Estimación del porcentaje de dosis en profundidad en el eje central de referencia en un fantoma de agua para rayos Gamma de Cobalto 60 utilizando redes neuronales artificiales

Una aplicación de los rayos Gamma en la medicina, es la que se realiza en el campo de la radioterapia. En esta rama de la medicina se utilizan haces colimados de radiación que en un momento dado permiten eliminar tejido maligno de un paciente evitando al máximo dañar el tejido sano en la periferia, lo cual conduce a aprovechar al máximo los beneficios de la terapia de radiación. Un aspecto muy importante para cumplir con este propósito, lo constituye la calibración de los equipos utilizados para medir las dosis de radiación depositadas en el paciente. Con mucho, la cámara de ionización es el instrumento mas usado para medir las dosis de radiación, aunque también se utilizan instrumentos como dosímetros de cristal termoluminiscente, dosímetros de lectura directa y monitores de radiación. Para poder mejorar la calidad de la calibración de los equipos de medición, es indispensable rediseñar continuamente los experimentos para brindar un mejor servicio. El inconveniente que se tiene en estos casos, es que una instalación de metrología de radiaciones ionizantes no puede detener los servicios que ofrece, ya que es una instalación altamente especializada y existen pocas a nivel mundial. Por esta razón, es necesario buscar otras técnicas que nos permitan predecir el comportamiento de los experimentos antes de ser llevados a cabo, con lo cual los recursos se optimizan y las exposiciones del personal ocupacionalmente expuesto se reducen. Una herramienta excepcional para cumplir este objetivo, lo constituyen las técnicas de la computación científica. En este trabajo se presenta la estimación del porcentaje de dosis en profundidad en un fantoma de agua, el cual es el dispositivo donde se calibran los instrumentos de medición utilizados en radioterapia, para un haz de rayos Gamma de Cobalto 60, utilizando una herramienta muy importante dentro del campo de la computación científica: Las redes neuronales artificiales.

Monte Carlo study trough GEANT4, for the characterization of the Intrinsic Time Resolution of detectors coupled to 2 SiPMs as a function of their scintillating plastic volumes

The low value time resolution detectors (speed for distinguish two events) are relevant in those experiments or simulations where the particles to detect possess a very short a time of flight (TOF), this is why it’s required that detection times are ranged between ns. & ps. With the software GEANT4 were made simulations of 5 sizes of two scintillation plastic: BC-404 & BC-422, those sizes were of 100x100x20, 50x50x10, 40x40x5, 20x20x5 and 20x20x3 mm3. Also it was emulated two areas of 3x3 mm2 (Scores), coupled on the central sides of each scintillator, representing the silicon photomultipliers (SiPMs) effective area. To characterize the intrinsic time resolution, it was quantified the arrival time of the optical photons to the Scores, which are generated by muons of 1 GeV, when interact with the plastic scintillators volume. The muons were programmed to interacted on three different zones: a random beam that covers all the scintillator surface, a beam directed to the center and a beam directed to the scintillator left below corner. In this work it is shown the results of the intrinsic time resolution different values, obtained using the programming-framework called ROOT. The lowest time resolution value was σ = 7.64 ± 0.43 ps., that corresponds to the detector arrangement with BC-422 scintillation material, a volume of 20x20x3 mm3 and the muons beam directed to the scintillator’s left below corner.

Simulación Monte Carlo del dosímetro de Fricke con Topas.mc para el estudio del daño por oxidación en ductos de hierro debido a la radiólisis del agua

La química de la radiólisis del agua es ampliamente estudiada debido a su importancia para conocer los efectos de la radiación en sistemas biológicos, pero también en otros campos de la ciencia y la tecnología, como es el caso de los reactores de energía nuclear refrigerados por agua. En esté existe la problemática de la oxidación en sus ductos de hierro debido al agua ionizada que transportan como moderador de neutrones y como medio de transporte de calor. Esta problemática fue la principal motivación de este trabajo, que pretende simular dicho fenómeno. Para esto el sistema se simplifico al simular un dosímetro de Fricke, es decir simular la oxidación de iones ferrosos por la radiólisis de una solución acuosa aireada (0.25 mmol/L) de sulfato ferroso (5 mmol/L) con 0.4 mol/L de ácido sulfúrico. Este ácido diprótico ya se ha estudiado con anterioridad por diversos autores, en este caso se implementó un algoritmo en Python para encontrar las concentraciones de las especies disociadas por el ácido (H⁺, OH⁻, HSO4⁻, SO4²⁻). De acuerdo con la metodología de Autsavapromporn, estos se encuentran como solución de un sistema de ecuaciones, el cual al resolverse para H⁺, se obtiene un polinomio de cuarto grado, el cual se resolvió utilizando métodos computacionales. Obteniéndose los siguientes resultados H⁺=0.40965 M, OH⁻ = 2.4411x10-14 M, HSO4⁻= 0.39002 M y SO4²⁻= 0.0098 M. Al agregar el ácido también se obtuvo una modificación en la fuerza iónica del medio teniendo una nueva fuerza iónica con valor de 0.4194. Implementando estos resultados fue posible realizar la simulación del dosímetro de Fricke.

