UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO” INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E CIÊNCIAS EXATAS Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Graduação em Física CONFECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS DE BORO PARA A MEDIDA DA TAXA DE REAÇÃO 10B(N,α)7LI NA TERAPIA POR CAPTURA DE NÊUTRONS PELO BORO. Leonardo Alfredo Salim Prof. Dr. Dante Luis Chinaglia Rio Claro (SP) 2011 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Instituto de Geociências e Ciências Exatas Campus de Rio Claro Leonardo Alfredo Salim CONFECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS DE BORO PARA A MEDIDA DA TAXA DE REAÇÃO 10B(N,α)7LI NA TERAPIA POR CAPTURA DE NÊUTRONS PELO BORO. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas - Campus de Rio Claro, da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, para obtenção do grau de Bacharel em Física. Rio Claro - SP 2011 Salim, Leonardo Alfredo Confecção e caracterização de filmes finos de boro para a medida da taxa de reação 10B(N,α)7LI na terapia por captura de nêutrons pelo boro. / Leonardo Alfredo Salim. - Rio Claro : [s.n.], 2011 37 f. : il., gráfs., tabs. Trabalho de conclusão de curso (bacharelado - Bacharel em Física) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e Ciências Exatas Orientador: Dante Luis Chinaglia 1. Mecânica de partículas. 2. Física nuclear. 3. Física médica. 4. Detectores de traços nucleares. 5. Câncer. I. Título. 531.16 S165c Ficha Catalográfica elaborada pela STATI - Biblioteca da UNESP Campus de Rio Claro/SP Dedico este trabalho aos meus pais Gilson e Rosangela. AGRADECIMENTOS Meus sinceros agradecimentos a todas as pessoas que colaboram diretamente e indiretamente para que este trabalho fosse realizado e concluído: Ao Prof. Dr. Sandro Guedes de Oliveira pela confiança, paciência, estimulo e companheirismo em todos os momentos da realização deste trabalho. Ao Prof. Dr. Dante Luis Chinaglia pela confiança no meu trabalho. Aos meus conselheiros e companheiros de laboratório Bárbara, Cleber e Igor, que me ajudaram nos momentos de dificuldades no decorrer do trabalho. A minha companheira Thais Helena, pelo carinho, apoio, conselhos e por sua presença nos momentos bons e ruins. Aos meus grandes amigos Vinicius Cardoso e João Henrique, que foram praticamente meus irmãos durante todo tempo da minha graduação. E que sempre serão lembrados. E principalmente aos meus pais e meus irmãos, pois tudo que conquistei até hoje foi graças à ótima educação que recebi deles, o carinho, o apoio, os conselhos e a amizade. RESUMO A Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro (BNCT), baseada na reação 10B(n,α)7Li, representa uma modalidade promissora para o tratamento de cânceres que apresentam resistência aos tratamentos convencionais. Para isso, é preciso que se encontrem drogas (compostos borados) com alta seletividade para cada tipo de câncer, que a fonte de nêutrons seja bem caracterizada e que a taxa de reação envolvida, 10B(n,α)7Li, seja medida com a maior acurácia possível. Este trabalho buscou desenvolver uma metodologia para a confecção de filmes finos de boro, para medir a reação 10B(n,α)7Li, e complementarmente foi feita a análise de uniformidade dos filmes. Cinco filmes finos de boro foram confeccionados com três concentrações diferentes de ácido bórico, aquecidos para transformar o ácido em boro, irradiados com nêutrons térmicos acoplados a detectores CR-39, na linha de BNCT do reator IEA-R1 IPEN/CNEN, em São Paulo. Após a irradiação, os detectores foram atacados quimicamente com NaOH para revelar os traços. A metodologia utilizada apresentou-se eficaz, pois resultou na deposição de boro na forma de filme fino possibilitando a análise quantitativa da reação 10B(n,α)7Li. A análise da uniformidade da densidade de traços induzidos no CR-39 mostra que, na maioria dos filmes, não há uniformidade na distribuição superficial de boro, mas quando dividimos o filme ,obtemos alguns setores uniformes. Palavras-Chave: Boro, Nêutron, Câncer ABSTRACT The Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), based on the 10B(n,α)7Li reaction, represents a promising modality for the treatment of cancers that are resistents to conventional treatments. So, it is necessary to find drugs (boron compounds) with high selectivity for each type of cancer, the neutrons source should be well characterized and the rate of 10B(n,α)7Li