Situa o atual do projeto if ien geant4
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Situação Atual do Projeto IF / IEN -Geant4. L.F.A Oliveira-UFRJ Colaboradores: J.R.T. de Mello Neto - UFRJ H. Davidovich - IEN L.C. Reina - IEN. Tópicos da apresentação. Uso do 18 F para radiodiagnóstico e a sua produção Caverna de produção do 18 F do IEN Descrição do problema

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Presentation Transcript


Situa o atual do projeto if ien geant4

Situação Atual do Projeto IF / IEN -Geant4

L.F.A Oliveira-UFRJ

Colaboradores:

J.R.T. de Mello Neto - UFRJ

H. Davidovich - IEN

L.C. Reina - IEN


T picos da apresenta o

Tópicos da apresentação

  • Uso do 18F para radiodiagnóstico e a sua produção

  • Caverna de produção do 18F do IEN

  • Descrição do problema

  • Nossos Objetivos

  • Geant 4

  • Codificação

  • Geometria do Problema

  • Recursos computacionais

  • Reação Nuclear

  • Resultados preliminares

  • Evolução Temporal

  • Comparação com medidas experimentais

  • Perspectivas

  • Referências


Uso do 18 f para radiodiagn stico e sua produ o

18F

Uso do 18F para radiodiagnóstico e sua produção

p

+

18O

=

n

+

Glicose

Glicose marcada

você + tumor

“Água + Glicose marcada”

Água

18F = 18O + e+ + e

Tumor com Glicose marcada

e+

detector

t ~ 2h

Ee = 0.635 MeV


Caverna de produ o do 18 f do ien

Caverna de Experiências Físicas

Alvo

Composição:

96,00 % de H218O

3,99 % de H216O

0,01 % de H217O

Caverna do Flúor

Caverna do Iodo

Caverna de produção do 18F do IEN

Ep= 24 MeV

Ip = 10 A

Np = 6.25 x 1013 part/s

Va = 300 l

Q = -2.47 MeV


Descri o do problema

Caverna de Experiências Físicas

Caverna do Flúor

Caverna do Iodo

Descrição do problema

Principais vilões:

Fótons

Neutrons


Nossos objetivos

Nossos objetivos

  • Aproximar o máximo possível a geometria simulada com a real.

  • Simular a produção de 18F e obter os valores de dose na vizinhança imediata da caverna.

  • Comparar os valores simulados com medidas experimentais.

  • Simular a produção de 18F com as possíveis soluções e determinar a melhor.


Geant 4

GEANT 4

http://www.cern.ch/geant4

  • Ferramenta de simulação de partículas através da matéria,orientada a objetos, desenvolvida em c++;

  • Propicia total domínio sobre a simulação de um detetor;

  • Possui diversos conjuntos de dados experimentais;

  • Poderosos geradores de números aleatórios;

  • Aplicação em diversas áreas da física;

  • Ferramenta de vizualização poderosa.


Situa o atual do projeto if ien geant4

G4double block05_pLTX = 67.5*cm;

G4double block05_pZ = 272.0*cm;

G4double block05_pY = 296.00*cm;

G4double block05_pX = 91.0*cm;

G4Trap* cavernFBlock05_trap = new

G4Trap("cavFBlock05_trap",block05_pZ,block05_pY,block05_pX,block05_pLTX);

G4LogicalVolume* cavernFBlock05_log = new

G4LogicalVolume(cavernFBlock05_trap,ConCom,"cavFBlock05_log",0,0,0);

G4double block05Pos_x = 182*cm;

G4double block05Pos_y = 144.44*cm;

G4double block05Pos_z = 0.0*cm;

G4double phi,theta;

phi = -90.0*deg;

theta=0.0*deg;

G4RotationMatrix MR;

MR.rotateZ(phi);

// Pensar depois

MR.rotateX(theta);

G4VPhysicalVolume* cavernFBlock05_phys = new G4PVPlacement(G4Transform3D(MR,G4ThreeVector(block05Pos_x,block05Pos_y,block05Pos_z)),

"FBlock05",cavernFBlock05_log,

experimentalHall_phys,false,0);

G4double porta_x = 2.25*cm; // Dimensoes finais da porta

G4double porta_y = 47*cm;

G4double porta_z = 97*cm;

G4Box* box3=new G4Box("box #3", porta_x, porta_y, porta_z);

G4Tubs* cilindro=new G4Tubs("o furo",0*cm,11.25*cm,3*cm,0*deg,360*deg);

G4ThreeVector translation2(0*cm,0*cm,60*cm);

G4RotationMatrix *yRot90deg=new G4RotationMatrix;

yRot90deg->rotateY(90*deg);

