Grupo de Óptica de Sólidos
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Detección de radiación ionizante
El desarrollo de métodos para la detección de radiación ionizante (fotones y partículas cargadas) resulta de especial interés en el campo de la radioterapia y la radiología. En el caso de la radioterapia, la técnica más usual consiste en el uso de cámaras de ionización. Si bien este tipo de detectores constituye el método dosimétrico estándar recomendado por la ICRU, su tamaño, fragilidad y el hecho de que deben ser operados utilizando alta tensión, los vuelve inadecuados para tareas de dosimetría en tiempo real.
La dosimetría en tiempo real, es decir, realizada sobre el paciente durante el tratamiento radiante, resulta de importancia porque permite detectar fallas en el aparato que genera el haz ionizante, errores humanos en la operación del mismo o en el posicionamiento del paciente, y defectos en la planificación del tratamiento.
El uso de dispositivos semiconductores (diodos) ha demostrado ser de utilidad para dosimetría en tiempo real. Sin embargo, esta técnica presenta algunos problemas: dependencia de la respuesta con la orientación del diodo y con la dosis acumulada. Problemas similares se observan con los MOSFET.
En nuestro grupo estudiamos una técnica alternativa para la dosimetría en tiempo real, la cual está basada en el uso de materiales radioluminiscentes o centelladores. Estos materiales emiten luz mientras son irradiados con radiación ionizante (centelleo). Más aún, la intensidad de la luz emitida es en general proporcional a la tasa de dosis aborbida por el detector. Por este motivo, si mediante una fibra óptica se transmite la luz emitida por una pequeña pieza de material radioluminiscente hasta un detector adecuado (tubo fotomultiplicador), es posible realizar una medición muy precisa de la tasa de dosis en el punto donde se encuentra el centellador.
Financiación:
PICT 2015 Nº 2647, “Caracterización de materiales luminiscentes para detección de radiación ionizante”, (2016 – 2018).
PICT 2015 Nº 1555, “Nano-compuestos poliméricos luminiscentes para detección de radiación ionizante”, (2016 – 2019).
PIP 0800 2015-2017, “Fósforos radioluminiscentes para dosimetría en tiempo real en radioterapia de campos pequeños”, (2015 – 2018).
Dispersión de ondas electromagnéticas por micro y nano-objetos
Esta línea de investigación está orientada al estudio teórico de la propagación y dispersión de ondas electromagnéticas en sistemas complejos. En particular, se estudia en forma teórica la interacción de ondas electromagnéticas con superficies y múltiples volúmenes: superficies rugosas, múltiples cuerpos con escala nano y micrométrica como por ejemplo arreglos periódicos, cristales fotónicos o sistemas randoms. Asociados a estas estructuras, se estudia las resonancias de campos cercanos, ondas superficiales y su excitación y la posibilidad de manipular partículas mediante fuerzas ópticas. Otra rama de interés es la propagación de ondas electromagnéticas en medios altamente dispersivos como los biológicos, en especial la detección y clasificación de cuerpos ocultos con el objetivo de detectar cáncer de mamas y próstata.
Facilidades de irradiación
- Fuente oftalmológica de 90Sr de 10mCi (Partículas beta)
- Fuente terapéutica 60Co Theratron (Sanatorio Tandil)
- LINAC, fotones 6 MeV (Centro Oncológico de la Sierra, Tandil),
- Rayos X de Diagnóstico (Centor de Diagnóstico por Imágenes, Tandil)
Termoluminiscencia (TL)
- Equipo lector TL Harshaw-Bicron 3500
Luminiscencia estimulada ópticamente (OSL): CW y modulada
- Equipo lector OSL lab-made, con fuente de irradiación beta de 10mCi.
- Sistema de guiado y acondicionamiento de luz por fibra óptica para mediciones in-situ y en laboratorio Oriel (guía líquida, fibras ópticas plásticas y de sílica, portafiltro, shutters electrónicos, colimadores y difusores)
- Controlador de diodos con interfaz LabVIEW para modulación de luz de estimulación
- Iluminador de fibra óptica c/diafragma de 150W, A20530.2. Schott-Fostec para experimentos con fósforos fotoestimulables
- Sistema de 12 LEDs Luxeon V Star y Luxeon III Star (en el rango de 455 – 627nm)
Radioluminiscencia (RL)
- Equipo de lectura RL para mediciones in-situ (package detector Electron Tubes P25PC-02, contador Electron Tubes CT2, notebook)
- Cámara de ionización tipo Farmer PTW 30013, electrómetro PTW UNIDOS E RS232
- Fantoma de agua con posicionador vertical Civco MT-100
Fotoluminiscencia (PL)
- Estimulación UV longitud de onda fija (UV-LEDs Nichia NCSU033A(T) y NCSU034A(T), 365 y 385nm.
Espectroscopía
- Monocromador Acton Research VM-504 0.39m para mediciones in-situ
- Filtros Schott pasa-alto de vidrio coloreado.
- Filtros pasabanda Semrock de alta performance
Procesamiento de imágenes médicas
- Digitalizador de imágenes médicas Radlink Laser Pro 16
Otro equipamiento
- Placa adquisidora de datos National Instruments portable NI 6251-USB
- Fototubo EMI 6097B (modo DC) + Picoamperímetro + Fuente HV estabilizada Harshaw 2500.
- 2 Hornos para tratamientos térmicos Estigia con controlador Eurotherm Mod. 2416 1/16 DIN.
- Cápsulas de platino, equipamiento de química
- Sistema de tamices para polvo Endecotts, rango 10-100 micrones.
