Desenvolvimento de dosímetros de estado sólido para dosimetria em radiologia e braquiterapia

Tese de doutoramento, Física, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010Nesta tese é estudado o protótipo de um novo dosimetro para radiações ionizantes, com a possibilidade de ser utilizado em Radiologia e Braquiterapia. O detector baseia-se em fibras ópticas cintilantes de plástico, cujo sinal de cintilação produzido é lido por um fotodetector de estado sólido. As fibras ópticas apresentam muitas vantagens para serem utilizadas como dosimetros, destacando-se a sua semelhança radiológica com a água. No entanto nos dosimetros desenvolvidos até aos dias de hoje baseados em fibras ópticas o sistema de leitura é efectuado com fotomultipladores, que têm associado uma electrónica complicada o que os torna pouco práticos. A utilização de fotodetectores de estado sólido como sistema de leitura representa uma inovação e uma grande vantagem. No entanto os cintiladores plásticos também possuem algumas desvantagens como sejam por exemplo a produção de luz de Cherenkov e de fluorescência que não são directamente proporcionais à energia depositada na fibra. No entanto para a gama de energias utilizada em Radiologia e Braquiterapia este problema é pouco importante uma vez que a percentagem deste sinal medido devido a estes processos é apenas cerca de 5%, tal como foi comprovado neste estudo. O dosimetro desenvolvido (DosFib) é formado por uma fibra óptica plástica cintilante, (5 mm de comprimento), que quando irradiada produz o sinal de cintilação que vai ser conduzido por uma fibra óptica plástica não cintilante e de seguida é convertido em sinal eléctrico no fotodetector, lido por um eléctrometro. Devido às reduzidas dimensões da fibra óptica plástica cintilante utilizada, este detector permite ter uma boa resolução em posição. Ao longo desta tese irão ser apresentados os resultados dos testes efectuados que nos permitiram chegar à configuração final do dosimetro, nomeadamente a escolha das fibras e do fotodetector. Assim o dosímetro de fibra óptica cintilante desenvolvido é um dispositivo capaz de medir a dose depositada por raios-X ou radiação gama desde algumas dezenas de keV até algumas centenas de keV.In this thesis a prototype of a new dosimeter for ionizing radiation, with that can be possibility of being used in radiology and brachytherapy was developed. The detector is based on plastic scintillating optical fibers, whose scintillation signal is read by a solid state photodetector. Optical fibers have many advantages as dosimeters, highlighting their radiologic resemblance to water. However for, the dosimeters developed until the present day, based on optical fibers, the reading system is based on photomultipliers, which are associated with a complicated electronics which makes them expensive and more impractical. The use of solid state photodetectors as the reading system represents a breakthrough and a big advantage in compactness. Nevertheless plastic scintillators also have some disadvantages, such as the production of Cherenkov and fluorescence light that are not directly proportional to the energy deposited in the fiber. For the range of energies used in Radiology and Brachytherapy this problem is not a major one since the percentage of the measured signal due to these processes is only about 5%, as demonstrated in this study. The developed dosimeter developed consists in a plastic scintillating fiber (5 mm in length), which produces the scintillation signal a non-scintillating plastic optical fiber for light transmission a photodector, and electrometer. Due to the small size of the plastic scintillating optical fiber used, the detector allows a good position resolution. Along this thesis these will be presented test results that allowed us to reach the final dosimeter configuration, namely the choice of fibers and photodetector. The developed scintillating optical fiber dosimeter is a device capable of measuring the deposited dose by X-ray and gamma radiation from a few tens of keV up to several hundred keV