G4VSolid* portacomfuro = new

G4SubtractionSolid("caixa2",box3,cilindro,yRot90deg,translation2);

G4LogicalVolume* door_w_hole_log = new G4LogicalVolume

(portacomfuro,eFe,"uuuu",0,0,0);

block01Pos_x = 393.75*cm;

block01Pos_y = -58.44*cm;

block01Pos_z = -39*cm;

G4VPhysicalVolume* door_whole_phys = new G4PVPlacement

(0,G4ThreeVector(block01Pos_x,block01Pos_y,block01Pos_z),

door_w_hole_log,"porta",experimentalHall_log,true,0);

G4VisAttributes* door_whole_atributos = new G4VisAttributes(G4Colour(0.5,1.0,0.0));

door_whole_atributos->SetForceSolid(true);

door_w_hole_log->SetVisAttributes(door_whole_atributos);

G4double raioint=0*cm;

G4double raioext=1.25*cm;

G4double Sphi=-90.0*deg;

G4double Stheta=0.0*deg;

G4double Ephi=180*deg;

G4double Etheta=180.0*deg;

G4Sphere* decoy_box = new G4Sphere ("decoy_box", raioint,raioext,Sphi,Ephi,Stheta,Etheta);

G4LogicalVolume* decoy_log = new G4LogicalVolume (decoy_box,AE,"decoy_log",0,0,0);

block09Pos_x = -50.5*cm;

block09Pos_y = -19.44*cm;

block09Pos_z = 0*cm;

G4VPhysicalVolume* decoy_phys = new G4PVPlacement

(0,G4ThreeVector(block09Pos_x,block09Pos_y,block09Pos_z),

decoy_log,"ALVO",experimentalHall_log,false, 0);

G4VisAttributes* Decoy_atributos

= new G4VisAttributes(G4Colour(1.0,0.5,0.5));

Decoy_atributos->SetForceSolid(true);

decoy_log->SetVisAttributes(Decoy_atributos);

Caverna de Experiências Físicas

Caverna do Flúor

Caverna do Iodo

Codificação

G4Isotope* O16 = new G4Isotope(name="O16",iz=8,n=16,a=16.00*g/mole);

G4Isotope* O17 = new G4Isotope(name="O17",iz=8,n=17,a=17.00*g/mole);

G4Isotope* O18 = new G4Isotope(name="O18",iz=8,n=18,a=18.00*g/mole);

G4Element* OE = new G4Element(name="Oxigenio Enriquecido",symbol="Oe", ncomponents=3);

OE->AddIsotope(O16,abundance=3.99*perCent);

OE->AddIsotope(O17,abundance=0.01*perCent);

OE->AddIsotope(O18,abundance=96.0*perCent);

// Definicao da Agua Enriquecida (AE)

density=1.*g/mole;

G4Material* AE = new G4Material(name="Agua Enriquecida",density,ncomponents=2);

AE->AddElement(OE, natoms=1);

AE->AddElement(H, natoms=2);

a = 207.19*g/mole;

density = 11.35*g/cm3;

G4Element* Pb = new G4Element(name="Lead", symbol="Pb",z=82., a);

a=1.00797*g/mole;

density = 0.08375e-3*g/cm3;

G4Element* H = new G4Element(name="Hidrogenio", symbol="H",z=1., a);

a=15.9994*g/mole;

density = 1.3318e-3*g/cm3;

G4Element* O = new G4Element(name="Oxigenio", symbol="O",z=8., a);

a=22.9898*g/mole;

density = 0.9712*g/cm3;

G4Element* Na = new G4Element(name="Sodio",symbol="Na", z=11., a);

a=24.312*g/mole;

density = 1.738*g/cm3;

G4Element* Mg = new G4Element(name="Magnesio",symbol="Mg", z=12., a);

a = 26.98*g/mole;

density = 2.7*g/cm3;

G4Element* Al = new G4Element(name="Aluminum",symbol="Al", z=13., a);

a=28.086*g/mole;

density = 2.33*g/cm3;

G4Element* Si = new G4Element(name="Silicio", symbol="Si",z=14., a);

a=32.064*g/mole;

density = 2.07*g/cm3;

G4Element* S = new G4Element(name="Enxofre", symbol="S",z=16., a);

a=40.08*g/mole;

density = 1.55*g/cm3;

G4Element* Ca = new G4Element(name="Calcio",symbol="Ca", z=20., a);

a=55.847*g/mole;

density = 7.874*g/cm3;

G4Element* Fe = new G4Element(name="Ferro",symbol="Fe", z=26., a);