- Campana de alta pureza
- Cadena nuclear: Detector de pozo INa:Ta con preamplificador (Canberra), amplificador (Canberra) y multicanal (Silena). Multímetro Keithley 3
- Equipos de mate de alta performance
LICENCIATURA EN FÍSICA
Dosimetría de alta resolución espacial para radioterapia de campos pequeños
Descripción del tema:
Los equipos de radioterapia de última generación posibilitan tratamientos que se caracterizan por entregar altas dosis de radiación en volúmenes muy pequeños (tamaño de campo < 5×5 cm2). Este es el caso, por ejemplo, de la radioterapia de intensidad modulada, la radiocirugía estereotáxica y la terapia de arco con modulación volumétrica. En estas condiciones los sistemas computacionales de planificación de tratamiento no resultan totalmente confiables como así tampoco los sistemas dosimétricos disponibles. Es necesario, por un lado, comprobar que la dosis prescripta coincide con la depositada en la región tumoral y, por otro, que la dosis fuera del haz no perjudica órganos de riesgo. Esta situación ha generado un intenso interés por el desarrollo de sistemas dosimétricos innovadores que provean lectura en tiempo real y con alta resolución espacial.
Los sistemas de dosimetría comerciales disponibles (cámaras de ionización, diodos, detectores de diamante, etc.) deben ser importados, resultan costosos y no satisfacen de manera directa los requisitos necesarios para dosimetría en tiempo real y con alta resolución espacial. Esta situación impide el uso sistemático de este tipo de equipamiento en los centros de radioterapia nacionales. Recientemente ha surgido una técnica conocida como dosimetría por fibra óptica (DFO), la cual se basa en el uso de una pequeña pieza de material centellador (<1 mm3) acoplada al extremo de una fibra óptica. Durante su irradiación la luz emitida por el centellador es transportada por la fibra óptica hasta un detector de luz remoto que mide la intensidad del centelleo, a partir de la cual se estima la tasa de dosis absorbida por el centellador. La DFO permite estimar la tasa de dosis en tiempo real y con resolución espacial submilimétrica, no requiere conexiones eléctricas cerca del paciente, es mecánicamente robusta y de bajo costo. Po estos motivos, la DFO se apta para la dosimetría de campos pequeños.
Dentro de esta línea, el Grupo de Óptica de Sólidos investiga:
- la luminiscencia de centelladores aplicables a DFO
- el desarrollo de un sistema basado en la técnica DFO, en un enfoque más tecnológico.
Propuestas de Laboratorio:
1. Comparación de las propiedades luminiscentes entre diferentes compuestos: El trabajo consiste en realizar mediciones de termoluminiscencia (TL), radiolumniscencia (RL), luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) y fotoluminiscencia (PL) con diferentes compuestos (silicatos y fluoruros dopados con tierras raras) y compararlo con las propiedades del óxido de alumnio dopado (Al2O3:C). Las propiedades de este último compuesto son bien conocidas y se encuentran ampliamente documentadas. El objetivo del trabajo consiste en conocer las diferentes técnicas de medición de luminiscencia inducida por radiación y las técnicas para medición luminiscente de baja intensidad.
2. Estudio de la respuesta a la irradiación de adhesivos de alta transmitancia óptica: El trabajo consiste en estudiar si los adhesivos utilizados en DFO para adherir el centellador a la fibra op?tica sufren alteraciones en su transmitancia cuando son expuestos a radiación ionizante.
Propuestas de Trabajo Final:
1. DFO de alta resolución: El trabajo consiste en estudiar la respuesta de fibras ópticas de bajo diámetro con el fin de alcanzar alta resolución espacial en la dosimetría de radioterapia de campos pequeños. El trabajo es de carácter ppalmente tecnológico.
2. DFO para dosimetría de neutrones: El trabajo consiste en estudiar la posibilidad de utilizar la técnica DFO para detectar neutrones, recurriendo a diferentes tipos de centelladores, termalizadores y conversores neutrón-gamma.
LICENCIATURA EN TECNOLOGIA AMBIENTAL
Medición de la concentración de radón en ambientes domésticos
Descripción del tema:
El Radón es un gas radioactivo que se produce continuamente a partir del decaimiento del U-238. Este gas aparece dentro de las viviendas y puede ser aspirado, filtrándose desde el suelo y materiales constructivos a través de grietas en pisos de concreto, junturas de construcción, poros en paredes, etc. Dado que una persona transcurre más del 80 % en el hogar o en el trabajo, es necesario determinar el grado de exposición a radón en ambientes cerrados.
Debido al corto alcance de las partículas alfa emitidas por el radón y el limitado tiempo de vida de este radionucleido, el daño a las células del tracto respiratorio depende de aquellos factores ambientales que afectan la probabilidad que los productos de decaimiento del radón se depositen cerca de las células críticas después de la inhalación y también la tasa de inhalación de los productos de decaimiento. Las modalidades constructivas modernas enfatizan el uso de ventanales herméticos y sistemas de acondicionamiento de aire. Estas modalidades arquitectónicas no siempre tienen en cuenta la adecuada ventilación de los ambientes.
En este contexto interesa estudiar los niveles de concentración de radón y su correlación con factores ambientales domésticos y modalidades arquitectónicas.
Propuestas de PPS y Trabajo Final:
1. Estudio de la concentración de radón en ambientes domésticos y su correlación con factores ambientales y constructivos: El trabajo consiste en realizar mediciones de la concentración de radón mediante detectores de CR-39 en diferentes viviendas. Incluye la formación en la técnica de medición en instalaciones de la Agencia Regulatoria Nuclear (ARN) en Ezeiza, el diseño de los dosímetros, su implante territorial para el muestreo, y la posterior lectura en la ARN.