Simulación y análisis para la determinación de la resolución temporal intrínseca y eficiencia de un plástico centellador

En el área de instrumentación orientado a detectores, se trabaja para desarrollar instrumentos de detección de partículas sensibles y rápidos, la resolución temporal (RT) es una de las características más importantes de un detector. Para el caso de los plásticos centelladores, la recolección de luz es importante ya que depende del área efectiva del fotosensor (scorer). Para los detectores de dimensiones de mm se prefiere usar SiPM comparado con un PMT debido a su tamaño. En este trabajo estudiamos el tiempo de llegada de los fotones ópticos a un scorer de 6 × 6 mm2. Definimos la variación de tiempo de llegada de los fotones ópticos, como la resolución temporal intrínseca (RTI). Simulamos en GEANT4 dos tipos de arreglos para un plástico centellador BC-404 con geometría hexagonal acoplado a un scorer en el centro del centellador y otro con un scorer en el perímetro del centellador. Las fuentes simuladas fueron 60Co, 137Cs, 22Na, 90Sr y μ- de 1 GeV, se encontró que la resolución temporal depende de la interacción, energía de la partícula y la ubicación del scorer.

Fotoinactivación con curcumina en Trypanozoma cruzi

La enfermedad de Chagas es causada por el protozoarioTrypanozoma cruzi, el cual es un patógeno endémico de Latino America. Este microorganismo ha desarrollado una fuerte resistencia en contra de los métodos usuales de tratamiento, de ahí que, se ha convertido en un problema importante de salud. En este trabajo, aplicamos el procedimiento de inactivación fotodinámica en cultivos de las cepas CL Brener y Ninoa, en su forma epimastigote (cuando el parásito está en su etapa de mayor reproducción). Investigamos el efecto conjunto de curcumina y luz azul a 9x10^-6 M y 16 mW, respectivamente. No observamos toxicidad de la curcumina en ninguna de las cepas. La viabilidad deT. cruzi fue evaluada inmediatamente después de la irradiación a 89 J/cm^2 (1 hora). Encontramos una reducción de 1 log10 para la cepa CL Brener, y un poco menos para la de Ninoa. Cabe remarcar, sin embargo, que existe un efecto de retardo en la viabilidad de los parásitos, después de dos y tres días del tratamiento, la mortalidad fue del 100%, respectivamente.

Función de pérdida de energía y poder de frenado para electrones de baja energía en $LiF$, $CaF_2$, $Al_2O_3$ y $H_2O$ usando las aproximaciones de Penn

Las interacciones inelásticas entre un electrón y el medio en el que éste incide están relacionadas con la función de pérdida de energía, la cual determina la probabilidad de dispersiones inelásticas, la distribución de pérdida de energía y la distribución de dispersión angular. Por ende, la función de pérdida de energía es útil para calcular el poder de frenado, que se define como la energía perdida por unidad de distancia recorrida dentro del medio por el electrón. A la fecha, la función de pérdida de energía es determinada a partir de datos ópticos medidos experimentalmente. La aproximación completa de Penn (FPA por sus siglas en inglés) es un algoritmo que extrapola a la función de pérdida de energía a partir de dichos datos experimentales considerando todas las propiedades de la función de pérdida de energía de Linhard, lo cual hace a la FPA un algoritmo preciso, pero demandante en términos computacionales. La aproximación simple de Penn (SPA) hace lo mismo, pero toma una función de pérdida de energía de Linhard más simple, reduciendo considerablemente la demanda computacional. En este trabajo se comparan los valores calculados del poder de frenado para electrones en $Al_2O_3$, $CaF_2$, $LiF$ y $H_2O$ así como las funciones de pérdida de energía obtenidas mediante ambos métodos. Ambas aproximaciones van mostrando un mejor acuerdo para los valores calculados del poder de frenado conforme la energía cinética del electrón aumenta. Para energías cinéticas del electrón incidente mayores a 200 eV se obtuvo una diferencia porcentual promedio para el poder de frenado de 9.3% en $Al_2O_3$, 6.3 % en $CaF_2$, 2.2% en $LiF$ y 0.9% $H_2O$, tomando como referencia los valores obtenidos mediante la FPA. Para energías menores a 200 eV las diferencias porcentuales alcanzaron valores máximos de 99.5%, 90.4%, 99.9% y 68.3% respectivamente.

Emanación de radón en el Cuexcomate. Puebla, Pue. México

Se hicieron mediciones de radón durante un periodo de once meses en la zona del antiguo géiser Cuexcomate, en la ciudad de Puebla. Para la medición de radón se utilizó el método pasivo de trazas en sólidos, usando policarbonato CR-39 como material sensible a la radiación. Las concentraciones de radón se correlacionaron con la precipitación pluvial. Los valores de la actividad radiológica sobrepasan la norma de la EPA de 148 Bq/m3, llegando hasta 2,000 Bq/m3 en la época seca, en concordancia con la composición estratigráfica de travertinos y depósitos de origen volcánico, que corresponde a la composición química del géiser y al medio ambiente activo en la parte de la Faja Volcánica Trans-mexicana con una composición andesítica y basáltica.