Simulación de la fuente radioactiva de Cs-137 del Laboratorio Secundario de Calibración Dosimétrica de Guatemala, para la medición de dosis, utilizando GAMOS

Abstract

El objetivo de este trabajo de graduación es realizar una simulación en el LSCD. Con esta simulación se busca replicar estos procesos con el fin de minimizar el tiempo necesario para obtener resultados. Se realizó la simulación utilizando la interfaz GAMOS (una interfaz que facilita el uso de Geant4 por medio de un lenguaje de script, que compila de forma rápida y sencilla las herramientas de Geant4) que es una interfaz de Geant4, una herramienta elaborada por el CIEMAT para la simulación de interacción de partículas con la materia basado en las técnicas de Monte Carlo. Al finalizar la simulación se espera obtener la dosis absorbida por un fantoma (espectro de losa de polimetilmetacrilato (PMMA) de tamaño 30 cm x 30 cm x 15 cm utilizado para calibrar dosímetros y simular el torso humano) a 3 metros de distancia de una fuente de radiaci´on de Cs137, con la finalidad de poder hacer una aproximaci´on computacional y comparar el valor del laboratorio con el valor simulado. La primera parte busca introducir conceptos de radiación ionizante, formas no estocásticas de medición por medio de valores esperados para procesos de interacción con la materia, se describe el concepto de atenuación exponencial y se describe brevemente la geometría de haz estrecho. Además, se analiza el decaimiento radioactivo, en general, y se profundiza un poco en el decaimiento beta, por las características de la fuente que se está simulando. Por ´ultimo, se describen los procesos de interacción de rayos γ y β con la materia y se describe acerca de la física computacional. En la siguiente parte se detalla sobre algunas de las funcionalidades del programa GAMOS, se describen librerías útiles y funciones que pueden ser implementadas para crear geometrías, caracterizar fuentes y diferentes procesos de radiación. Se describen librerías útiles para poder optimizar el tiempo de computo y diferentes contadores que el programa ofrece para poder obtener información relevante de la simulación. Después se describe detalladamente la simulación, con las funciones implementadas, librerías utilizadas, técnicas de optimización y extracción de resultados. En la ´ultima parte se presentan los resultados obtenidos, se dan gráficos de como se distribuye la dosis depositada en el fantoma, desde los tres ejes coordenados y se dan gráficos en dos dimensiones que ayudan a visualizar la distribución de dosis en el fantoma. Después se analiza los resultados de implementar técnicas de optimización en la simulación y como estas ayudan a obtener mejores tiempos al aumentar la cantidad de partículas simuladas. Para finalizar se explica la obtención de resultados, se compara con los datos del LSCD y se discuten dichos resultados.

The objective of this graduation project is to perform a simulation in the LSCD. This simulation seeks to replicate these processes in order to minimize the time needed to obtain results. The simulation was performed using the GAMOS interface (an interface that facilitates the use of Geant4 through a scripting language that quickly and easily compiles the Geant4 tools), which is an interface of Geant4, a tool developed by CIEMAT for the simulation of particle interaction with matter based on Monte Carlo techniques. At the At the end of the simulation, it is expected to obtain the dose absorbed by a phantom (a 30 cm x 30 cm x 15 cm polymethyl methacrylate (PMMA) slab spectrum used to calibrate dosimeters and simulate the human torso) at a distance of 3 meters from a Cs137 radiation source, with the aim of making a computational approximation and comparing the laboratory value with the simulated value. The first part seeks to introduce concepts of ionizing radiation, non-stochastic forms of measurement using expected values for processes of interaction with matter, describes the concept of exponential attenuation, and briefly describes narrow beam geometry. In addition, radioactive decay in general is analyzed, with a little more detail on beta decay due to the characteristics of the source being simulated. Finally, the processes of interaction of γ and β rays with matter are described, and computational physics is discussed. The following section details some of the functionalities of the GAMOS program, Useful libraries and functions that can be implemented to create geometries, characterize sources, and different radiation processes are described. Useful libraries for optimizing computation time and different counters offered by the program to obtain relevant simulation information are described. The simulation is then described in detail, including the functions implemented, libraries used, optimization techniques, and result extraction. The last part presents the results obtained, provides graphs of how the deposited dose is distributed in the phantom from the three coordinate axes, and provides two-dimensional graphs of the dose deposited in the phantom from the three coordinate axes. The last part presents the results obtained, providing graphs of how the dose deposited in the phantom is distributed from the three coordinate axes and two-dimensional graphs that help visualize the dose distribution in the phantom. Next, the results of implementing optimization techniques in the simulation are analyzed, along with how these techniques help to obtain better times by increasing the number of simulated particles. Finally, the results obtained are explained, compared with the LSCD data, and discussed.