Estudio de los efectos inducidos por un haz de fotones en compuestos químicos de interés biológico con el método Monte Carlo

Abstract

La química de la radiación posee un carácter interdisciplinario, se superpone con la física, la química, la biología y las aplicaciones médicas e industriales. Por lo que el estudio de los efectos inducidos por la radiación en compuestos químicos contribuye sustancialmente en el avance de los conocimientos básicos del proceso de interacción de la radiación con la materia. Esta contribución a los conocimientos básicos, optimiza el uso médico de las radiaciones en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, como lo es la radioterapia del cáncer. La radioterapia es la exposición de una zona determinada del organismo a una fuente de radiación ionizante; este tratamiento incluye la localización precisa del tumor y la utilización de dosis de irradiación fraccionadas periódicas, durante un periodo de tiempo determinado. La radiación ionizante lesiona las células como consecuencia de su interacción con el ácido desoxirribonucleico del núcleo (ADN), produciendo en algunos casos la inviabilidad celular. De esta manera, en un tratamiento rutinario de radioterapia, el haz de radiación ionizante atraviesa los tejidos del paciente eliminando las células cancerígenas que proliferan desordenadamente en el cuerpo. Puesto que la demanda de estos tratamientos es cada vez mayor, existe un interés especial en investigar, tanto desde el punto de vista teórico como práctico, la mejora en la eficiencia de estas técnicas, disminuyendo de esta manera los efectos indeseables de la misma. Desde el punto de vista teórico unas de las técnicas de cálculos más utilizadas es el Monte Carlo, el cual se ha convertido en una de las herramientas más utilizadas en el desarrollo de planificadores de tratamientos radioterapéuticos, con el advenimiento de potentes sistemas computacionales para su uso clínico. Las aplicaciones del método Monte Carlo cubren casi todos los temas, incluyendo la protección contra las radiaciones, la medicina nuclear, el diagnóstico en radiología y la radioterapia. En el desarrollo de esta tesis se estudia la interacción de un haz de fotones de uso clínico con distintos materiales, tales como compuestos químicos de interés biológico, tejidos y aleaciones que son utilizadas en la conformación de campos y en la constitución de compensadores utilizados en radioterapia. Con este objetivo se efectuaron simulaciones de fantomas de agua, tejidos y compensadores metálicos utilizando el código PENELOPE, un acrónimo de penetración y pérdida de energía de electrones y positrones en la materia. Este código usa el algoritmo Monte Carlo para la simulación acoplada del transporte de fotones-electrones en materiales arbitrarios y geometrías complejas, en un amplio rango de energía, desde unos pocos eV a 1 GeV.