reaction should be measured with great accuracy as possible. This study aimed to develop a method for manufacturing thin films of boron, for measure the 10B(n,α)7Li reaction, and analyze the uniformity of the films. Five thin films of boron were manufactured with three different concentrations of boric acid, heated to transform the acid in boron, irradiated with thermic neutrons coupled to CR-39 detectors, in BNCT line at the reactor IEA-R1 IPEN/CNEN, São Paulo. After the irradiation, the detectors were chemically attacked with NaOH to reveal the tracks. The methodology presented is effective because it resulted in deposition of boron as thin film enabling the quantitative analysis of 10B(n,α)7Li reaction. The analysis of the uniformity of density of the induced tracks in CR-39 shows that, in most of the films, there is no uniformity in surface distribution of boron, but when the film is divided, we obtain some uniform sectors. Keywords: Boron, Neutron, Cancer SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO................................................................................................... 7 2. OBJETIVOS....................................................................................................... 8 3. BORO................................................................................................................ 8 4. BNCT ................................................................................................................9 5. MATERIAIS E MÉTODOS................................................................................11 5.1. Confecções dos filmes de boro.................................................................11 5.1.1. Cálculo da concentração de Boro..............................................12 5.1.2. Deposição...................................................................................12 5.1.3. Aquecimento...............................................................................13 6. DETECTORES SÓLIDOS DE TRAÇOS NUCLEARES....................................15 7. IRRADIAÇÃO....................................................................................................16 7.1. Formação de traços latentes...................................................................17 8. ATAQUE QUÍMICO...........................................................................................18 8.1. Procedimentos para o ataque químico....................................................19 9. CONTAGEM DOS TRAÇOS.............................................................................20 10. RESULTADOS E DISCUSSÕES...................................................................... 21 10.1. Análise da uniformidade......................................................................... 24 10.1.1. Filme B2-3 (cr-459).................................................................25 10.1.2. Filme B1-1 (cr-456)................................................................ 27 10.1.3. Filme B2-1(cr-465)..................................................................28 10.1.4. Filme C(cr-323)......................................................................30 10.1.5. Filme D(cr-344)......................................................................32 11. CONCLUSÃO.....................................................................................................34 12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................35 7 1. INTRODUÇÃO Atualmente, o número de pessoas diagnosticadas com câncer tem aumentado. Isso tem mobilizado pesquisadores de todas as regiões do mundo na busca de novos tratamentos para a cura ou, em algumas situações, aumentar a expectativa e a qualidade de vida do paciente. Após décadas de pesquisas, alguns tipos de câncer (glioblastoma multiforme, câncer cerebral primário, etc..), ainda são extremamente resistentes a todas as formas de tratamento, incluindo cirurgia, quimioterapia, radioterapia, Imunoterapia, entre outras. Mesmo com a combinação agressiva de algumas terapias, a sobrevida dos pacientes diagnosticados com esses tipos de cânceres tem sido muito baixa. (BARTH et al., 2005). A Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro (“Boron Neutron Capture Therapy” – BNCT) tem se apresentado como um tratamento viável para cânceres situados em locais de difícil acesso ou que já apresentaram metástase (BARTH et al., 