A comparative study for different shielding material composition and beam geometry applied to PET facilities: simulated transmission curves Translated title: Estudo comparativo entre diferentes composições de materiais de blindagem e geometrias de feixe aplicadas a instalações para PET: curvas de transmissão simuladas

Abstract

The aim of this work is to simulate transmission data for different beam geometry and material composition in order to evaluate the effect of these parameters on transmission curves. The simulations are focused on outgoing spectra for shielding barriers used in PET facilities. The behavior of the transmission was evaluated as a function of the shielding material composition and thickness using Geant4 Monte Carlo code, version 9.2 p 03.The application was benchmarked for barited mortar and compared to The American Association of Physicists in Medicine (AAPM) data for lead. Their influence on the transmission curves as well the study of the influence of the shielding material composition and beam geometry on the outgoing spectra were performed. Characteristics of transmitted spectra, such as shape, average energy and Half-Value Layer (HVL), were also evaluated. The Geant4 toolkit benchmark for the energy resulting from the positron annihilation phenomena and its application in transmission curves description shown good agreement between data published by American Association on Physicists in Medicine task group 108 and experimental data published by Brasil. The transmission properties for different material compositions were also studied and have shown low dependency with the considered thicknesses. The broad and narrow beams configuration presented significant differences on the result. The fitting parameter for determining the transmission curves equations, according to Archer model is presented for different material. As conclusion were defined that beam geometry has significant influence and the composition has low influence on transmission curves for shielding design for the range of energy applied to PET.

Translated abstract

O objetivo deste trabalho é simular dados de transmissão para feixes de diferentes geometria e composição de materiais, a fim de avaliar o efeito destes parâmetros em curvas de transmissão. As simulações estão focadas em espectros de saída para blindagem por barreiras utilizadas em instalações de PET. O comportamento da transmissão foi avaliado como uma função da composição do material de blindagem e de sua espessura, usando o código de Monte Carlo Geant4, versão 9.2 p 03. A aplicação foi validada para argamassa baritada e comparada com dados publicados pela Associação Americana de Físicos em Medicina (AAPM) para o chumbo. Foram realizadas avaliações da influência da geometria do feixe e da composição do material sobre os espectros de saída e sobre as curvas de transmissão. Características de transmissão dos espectros, tais como a forma, a energia média e a camada de semirredutora (HVL), também foram avaliadas. A ferramenta Geant4, para a energia resultante de fenômenos de aniquilação de pósitrons e sua aplicação na descrição de curvas de transmissão, mostrou boa concordância entre os dados publicados pelo grupo de trabalho 108 da Associação Americana de Físicos em Medicina e dados experimentais publicados no Brasil. As propriedades de transmissão para diferentes composições de materiais foram também estudadas e mostraram baixa dependência com as espessuras consideradas. A configuração de feixes largos e estreitos apresentaram diferenças significativas nos resultados. Os parâmetros de ajuste para a determinação das equações que representam as curvas de transmissão, de acordo com o modelo de Archer, são apresentados para diferentes materiais. Como conclusão, pode-se dizer que a geometria do feixe tem influência significativa e a composição tem pouca influência nas curvas de transmissão para projetos de blindagem para a faixa de energia aplicadas em PET.