Materiais Simulados e Código Utilizado

O material luminescente utilizado para a simulação nesse trabalho foi óxido de alumínio dopado com carbono (𝐴𝑙2𝑂3: 𝐶), com diferentes tamanhos e concentrações de partículas, dispersas dentro de um filme. Este material foi escolhido porque é atualmente um dos principais dosímetros OSL, e já foi amplamente estudado com essa função. Por já ter sido bastante estudado, o Al2O3:C é a melhor opção para dar-se início as simulações, partindo do conhecido para se adequar ao código, já que o programa de simulação utilizado é uma nova ferramenta no grupo de pesquisa em Física Médica da Universidade Federal de Sergipe.

Um espaço virtual usando o modelo voxel foi considerado para cálculo em estruturas complexas com rede composta por uma matriz cúbica preenchida por grãos, que juntos constituem esse filme, exibido em uma matriz bidimensional (2D). A matriz foi processada em espessura de filmes. Todos os casos simulados nesse trabalho usaram como configuração básica a ideia de um filme fino com grãos uniformemente dispersos em uma matriz, assim como ilustrado na Figura 7. O material utilizado nos grãos foi o 𝐴𝑙₂𝑂₃: 𝐶. Esses grãos foram simulados como esferas e foram fixados numa matriz cúbica, cujos espaços entre as esferas foram preenchidos com LiF. Essa configuração, assim como a composição do dosímetro, foi utilizada visando a reprodução da geometria construída pela Luszik-Bhadra (2011), para demonstrar domínio no método de simulação e a reprodutibilidade dos resultados que foram obtidos no artigo em questão.

Para que a simulação computacional fosse realizada foi preciso construir um arquivo de entrada (input), o qual possui um formato de texto livre, onde especificamos

Estando o input configurado, foi feito o processamento desse arquivo no PHITS, que gerará os resultados que foram requeridos a partir dos tallies e que podem ter extensões .out, .txt ou .eps. Esses arquivos são visualizados e passam pela análise do operador das simulações. Um dos grandes diferenciais no uso do PHITS que foi notado é o tempo computacional gasto. Em um cenário, como o posto na Figura 8, o tempo computacional depende mais do número de histórias utilizado do que a complexidade do detector.

Em todos os casos, os filmes tiveram espessura de 0,5 mm. Os parâmetros que sofreram alterações foram o tamanho do voxel e o diâmetro das esferas. Foram utilizadas as seguintes configurações:

 Filme com esferas de 𝐴𝑙₂𝑂₃: 𝐶 com diâmetro variando de 10 a 50 𝜇𝑚 embutidas em LiF. Cada esfera foi colocada centralizada dentro de um voxel medindo 50 𝜇𝑚 × 50 𝜇𝑚 × 50 𝜇𝑚.

 Filme com esferas de 𝐴𝑙2𝑂3: 𝐶 com diâmetro variando de 55 a 100 𝜇𝑚 embutidas em LiF. Cada esfera foi colocada centralizada dentro de um voxel medindo 100 𝜇𝑚 × 100 𝜇𝑚 × 100 𝜇𝑚.

Para cada nova simulação, o diâmetro das esferas de grãos luminescentes de 𝐴𝑙₂𝑂₃: 𝐶 foi alterado no intervalo de 10 𝜇𝑚 até 100 𝜇𝑚 variando com o passo de 5 𝜇𝑚. Ou seja, foram feitas simulações de 19 filmes diferentes, cada filme com um determinado diâmetro das suas esferas distribuídas no homogeneamente no filme, ocupando cada uma um voxel separadamente. A esfera era sempre centralizada no voxel e o restante dele era preenchido por LiF.

Os voxels foram dispostos para formar um arranjo 3D, simulando um pedaço de filme com uma superfície de 2 cm × 2 cm e com uma espessura de 0,5 mm. Cada voxel foi carregado com uma esfera de OSL de 𝐴𝑙₂𝑂₃: 𝐶 embebida em LiF.

Assim como feito pela Luszik-Bhadra (2011), em todos os casos foi simulado um phantom de água, definido como uma caixa com dimensões de 30 cm × 30 cm × 15 cm constituída de PMMA preenchida com água. Esse componente possui elevada importância, pois visa simular as condições de dispersão das partículas dentro do tecido humano, dando a devida relevância ao estudo desenvolvido. Um lado da superfície do filme foi, então, disposto sobre a lateral do phantom para ser irradiado.

Em todas as Figuras que serão apresentadas, o branco representa o ar, que é mostrado na área em torno do detector e do phantom de água. O PMMA está representado

em azul em conjunto com a água (azul ciano), que é mostrado a esquerda da Figura 7. Na cor amarelo pastel é representado o LiF, que preenche toda a matriz cúbica do filme, e em vermelho estão os grãos OSL de 𝐴𝑙2𝑂3: 𝐶.

O código de Monte Carlo PHITS (versão 2.64) foi aplicado para os cálculos. Ele foi utilizado para simular estruturas de trilha e distribuições de LET no 𝐴𝑙2𝑂3: 𝐶, que é a região de interesse. Este código fornece informações locais de energias depositadas em função de LET para partículas carregadas que atravessam o material OSL. Energias depositadas, obtidas desta forma por fótons incidentes, foram ainda plotadas como variável dependente da eficiência dessa transferência linear de energia.

Figura 7. Exemplo de parte de uma das estruturas phantom/filme simuladas: esferas 𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑: 𝑪 com

um diâmetro de 50 𝝁𝒎 misturado com LiF, como usado nos cálculos

As irradiações foram simuladas com partículas incidindo na direção do vetor normal à superfície e um detector colocado na superfície frontal de um phantom ISO (ISO, 1999), como mostrado na Fig. 8. Esse phantom em formato de uma caixa com dimensões externas de 30 cm × 30 cm × 15 cm, tem paredes feitas de PMMA (parede frontal com 2,5 mm de espessura e outras paredes com 10 mm de espessura), formando uma caixa que foi preenchida com água conforme recomendado (ISO, 1998).

Foi utilizada a contagem apropriada para mensurar os parâmetros de interesse. Em outras palavras, o código PHITS foi executado usando os Tallies respectivos para cada função. O utilitário T-Gshow foi utilizado para verificar a geometria em uma visão bidimensional.

Figura 8. (a) Visão total de uma das estruturas simuladas phantom e filme dosimétrico de esferas

𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑: 𝑪 misturado com LiF, como usado nos cálculos. (b) Visão ampliada de todo o conjunto da

estrutura simulada nesse exemplo. (c) Visão ampliada do filme dosimétrico usado no exemplo. A seta em vermelho mostra a direção do feixe de radiação que foi incidido sobre a estrutura simulada.

(a)

(b)

Direção do feixe

(c)