was considered appropriate for occupational monitoring of the eye lens, in terms of the operational quantity Equivalent of Personal Dose Hp(3). The results of this work showed the feasibility in the methodology through the integration between 3D CAD modeling software, Monte Carlo simulation and 3D printing for the development andrapid prototyping of new dosimeters.