Dosimetría básica y aplicaciones clínicas e industriales: termoluminiscencia y resonancia paramagnética electrónica Etapa III

Responsable: PEDRO RAMON GONZALEZ MARTINEZ

Objetivos:

1. Desarrollo y caracterización de dosímetros TL y RPE equivalentes al tejido biológico blando, para su uso en aplicaciones médicas e industriales de la radiación ionizante.

2. Estudio de las propiedades de diversos dosímetros, tanto comerciales como desarrollados en el ININ ante distintos tipos de radiación.

Antecedentes:

Foto. Deconvolución de la curva termoluminiscente de LiF dopado con iones de Mg²⁺, irradiado a 1 Gy de radiación gamma de ⁶⁰Co. La curva presenta 4 picos; los picos 1, 2 y 3 se presentan a bajas temperaturas y se han ampliado en la parte insertada para una mejor visualización, el pico dosimétrico es el pico 4, la curva experimental está en color negro y la curva encontrada por deconvolución es la de color rojo, que se sobrepone a la experimental, lo cual indica la exactitud de los resultados. La intensidad TL está dada en función de la dosis recibida por el material y es el fundamento de la Dosimetría Termoluminiscente.

El Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, tiene como parte de su misión, las aplicaciones pacíficas de la Energía Nuclear. Entre estas aplicaciones se encuentra el uso de las radiaciones ionizantes en diversas áreas tales como investigación, salud, ambiente e industria. En el desarrollo de estas aplicaciones es necesario contar con una medición precisa de la dosis.

Este proyecto es continuación de investigaciones anteriores que se han enfocado en aspectos básicos y aplicaciones de dosimetría termoluminiscente (TL) y resonancia paramagnética electrónica (RPE) en medicina, ambiente e industria. Las líneas de investigación estudiadas por el grupo de trabajo son: desarrollo y caracterización de nuevos dosímetros TL y RPE, propiedades de materiales ante distintos tipos de radiación (UV, gamma, X, beta y partículas cargadas pesadas (PCP), aspectos básicos del fenómeno de termoluminiscencia, determinación de parámetros cinéticos en el caso de respuesta ante radiación gamma, cálculos de depósito de energía en fluoruro de litio (LiF) expuesto a PCP, estudios de eficiencia relativa de PCP respecto de radiación gamma, comportamiento de la eficiencia en función de la transferencia lineal de energía (LET), trabajo comparativo de eficiencia experimental y predicciones teóricas basadas en modelos de trazas asociados a PCP, estudios asociados a los picos de alta temperatura en TLD-100 (LiF:Mg,Ti), fechado TL de muestras arqueológicas y geológicas, mediciones clínicas e industriales con dosímetros desarrollados en el ININ, tanto TL como de Alanina (RPE), en áreas de radiodiagnóstico, radioterapia, radiografía panorámica dental, dosimetría personal, dosimetría ambiental, dosimetría “in vivo”, etc.

Adicionalmente se tiene vinculación interna de manera continua desde 1990 con diversas áreas del ININ en las cuales es importante contar con medidas de dosimetría. Se realiza dosimetría en el Centro de Almacenamiento de Desechos Radiactivos (CADER), el laboratorio de plasmas, el laboratorio de Celdas Calientes, el Reactor Nuclear Triga Mark III, el Irradiador Industrial de ⁶⁰Co, los laboratorios de investigación en radiobiología (dosimetría in vivo) y se apoya en el monitoreo radiológico ambiental del Centro Nuclear. Considerando el aspecto industrial cabe mencionar el convenio entre el ININ y la Secretaria de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) para la irradiación de frutas y verduras en que el control dosimétrico se realizará mediante el uso de Alanina-EPR en el intervalo de dosis aplicada (200-500 Gy de radiación gamma). Conviene mencionar la importancia del uso de radiación para la desinfección y conservación de alimentos ya que próximamente quedará prohibido el uso de productos químicos.

Por otro lado, una de las principales aplicaciones de las radiaciones ionizantes ha sido la medicina. Las radiaciones ionizantes de mayor uso para radioterapia y radiodiagnóstico clínico son: rayos X, radiación gamma y electrones. A la fecha también existen propuestas para implementar en México el uso de partículas cargadas pesadas (PCP) en nuevos tratamientos que presentan la ventaja de poder dirigir la radiación de manera localizada al tejido canceroso, por ejemplo, minimizando la exposición al tejido sano circundante. Al considerar éstas aplicaciones en el área de la salud queda de manifiesto la importancia de la investigación en dosimetría ya que es un aspecto indispensable en cualquier uso clínico en que exista presencia de radiación. Adicionalmente el sector salud debe cumplir con las normas de seguridad radiológica y aquí también es necesario realizar medidas precisas de dosimetría.

Este proyecto de investigación propone dar continuidad a los estudios realizados en años recientes por el grupo de trabajo coadyuvando al avance en el conocimiento científico en el campo de estudio. En particular se plantea el desarrollo y caracterización de nuevos materiales TL y RPE equivalentes al tejido biológico blando y su uso en dosimetría clínica in situ e in vivo, la aplicación y generación de modelos físicos para describir los efectos de la radiación ionizante en la materia, ampliar los estudios de respuesta TL ante distinto tipo de radiación y la optimización en el uso de técnicas dosimétricas en salud, ambiente e industria.

