Uso do método de Monte Carlo para simulação e detecção do espectro de raios-X gerado com feixes de elétrons em alvo de Molibdênio, utilizando o Geant4

Abstract

The huge demand for procedures involving ionizing radiation promotes the need for safe methods of experimentation considering the danger of their biological e ects with consequent risk to humans. Brazilian's legislation prohibits experiments involving this type of radiation in humans through Decree 453 of Ministry of Health with determines that such procedures comply with the principles of justi cation, optimization and dose limitation. In this line, concurrently with the advancement of available computer processing power, computing simulations have become relevant in those situations where experimental procedures are too cost or impractical. The Monte Carlo method, created along the Manhattan Project duringWorldWar II, is a powerful strategy to simulations in computational physics. In medical physics, this technique has been extensively used with applications in diagnostics and cancer treatment. The objective of this work is to simulate the production and detection of X-rays for the energy range of diagnostic radiology, for molybdenum target, using the Geant4 toolkit. X-ray tubes with this kind of target material are used in diagnostic radiology, speci cally in mammography, one of the most used techniques for screening of breast cancer in women. During the simulations, we used di erent models for bremsstrahlung available in physical models for low energy, in situations already covered by the literature in earlier versions of Geant4. Our results show that although the physical situations seems qualitatively adequate, quantitative comparisons to available analytical data shows aws in the code of Geant4 Low Energy source

A enorme demanda de procedimentos envolvendo radiações ionizantes fomentam a necessidade de métodos seguros de experimentação, considerando a periculosidade de seus efeitos biológicos, com consequente risco para o ser humano. A Legislação Brasileira inclusive proíbe experimentos envolvendo esse tipo de radiação em humanos, através da Portaria 453 do Ministério da Saúde que determina que procedimentos dessa natureza obedeçam princípios de justi cação, otimização e limitação de dose. Nesta linha, concomitantemente ao avanço da capacidade de processamento computacional disponível, as simulações computacionais ganham importância nessas situações onde a experimentação é procedimento demasiadamente custoso ou inviável. O método de Monte Carlo, fruto do projeto Manhattam durante a segunda guerra mundial, é uma poderosa estratégia para simulações em física computacional. Em física médica, esta técnica tem sido extensivamente usada, possuindo aplicações em diagnóstico, tratamento e desenvolvimento de novas abordagens para o tratamento de câncer. O objetivo deste trabalho é simular a produção e detecção de fótons de raios-X para a faixa de energia do radiodiagnóstico, para alvo de molibdênio, utilizando o software Geant4. Os tubos de raios-X com alvo dessa natureza são utilizados em radiodiagnóstico, mais especi camente em mamogra a ou exame radiográ co da mama, uma das mais utilizadas técnicas de rastreamento de neoplasias mamárias em mulheres. Durante as simulações foram utilizados diferentes modelos para bremsstrahlung disponíveis nos modelos físicos para baixas energias, em situações já abordadas pela literatura em versões anteriores do Geant4. Nossos resultados mostram que embora as situações físicas se mostrem qualitativamente adequadas, as comparações quantitativas aos dados analíticos disponíveis demonstram falhas no código do Geant4 para baixas energias