2005). Ela é baseada na reação 10B(n,α)7Li, esquematizada na Figura 1. Figura 1. Esquema de interação 10 B e nêutrons 8 A alta taxa de deposição de energia das partículas alfa causa a morte imediata das células, tornando esta técnica eficaz se o tecido sadio for pouco exposto a esta radiação. Para a eficácia do BNCT nos tumores, como no gliblastoma multiforme, é necessário o acumulo de uma alta concentração de 10 B (~ átomos de 10 B /célula) nos tumores e uma fluência de nêutrons térmicos adequada (~ nêutrons/cm²) (DIAZ et al.,2000).Para isso é preciso que se encontrem drogas (compostos borados) com alta seletividade para cada tipo de câncer (BARTH, 2009), que a fonte de nêutrons seja bem caracterizada e que a taxa de reação envolvida, 10B(n,α)7Li, seja medida com a maior acurácia possível (HARLING et al., 2005). 2. OBJETIVOS O presente trabalho objetiva desenvolver uma metodologia de confecção de filmes finos de Boro (B), para ser usado como dosímetro de nêutrons, com a finalidade de medir a taxa de reação 10B(n,α)7Li na Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro (BNCT). Complementarmente, objetiva-se a caracterização dos filmes finos de boro através da análise da uniformidade e da quantidade de átomos de boro presentes nos filmes. 3. BORO O elemento boro foi descoberto, simultaneamente, por Humprey Davy na Inglaterra e por Gay-Lussac e Thernard na França. O método de obtenção baseia-se na redução do ácido bórico pelo potássio. Mossain em 1892, demostrou que o produto obtido pelo processo de Davy, Gay-Lussac e Thernard não era puro, e através da redução do oxido de boro por magnésico conseguiu obter um boro de alta pureza (AMARAL, 1934). 9 O boro, cujo símbolo é B, situa-se no grupo 3A da classificação periódica e apresenta número atômico igual a 5 e configuração eletrônica 1s² 2s² 2p¹. Possui alto ponto de fusão (~2300°C) e de dureza (9,3), bem próximo do diamante(10). Na natureza o boro é encontrado nas seguintes concentrações isotópicas 10 B (19,6%) e 11 B (80,4%), e é um dos poucos elementos com esta distribuição isotópica. Por isso, seu peso atômico varia de forma mensurável em amostras provenientes de diferentes localizações geográficas. Por esta razão, o peso atômico é dado utilizando duas casa decimais (10,81). A alta seção de choque do isótopo 10 B (3835 bars) é uma propriedade que tem sido explorada em reatores nucleares e, ultimamente, de grande interesse no campo da terapia do câncer. (COTTON e WILKINSON,1999) Nos reatores, são instaladas barras de controle contendo boro para moderar o fluxo de neutrôns. A grande absorção de neutrons térmicos pelo 10 B que resulta em um decaimento α, com produtos ⁷Li e particula α, não radioativos, está sendo usada em alguns paises (Japão, Estados Unidos, Argentina, etc..) como terapia de câncer. 4. BNCT A Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro (“Boron Neutron Capture Therapy” – BNCT), em teoria prevê um modo de destruir seletivamente as células cancerígenas através da energia liberada (~2,35MeV) pela reação 10B(n,α)7Li e poupar as células normais. A BNCT foi proposta em 1936 pelo biofísico Gordon L. Locker, mas somente em 1951 nos Estados Unidos a terapia foi iniciada. Partir disso começou um grande estudo em buscas de fármacos contendo 10 B e de modificações e construção de reatores nucleares para aplicações médicas. Os nêutrons, obtidos principalmente em reatores, são classificados de acordo com as suas energias: térmicos (En < 0,5 eV) , epitérmicos (0,5 eV 10KeV). Os nêutrons térmicos são os mais importantes para o BNCT, porque gera a reação 10B(n,α)7Li. No entanto, são utilizados nêutrons epitérmicos 10 porque sua profundidade de penetração é limitada. Assim, ao penetrarem no tecido, perdem energia e caem para a faixa térmica (BARTH et al., 2005). Assim, atualmente, vários reatores estão sendo adaptados para serem usados clinicamente, como por exemplo, o reator do Instituto de Tecnologia de Massachusewtts (MITR), demostrado na Figura 2, que apresenta alto desempenho de irradiação de nêutrons epitérmicos e térmicos, e instalações adequadas para estudo pré-clínicos e clínicos (HARLING et al., 2005). Figura 2. Reator do Instituto de Tecnologia de Massachusewtts (MITR), desenvolvido para ser utilizado clinicamente. 