Simulação computacional do processo de produção de raios-x para uso diagnóstico por método Monte Carlo utilizando o código Penelope

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física.A simulação do espectro de raios-x para tubos operando em energias usadas em diagnósticos médicos foi obtida através da modelagem computacional baseada no método Monte Carlo. As propriedades físicas das interações dos elétrons primários foram discutidas. O código computacional PENELOPE simula o transporte de elétrons e fótons em materiais arbitrários, permitindo o armazenamento das histórias individuais da radiação ionizante através do alvo. Foi discutido o problema de se obter uma descrição acurada dos feixes de fótons produzidos por impacto eletrônico em um alvo pesado envolvendo como ocorre em tubos de raios-x. A viabilidade do código PENELOPE é analisada em detalhes e a interação tanto de elétrons como de fótons de raios-x com diferentes materiais é também discutida. Os espectros de raios-x foram simulados para várias condições diagnósticas envolvendo a geometria, material absorvedor, energia de impacto dos elétrons e fluência em fótons. Como conclusão, regiões de altas e baixas energias podem ser propriamente representadas pelo código PENELOPE. As linha de emissão características e L associadas com o material do ânodo foram também corretamente descritas. Comparações com outro código de simulação e com resultados experimentais sustentam o uso do código PENELOPE. Finalmente, a fluência em fótons foi calculada em função da alta tensão aplicada no tubo de raios-x em um simulador de paciente. Estes valores podem ser úteis na predição da dose efetiva de radiação no paciente. The x-ray spectra simulation for tubes operating at diagnostic medical energies have been obtained though a Monte Carlo based computational modeling. Physical properties for the interaction of the primary electron have been exposed. The computer code system PENELOPE simulates the transport of electrons and photons in arbitrary materials, allowing to store the individual histories of the ionizing radiation passing the target. The problem of providing accurate prediction for the photons beams following the electron impact on a heavy target which occurs in x-ray tube is discussed. The feasibility for the PENELOPE computational code is analised in details, and the interaction of both electrons and x-ray photons on different materials is also discussed. The x-ray spectra have been simulated for several diagnostic conditions concerning geometry, absorber material, electron impact energy and photon fluency. At conclusions, regions at low and high energy can be usefully represented by the PENELOPE code. The characteristic and L emission lines associated with the anode have also been well described. Comparison with other simulation code as well as with experimental results support the PENELOPE code use. âá,K Finally, the photon fluence was calculated as a function of applied x-ray tube high voltage in a phantom. These values may be useful for predicting the effective radiation dose on the patient