Feixes de íons em um modelo celular implementado em FLUKA e análise de danos ao DNA

Abstract

A microdosimetria é uma área de pesquisa essencial no desenvolvimento da radioterapia que visa compreender as flutuações da dose em nível subcelular. Este trabalho aborda a microdosimetria com feixes de prótons e de íons, com foco no estudo da deposição de energia em um modelo geométrico celular implementado via Método de Monte Carlo através do software FLUKA. Foram simulados cenários onde um feixe de prótons ou um feixe de partículas alfa, com energias de 1 a 20 keV, interagiram com um modelo celular simplificado. Detectores foram configurados para registrar a fluência e densidade de energia no meio durante as simulações. Os resultados demonstraram que uma maior quantidade de partículas alcança o núcleo conforme a energia do feixe aumenta, especialmente para partículas alfa. A análise da densidade de energia mostrou que a profundidade de máxima deposição aumenta com a energia cinética e também foi maior para partículas alfa. Posteriormente, utilizando o software MCDS (Monte Carlo Damage Simulation), os dados de dose adquiridos nas simulações foram utilizados para calcular a probabilidade de ocorrência de certos tipos de danos ao DNA - lesões de base (BD), quebras de fita simples (SSB) e quebras mais complexas (2SSB, DSB, DSB+ e DSB++). As simulações foram bem sucedidas e a implementação do modelo celular forneceu uma base para pesquisas futuras, visando modelos mais realistas e específicos.

Microdosimetry is an essential area of research in the development of radiotherapy, aiming to understand dose fluctuations at the subcellular level. This work addresses microdosimetry with proton and ion beams, focusing on the study of energy deposition in a cellular geometric model implemented via the Monte Carlo Method using FLUKA software. Scenarios were simulated where a proton beam or an alpha particle beam, with energies ranging from 1 to 20 keV, interacted with a simplified cellular model. Detectors were configured to record fluence and energy density in the medium during the simulations. The results showed that a greater number of particles reach the nucleus as the beam energy increases, especially for alpha particles. The energy density analysis showed that the depth of maximum deposition increases with kinetic energy and was also higher for alpha particles. Subsequently, using the MCDS (Monte Carlo Damage Simulation) software, the dose data acquired in the simulations were used to calculate the probability of occurrence of certain types of DNA damage—base lesions (BD), single-strand breaks (SSB), and more complex breaks (2SSB, DSB, DSB+, and DSB++). The simulations were successful, and the implementation of the cellular model provided a foundation for future research, aiming for more realistic and specific models.