6400 linhas de comando + libraries

density = 2.10*g/cm3;

G4Material* ConCom = new G4Material(name="Concreto Comum", density,

ncomponents=9);

ConCom->AddElement(H, fractionmass=0.56*perCent);

ConCom->AddElement(O, fractionmass=49.79*perCent);

ConCom->AddElement(Na, fractionmass=1.7*perCent);

ConCom->AddElement(Mg, fractionmass=0.23*perCent);

ConCom->AddElement(Al, fractionmass=4.56*perCent);

ConCom->AddElement(Si, fractionmass=31.56*perCent);

ConCom->AddElement(S, fractionmass=0.13*perCent);

ConCom->AddElement(Ca, fractionmass=10.23*perCent);

ConCom->AddElement(Fe, fractionmass=1.24*perCent);


Geometria do problema

Geometria do problema

Visão da caverna a partir da porta

Visão da porta


Situa o atual do projeto if ien geant4

Demonstração

Capacidade de vizualização do GEANT 4


Situa o atual do projeto if ien geant4

tativo=0.01ns


Situa o atual do projeto if ien geant4

tativo=0.01ns


Recursos computacionais

m06

2

Pentium-Pro

200MHz

256Mb

2.7Gb

m07

2

Pentium-Pro

200MHz

256Mb

2.7Gb

m08

2

Pentium II

453MHz

128Mb

8.0Gb

m06

m08

m11

m09

2

Pentium II

453MHz

128Mb

8.0Gb

m10

2

Pentium II

333MHz

256Mb

36Gb

m01

m09

m12

m07

m10

Recursos Computacionais

Computador paralelo Olympus

L


Simula o 1

Simulação 1

  • Realizamos hipóteses sobre a reação nuclear

  • Simulação da colisão de 6.4x108 partículas

  • Resultados preliminares apresentados no XXII ENFPC - Nov. 2002


Rea o nuclear

Reação nuclear

Hipóteses:

Sempre há colisão

Simular somente a reação p-n

A emissão de neutrons se dá de

forma isotrópica


Regi es de detec o na simula o 1

Caverna de Experiências Físicas

y

Caverna do Flúor

Caverna do Iodo

x

Regiões de detecção na simulação 1


Resultados preliminares a

Resultados preliminares (a)

Fótons


Resultados preliminares b

Resultados preliminares (b)

Fótons


Resultados preliminares c

Resultados preliminares (c)

Neutrons


Resultados preliminares d

Resultados preliminares (d)

Neutrons


Simula o 2

Simulação 2

  • Manutenção da hipótese sobre a reação nuclear

  • Simulação da colisão de 6.4x109 partículas

  • Adição de detetores de fótons e neutrons

  • Comparação das medidas simuladas com as experimentais

  • Resultados apresentados no XXIII Jornada de Iniciação Científica - UFRJ


Mudan a na geometria

Mudança na Geometria

Visão da porta com detectores

Detectores na simulação:

Eficiência: 100%

Precisão: 100 %

Leitura: Energia da partícula


Evolu o temporal

Evolução Temporal

1,0 ns

0,01 ns

0,5 ns

0 ns


Situa o atual do projeto if ien geant4

Comparação das medidas

Ponto

Dose Simulada

Dose Experimental

1N

57±29 mSv/h

19±1,9 mSv/h

2N

725 ± 360 mSv/h

2,5±0,25 mSv/h

Resultados Excelentes

150±15 Sv/h

3N

630 ± 310 mSv/h

0 ± 1 mSv/h

1,72±0,19 mSv/h

1G

30 ± 30  Sv/h

225 ±11,3  Sv/h

2G

260 ± 180  Sv/h

56±2,8  Sv/h

3G

Simulação = 1,024 ms

Fator de Correção: 3.52x106


Perspectivas

Perspectivas

  • Averiguar quão bem o GEANT4 simula as reações nucleares;

  • Seguir com os objetivos mencionados anteriormente.


Refer ncias

Referências

  • GEANT4 - User’s manual for applications developers

  • GEANT4 - Software reference guide

  • GEANT4 - Physics reference manual

  • Halliday & Resnick, Fundamentos de Física vol4.

  • American Nuclear Society neutron and gamma-ray fluence-to-dose factors

  • Analytical method for calculating neutron bulk shielding in a medium -energy accelerator facility Takashi Kato

  • Monte Carlo Simulation of Electron Beams for Radiotherapy - EGS4, MCNP4b and GEANT3 Intercomparison

  • Skyshine - A paper tiger?, A. Rind

  • Introduction to Nuclear Physics - H. Enge

  • Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, A How-to Approach - W.R. Leo

  • Numerical Recipes in C


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