Beneficios:

1. Ampliar y optimizar el uso de la dosimetría de la radiación ionizante, actividad fundamental asociada a los usos pacíficos de la energía nuclear, en particular en centros de investigación, medicina y medio ambiente.

2. Mejorar las técnicas de preparación de nuevos dosímetros TL y RPE para su posible uso general en instituciones de investigación y hospitalarias.

3. Continuación del apoyo brindado en dosimetría a los diferentes grupos de investigadores del ININ que lo solicitan.

4. Avance en la comprensión de los fenómenos TL mediante los modelos físicos asociados redundando en una óptima aplicación dosimétrica.

5. Aplicación de dosimetría termoluminiscente y EPR en usos clínicos, ambientales e industriales de la radiación.

Logros Obtenidos:

1. Publicaciones

1.1. I. G. Becerril-Juárez, R. A. Morales-Luckie, F. Ureña-Núñez, J. A. Arenas-Alatorre, J. P. Hinestroza, V. Sánchez-Mendieta. “Silver micro-, submicro- and nano-crystals using bovine bone as template. Formation of a silver/bovine bone composite”. Materials Letters, 85, 157-160 (2012).

1.2. V. Lugo-Lugo, C. Barrera-Díaz, F. Ureña-Núñez, B. Bilyeu., V. Sánchez-Mendieta. “Biosorption of Cr(II) and Fe(III) in single and binary systems onto pretrated orange peel”. Journal of Environmental Management. 112, 120-127 (2012).

1.3. Ricardo Rodríguez Mijangos, G. Vazquez-Polo, R. Perez-Salas, P. Gonzalez-Martinez. “Thermoluminescence response and its deconvolution on crystalline higher order mixtures of alkali halides exposed to gamma-rays for dosimetric use”. J. Chem. Chem. Eng. 6 (December 25 2012) 1093-1098.

1.4. M.I. Gaso, N. Segovia, P. R. González, and M. C. López. “Outdoor gamma dose rate due to natural and manmade radiation sources from a nuclear facility in Mexic”o. Journal of Radioanalitycal and Nuclear Chemistry. Published online: December 2012, DOI:10.1007/s10967-012-2386-6.

1.5. Ávila O, Sánchez-Uribe N.A., Rodríguez-Laguna A., Medina L.A., Buenfil A.E., Estrada E., Brandan M.E. “Dose received by occupationally exposed workers at a nuclear medicine Department”. Citation: AIP Conf. Proc. 1494, p. 73-75 (2012)

1.6. Gerardo Villa Sanchez, Demetrio Mendoza Anaya, Claudia Gutiérrez-Wing, Pedro R. González Martínez, Oscar F. Olea Mejía. “ZrO2 Doped with cobalt nanoparticles to detect UV radiation”. Mater. Res. Soc. Symp. Vol. 1371, 2012, 1-6. DOI: 10.1557/opl.2012.167.

2. Artículos en Libros

2.1. Gonzalo Martínez Barrera, Carmina Menchaca Campos, Fernando Ureña Núñez. Capítulo de libro.- “Gamma radiation as a novel technology for development of new generation concrete”. Publicado en el libro: Gamma Radiation ISBN 978-953-51-0316-5, March 2012. Ed. Feriz Adrovic

3. Formación de recursos humanos

3.1 Tesis de Doctorado de Ignacio Guadalupe Becerril Juárez. con título de "Formación de partículas de plata en hueso empleado como nanoreactor y su aplicación catalítica". Para obtener el grado de doctor en Ciencia de Materiales. Facultad de Química, UAEMEX. Fecha de examen 3 de Diciembre, 2012.

3.2 Tesis de Maestría de Ivonne Berenice Lozano Rojas. con el título de "Síntesis y caracterización de LiF:Mg,Ti para dosimetría de radiaciones ionizantes" Para obtener el grado de Maestría en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, CICATA-IPN, fecha de examen 18 de enero de 2012.

3.3 Tesis de Maestría de Yira Tatiana Ramírez Garzón, con el título de "Medición a la Exposición a la Radiación en Familiares de Pacientes tratados con ¹³¹I por Patología Tiroidea". Para obtener el grado de Maestría en Ciencias (Física Médica), Posgrado en Ciencias Físicas, UNAM. Fecha de examen: 27 de enero de 2012.

3.4 Tesis de Maestría de Teresa Torres Blancas, con el título de "Modificación de residuos de pimienta (pimienta dioica L. Merrill) por reacción de xantación para remoción de Pb(II)". Para obtener el grado de Maestría en Ciencias Ambientales. Facultad de Química, UAEMEX. Fecha de examen 28 de Junio, 2012.

3.5 Tesis de Licenciatura de Ana Lilia Nieto Magdaleno, con el título de "Síntesis y caracterización dosimétrica de LiMgF₃:Lu y LiMgF₃:Tl". Para obtener el grasdo de Licenciatura de Ingeniero Físico. Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. Fecha de examen 29 de agosto de 2012.