Cálculo de dosis ambiental de neutrones y de blindaje en ciclotrón no autoblindado mediante código de Montecarlo Fluka, para la reacción 18O(p,n)18F

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1 PROPUESTA DE TESIS MAESTRÍA EN FÍSICA MÉDICA MENDOZA, MAYO DE 2017 Nombre del trabajo: Cálculo de dosis ambiental de neutrones y de blindaje en ciclotrón no autoblindado mediante código de Montecarlo Fluka, para la reacción 18O(p,n)18F Director: Bioing. Germán Arenas Lugar de realización del trabajo: Instalación Ciclotrón-Radiofarmacia PET de FUESMEN, Garibaldi 405. Ciudad de Mendoza TIPO DE TESIS Normal INTRODUCCIÓN: El incremento de demanda de radiofármacos PET, entre ellos los basados en 18F siendo la FDG el más importante pero no el único, es una realidad tanto a nivel nacional como también en la región de Cuyo. Para poder dar respuesta a la potencial demanda Fuesmen está realizado una serie de adecuaciones. Una de ellas es el aumento de blindaje en ciclotrón para seguir manteniendo los niveles de dosis individual de trabajadores y público, e incluso reducirlos, ante un potencial aumento significativo de producción de 18F que pueda requerirse en el mediano plazo. La simulación de Montecarlo es considerado el método más preciso para el análisis de blidaje de aceleradores. Para el cálculo de blindaje adicional la instalación de ciclotrón ya ha realizado un primer acercamiento, consistente en modelar varios aspectos de la infraestructura existente y se han simulado y evaluado de forma preliminar algunas soluciones de dimensionamiento de blindaje. Sin embargo, la puesta a punto de los parámetros que gobiernan la simulación es un proceso que requiere múltiples pasos con correcciones del modelo. Además, para las técnicas de Montecarlo la optimización de las simulaciones resultan vitales para lograr resultados adecuados en tiempos prácticos con el hardware disponible.

2 La presente propuesta de trabajo es la continuidad de actividades de investigación previas, cuyo objetivo final es la realización de una memoria de cálculo de blindaje del ciclotrón de Fuesmen, compatible con potenciales objetivos y capacidades futuras de producción. ANTECEDENTES: En un trabajo de tesis de grado de Licenciatura en Física, realizado en Fuesmen, se desarrolló un primer modelo geométrico, de definición de materiales y escritura de código para poder evaluar niveles de dosis gamma y de neutrones en exterior del búnker de ciclotrón sin autoblindaje de Fuesmen producida por la reacción 18O(p,n)18F, mediante técnica de simulación de Montecarlo, específicamente con código Fluka. El objetivo principal consistió en calcular el blindaje adicional necesario, ante un potencial incremento significativo de demanda y de la capacidad productiva de 18F. Debido a limitaciones en capacidad y tiempo de cómputo, se obtuvieron niveles de incertidumbre no aceptables en los valores de dosis simulados fuera de bunker. Por tal motivo, como solución alternativa se ajustó el modelo evaluando las mediciones de campo y simuladas en el interior de búnker, con la intención de utilizar luego los resultados como datos para alimentar modelos deterministas de cálculo de dosis de neutrones en el exterior de bunker. Sin embargo, el método resultó ineficiente en ciertas ubicaciones fuera del bunker de ciclotrón de Fuesmen, debido en parte a la compleja estructura de puertas de bunker, dificultando los cálculos más allá del alcance de dicho trabajo de tesis. Luego, mediante una capacitación del OIEA en modalidad Fellowship, el personal de ciclotrón de Fuesmen ha estudiado y ensayado para su propio ciclotrón una metodología de simulación de Montecarlo en Fluka, ya probada satisfactoriamente en cálculos de dosis neutrónica en otros ciclotrones para radioisótopos PET. A través de la obtención precisa del término fuente de neutrones, el método permite un aumento del orden de 1E7 eventos primarios simulados para tiempos de corrida equivalentes a los utilizados durante la tesis, según las evaluaciones preliminares. Esto permitirá en las simulaciones una disminución sustancial de la incertidumbre asociada a las dosis de neutrones. OBJETIVO PRINCIPAL: Se propone el uso de método de simulación de Montecarlo con código Fluka, utilizando el método simplificado para la obtención del término fuente de neutrones, para una estimación de la dosis de neutrones en el interior y exterior de búnker con niveles de incertidumbre adecuado para propósitos de cálculo de blindaje.

3 Luego, considerando el escenario de un potencial incremento de producción de 18F, se deberá calcular en base a especificaciones comerciales de concreto, un adicional de blindaje hacia afuera que verifique los requerimientos para etapa de diseño, de los límites de dosis anual en público y trabajadores. OBJETIVOS SECUNDARIOS: Estimar la tasa de dosis neutrónica dentro y fuera de bunker para alternativas de blindaje local de blancos de ciclotrón Evaluar la aptitud del método simplificado para la obtención de término fuente de radiación gamma originada en la reacción de producción de 18O(p,n)18F en blanco de ciclotrón, con el objetivo de poder disminuir la incertidumbre la incertidumbre de la dosis depositada relacionada con el fenómeno MATERIALES Los materiales e instrumentos detallados a continuación se encuentran disponibles en las instalaciones de FUESMEN. Manuales de ciclotrón y planos de planificación de obra civil del bunker Estación de trabajo para simulación de Montecarlo con código Fluka y entorno de trabajo Flair Monitores de área para radiación gamma Veenstra Instruments VRM 202 Monitor Portátil gamma Thermo Scientific RadEye B20-EX Registro de mediciones previas de H*(10) de neutrones con sonda Berthold LB 6411, bajo condiciones de irradiación conocidas de blanco de 18F, en locaciones relevantes de periferia de bunker de ciclotrón de Fuesmen.

4 CRONOGRAMA DE TRABAJO Estudio de bibliografía: manuales de código Fluka e interfaz Flair, tesis previa, etc. AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE Escritura de código y simulación con método simplificado de término fuente de neutrones, sobre modelo geométrico existente. Comparación con mediciones de dosis de campo Revisión de modelo geométrico existente: agregado de detalles geométricos y definición de materiales en zona de plano de aceleración de ciclotrón. Simulación y evaluación de resultados Análisis de alternativas para agregado de blindaje hacia afuera en bunker, con concreto. Simulación y análisis de resultados. Consulta en simultáneo con personal cualificado para análisis de factibilidad constructiva de blindajes Para alternativas de blindaje local: Revisión o rediseño de geometrías, simulación, evaluación y

5 comparación de resultados. Estudio preliminar de uso de método simplificado de término fuente de radiación gamma Escritura del trabajo REFERENCIAS TESIS DE LICENCIATURA EN CIENCIAS BÁSICAS, ORIENTACIÓN FÍSICA, FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES - UNCUYO: CÁLCULO DE BLINDAJE, POR MEDIO DEL MÉTODO DE MONTECARLO, PARA UN CILCOTRÓN COMPACTO DE HOSPITAL. AUTOR: FRANCO PROFILI, DICIEMBRE DE 2016.