Estudio de la dispersión térmica de neutrones en tejidos orgánicos y su impacto en el cálculo de la dosimetría numérica para BNCT

Abstract

La terapia por captura neutronica en boro (BNCT) es una terapia experimental para el tratamiento de tumores malignos basada en la reaccion nuclear que ocurre cuando un isotopo estable del boro (10B) es irradiado con neutrones termicos. Para la planificacion del tratamiento en BNCT se deben realizar calculos de dosimetrıa numerica. Uno de los codigos empleados para tal fin es Monte Carlo N-Particle (MCNP), el cual simula el transporte de las partículas mediante la utilización de datos nucleares. Entre estos, se encuentra la sección eficaz de dispersión térmica (scattering térmico), la cual es fuertemente dependiente de las estructuras en las que se encuentran ligados los átomos en las diferentes moleculas. En la actualidad, no se encuentra disponible tal sección eficaz para los elementos presentes en los tejidos orgánicos, y en su lugar, o bien se desprecian los efectos de enlace en las moléculas, o bien se utiliza la dispersión térmica del hidrógeno ligado en agua a granel (bulk water). En este trabajo, se estudió el impacto del scattering térmico de neutrones en los cálculos del transporte de partículas relacionados con BNCT. Se realizaron trabajos de cálculo y mediciones experimentales en fantomas para determinar la importancia y la necesidad de utilizar las bibliotecas térmicas adecuadas para cada tejido orgánico. Junto con estos estudios de impacto, se estudió la implementación del método de los pseudo-materiales en MCNP para mejorar la representación actual del scattering usando más de una biblioteca ya validada para cada isótopo. Luego, se estudió una metodología para la generación de nuevas secciones eficaces para líquidos y tejidos orgánicos mediante la técnica de dinámica molecular. Esta metodología novedosa desde el punto de vista de la aplicación a la generación de secciones eficaces, permitió calcular espectros vibracionales de frecuencias para hidrógeno ligado en líquidos orgánicos y para sistemas compuestos por un péptido y moléculas de agua en diferentes proporciones. Con los espectros de frecuencias calculados y con el código NJOY se generaron las bibliotecas de secciones eficaces en formato adecuado para MCNP. Los resultados obtenidos para el caso del péptido en agua, se utilizaron para generar una biblioteca de scattering térmico aproximada para un tejido muscular. Esta biblioteca representó la sección eficaz de un material neutrónicamente equivalente a un tejido muscular para las interacciones de scattering térmico, es decir, un ´unico material en cuyo espectro de frecuencias se encontraba la información de la dinámica de todo el tejido. Los resultados obtenidos demostraron la importancia de considerar el tratamiento térmico de hidrógeno en los cálculos del transporte en BNCT, y la necesidad de implementar mejoras en la representación actual. Si bien las diferencias encontradas al considerar diferentes tratamientos térmicos para hidrógeno resultaron de valores menos relevantes en comparación con otros errores existentes en la dosimetría actual en BNCT, el hecho de considerar la sección eficaz de scattering térmico de hidrógeno apropiada para cada tejido orgánico permitiría reducir el error total en los cálculos dosimétricos. En consecuencia, se propuso en primer lugar, la implementación del método de pseudo-materiales utilizando bibliotecas ya validadas, y en segundo lugar, la utilización de la metodología de la técnica de dinámica molecular y el código NJOY para la generación de nuevas bibliotecas (además de la ya generada para tejido muscular). Como trabajo futuro se propuso la continuidad de los estudios de dinámica molecular iniciados en esta tesis, junto con el estudio de la factibilidad de la realización de experimentos para la generación y validación de las bibliotecas.