Beta yayan kaynakların ışınımının manyetik alan altında Monte Carlo ile simülasyonu

Abstract

Amaç: Beta yayan radyoizotoplarla yapılan kanser tedavilerinde manyetik alan kullanılarak normal dokulara olan zararın azaltılmasının mümkün olabileceği varsayımı ile Monte Carlo tabanlı Geant4 simülasyon programı kullanılarak beta parçacıklarının manyetik alandaki davranışları araştırıldı. Gereç ve Yöntem: Geant4 programında radyasyonun dedekte edileceği içi su dolu küresel bir ortam oluşturuldu ve merkezine beta parçacıklarının tek enerjili ve rastgele fırlatılacağı parçacık kaynağı yerleştirildi. x yönünde homojen manyetik alan uygulanarak, kürenin merkezinden parçacığın menziline göre y ekseninde kesitler oluşturuldu. Farklı büyüklükteki manyetik alanlarda (0-3 Tesla), farklı enerjilerdeki (0,5-2 MeV) beta parçacıkları için elde edilen veriler, Matlab programında her kesitteki parçacıkların yaptıkları etkileşim sayıları hesaplanarak analiz edildi. Bulgular: Kaynaktan çıkan beta parçacığının menzilinin enerjisiyle doğru orantılı olarak arttığı görüldü. Maksimum beta parçacığı menzili 0,5, 1, 1,5 ve 2 MeV enerjili beta için sırasıyla yaklaşık olarak 1,5, 4, 6 ve 8 mm bulundu. Merkezden uzaklaştıkça etkileşim sayısında eksponansiyel olarak düşüş olduğu bulundu. Manyetik alan artmasıyla beraber merkezde etkileşim sayısında artma olduğu, merkezin dışında ise etkileşim sayısının manyetik alanla ters orantılı olarak azaldığı görüldü. Manyetik alana dik yöndeki değişim manyetik alana paralel yöndekine göre daha fazladır. Sonuç: Beta parçacıklarının manyetik alanda dairesel hareket ederek ilerlediği ve manyetik alanın artmasıyla menzillerinin kısaldığı gözlendi. Nokta kaynaktan rastgele yönlerde çıkan beta parçacıklarının ortamda küresel geometride, manyetik alanda ise eliptik olarak dağıldığı bulundu. Manyetik alan arttıkça, manyetik alana dik yönlerde merkezden dışa doğru etkileşim sayısındaki azalım daha belirgin olmaktadır. Manyetik alan etkisinin düşük enerjililere oranla yüksek enerjili beta parçacıklarında daha belirgin olduğu görüldü. Anahtar Sözcükler: Beta radyasyonu, manyetik alan, Monte Carlo Simülasyonu, Geant4 Purpose: Following the assumption of reducing the damage to the normal tissues using magnetic field in the cancer treatment carried out by beta-emitting radioisotopes behaviour of beta particles under the magnetic field was investigated with Greant4 simulation program with Monte Carlo basis. Material and Methods: A water-filled spherical medium in which radiation would be detected was formed in Greant4 program and a particle source, in which beta particles had single energies and would be launched randomly, was placed into its center. After applying a homogenous magnetic field in the x direction, cross-sections were formed in the y axis according to the range of the particle from the center of the sphere. In magnetic fields of different magnitudes (0-3 Tesla), the data obtained for beta particles of different energies (0,5-2 MeV) were analyzed counting the interaction numbers of the particles in each cross section by Matlab program. Results: The range of the beta particle from the source was observed to increase in direct proportion to its energy. Maximum ranges of the beta particles are approximately 1,5, 4, 6 and 8 mm for betas with 0,5, 1, 1,5 and 2 MeV respectively. Interaction number decreased exponentially further away from the center. With the increase of the magnetic field, the interaction number at the center was increased, but the interaction number decreased the center inversely proportional to magnetic field. The change perpendicular to the magnetic field is greater compared to parallel to the magnetic field. Conclusion: Beta particles were observed to go forward with circular moves in the magnetic field and to have their range shortened when magnetic field is increased. It was found that beta particles from the point source scattered to random directions spherically in the medium and the geometry became elliptical in magnetic field. When magnetic field increases, the change towards the center becomes more pronounced in perpendicular directions to magnetic field. The effect of magnetic field was more explicit for beta particles with high energies than these with low energies. Key words: Beta radiation, magnetic field, Monte Carlo Simulation, Geant4