Metodologia para modelagem de uma câmara de extrapolação em campos padrões secundários de radiação beta

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCom o avanço tecnológico na área da metrologia em radiações ionizantes vários questionamentos surgiram a respeito da dose absorvida devido a radiação beta. Diversos radionuclídeos existentes são emissores beta e de radiação eletromagnética e, em muitos casos, a dose absorvida devido a radiação beta supera a dose correspondente a radiação gama. A busca por novas metodologias de medida da dose e taxa de dose absorvida devido as radiações beta são necessárias. O emprego da modelagem computacional tem permitido avanços significativos na otimização dos sistemas de medidas, uma vez que além de facilitar e acelerar as análises, permite simular e avaliar a influência de diferentes parâmetros isoladamente. Além disso, é possível estudar novas tecnologias e/ou metodologias para a criação de sistemas de medição. O método matemático conhecido como método de Monte Carlo (MC) utiliza uma sequência de números aleatórios para realizar a simulação de um fenômeno físico. Diferentes códigos computacionais foram desenvolvidos utilizando o método de MC como base para o transporte de partículas. O objetivo deste trabalho foi criar uma metodologia para modelar o Sistema Padrão Secundário Beta (BSS2), com três fontes beta de radiação e uma câmara de extrapolação PTW 23392. Para isto foi utilizado dois códigos computacionais sendo o primeiro o Monte Carlo N-Particle eXtended (MCNPX) e o segundo o Penetration and ENErgy LOss of Positrons and Electrons (PENELOPE). A ideia principal foi comparar os resultados de taxa de dose absorvida em muGy.s^-1 obtida de trabalhos publicados em literatura para fins de validação dos modelos de calibração desenvolvidos. Todo o set-up é composto da câmara de extrapolação PTW-23392, filtros e três fontes radioativas de diferentes radionuclídeos emissores beta sendo eles, o Kr-85, Sr-90/Y-90 e o Pm-147. Os artigos publicados por Faria et al., 2015, do Laboratório de Calibração de Dosímetros do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (LCD/CDTN) e Polo et al., 2018, do Laboratório de Calibração de Instrumentos do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (LCI/IPEN), foram utilizados para a validação do modelo desenvolvido. Foram utilizadas duas equações para cálculo da taxa de dose para as simulações de MC de Faria et al., 2015 e Polo et al., 2018. A diferença da taxa de dose encontrada e comparada com as publicadas por Faria et al., 2015 e por Polo et al., 2018 chegam em até 4%. O fator de transmissão foi calculado para a fonte de Kr-85 e a diferença encontrada foi de até 6% e um resultado com diferença de 17% e com 5% de desvio padrão em relação ao que foi reportado em literatura. Foi observado que o transporte de partículas betas em códigos de MC são extremamente custosos e complexos quando comparados com as ondas eletromagnéticas. Isto foi verificado para os dois códigos de MC utilizados neste trabalho.Technological advancement in the field of ionizing radiation metrology, several questions have arisen regarding the absorbed dose due to beta radiation. Mostly, existing radionuclides are beta and electromagnetic radiation emitters and in many cases, the absorbed dose due to beta radiation exceeds the dose corresponding to the gamma rays. The search for new methodologies of dose measurement and absorbed dose rate due to beta radiation is necessary. The use of computational modeling has allowed significant advances in the optimization of the measurement systems. Since it, besides facilitating and accelerating the analysis, it allows simulating and evaluating the influence of different parameters separately. In addition, it is possible to study new technologies and / or methodologies for the creation of measurement systems. The mathematical model known as the Monte Carlo Method (MMC) uses a sequence of random numbers to simulate a physical phenomenon. Different computational codes were developed using the MC method as the basis for particle transport. The aim of this work was to develop a methodology to model the whole Secondary Beta Standard System (BSS2), with three beta radiation sources and one PTW 23392 extrapolation chamber. For this we used two computational codes, the first is the Monte Carlo N-Particle eXtended (MCNPX) and the second Penetration and ENErgy LOss of Positrons and Electrons (PENELOPE). The main idea is to compare the absorbed dose rate results in $\mu$Gy$^{- 1}$ obtained from studies published in the literature for the validation of the developed calibration models. The whole set-up is composed of the PTW-23392 extrapolation chamber, filters and three radioactive sources from different beta-emitting radionuclides which are Kr-85, Sr-90/Y-90 and Pm-147. The articles published by Faria et al., 2015 from the Dosimeter Calibration Laboratory of the Nuclear Technology Development Center (LCD / CDTN) and Polo et al., 2018 from the Instrument Calibration Laboratory of the Institute for Nuclear and Energy Research (LCI / IPEN) were used to validate the developed model. Two equations were used to calculate the dose rate for MC simulations by Faria et al., 2015 and Polo et al., 2018. The difference in dose rate found and compared with those published by Faria et al., 2015 and by Polo et al., 2018 reach up to 4%. The transmission factor was calculated for the source of Kr-85 and difference found was up to 6% and a result with 17% difference and 5% of standard deviation from what was reported in literature. It has been observed that the transport of beta particles in MC codes is extremely costly and complex when compared to electromagnetic waves. This was verified for the two MC codes used in this work