11 5. MATERIAIS E MÉTODOS 5.1 Confecções dos filmes de boro Os filmes de boro foram confeccionados utilizando o método da ignição de parlodium, mesmo procedimento usado na confecção de filmes de urânio e tório (BIGAZZI et al., 1995, YAGODA, 1984). Essa técnica é baseada na deposição sobre uma superfície selecionada de mica moscovita, uma solução de ácido bórico ( ) dissolvido em água deionizada misturada com um coloide, dissolvido em éter e álcool. Com o objetivo de encontrar a melhor metodologia para confecção, cinco filmes finos (B1-1,B2-1,B2-3,C,D) foram confeccionados em diferentes concentrações de Boro, estes foram aquecidos em duas temperaturas diferentes e irradiados com nêutrons térmicos em dois tempos diferentes na linha de BNCT do reator IEA-R1 IPEN/CNEN, em São Paulo, em um fluxo nominal de aproximadamente 108 cm-2s-1. As condições de confecção e irradiação para cada filme estão mostradas na Tabela 1. Filmes Solução Colóide Aquecimento (˚C)/4 Horas Numeração de detectores Tempo de irradiação Concentraçã o (atm/cm²) B1-1 0,03±0,01 g H3BO3 / 1litro H2O parlodium 400 (CR-39)456 1 hora ~ 10 13 B2-1 0,29±0,01 g H3BO3 / 1litro H2O parlodium 400 (CR-39)465 10 min ~ 10 14 B2-3 0,29±0,01 g H3BO3 / 1litro H2O parlodium 750 (CR-39)459 10 min ~ 10 14 C 0,003 g H3BO3 / 1litro H2O Álcool em gel 400 (CR-39)323 1hora ~ 10 12 D 0,003 g H3BO3 / 1litro H2O parlodium 400 (CR-39)344 1hora ~ 10 12 Tabela 1. Filmes finos de Boro com diferentes concentrações e seus respectivos coloides, aquecimentos e tempos de irradiações. 12 5.1.1 Cálculo da concentração de Boro O cálculo para se estimar a quantidade de ácido bórico é necessário para poder obter filmes com densidades de traços ideais para a análise do filme. Esse cálculo depende da fluência de nêutrons na qual o filme será utilizado como dosímetro, como mostra a equação 1. (1) ρ: densidade superficial de traços deixados pelas partículas produto(traços/cm²) NB: núcleos de boro por cm² εB: eficiência de detecção (0,7) Φ. : fluência de nêutrons integrada no tempo (~ nêutrons/cm².s) σ: seção de choque do 10 B ( 3835 bars) Conhecendo-se a quantidade de boro por cm² ( NB ) e relacionando com a área total do filme, e posteriormente com porcentagem de 10 B na natureza, podemos ,após alguns cálculos, estimar a concentração exata de ácido bórico utilizada para a confecção dos filmes. 5.1.2 Deposição Para a confecção dos filmes foram utilizados dois tipos de colóide, parlodium seguindo a metodologia proposta por Yagoda (BIGAZZI et al., 1995, YAGODA, 1984) e álcool em gel. 13 Baseado em Yagoda (1984), a função do coloide é homogeneizar o filme. Isso ocorre ao se utilizar quantidades aproximadamente iguais de acido bórico e do coloide. A mica moscovita, mostrada na Figura 3 foi fixada em uma mesa devidamente nivelada com fitas isolantes, formando uma piscina, com o objetivo de definir a área total do filme. A mica moscovita, mineral da classe dos silicatos de composição química , foi escolhida para ser base na confecção dos filmes pois sua superfície é lisa. A solução de acido bórico/colóide foi dissolvida em éter e álcool e depositada na piscina com uma pipeta micrométrica de modo que se espalhasse por toda a área definida. Após um determinado tempo para a evaporação do álcool e do éter, obtivemos um filme contendo acido bórico e o colóide. 5.1.3 Aquecimento Após a evaporação dos solventes, a fita isolante é retirada e o filme/mica moscovita é levado ao forno (Figura 4) para o aquecimento a uma temperatura de 400°C/750°C. A essa temperatura em poucos minutos, o colóide entra em combustão. Figura 3. mica moscovita 14 Neste processo o ácido bórico de formula molecular e formula estrutural mostrada na Figura 5 com ponto de fusão da ordem de 170°C e densidade na temperatura ambiente igual a 1,48g/cm³ passa por um processo de desidratação, dado pela reação 1. (1) Figura 5. Formula estrutural ácido bórico. Figura 4. Forno utilizado para aquecimento de amostras 15 Segundo Dasgupta e Banerjee (1955), que estudaram as transformações de fase dos compostos decorrentes da desidratação do ácido bórico, até a temperatura de 100°C o ácido bórico não tem perda de massa. A partir da análise de difração de raios-x pode-se verificar que acima de 100°C ocorria transformação em ácido metabórico ( ), e que posteriormente a mesma análise verificou-se que acima de 140° C apenas ocorria a formação de oxido de boro . O aquecimento tem duração 4 horas, com objetivo aderir o filme de óxido de boro à mica moscovita e para que desapareçam todos os resíduos do coloide. 6. DETECTORES SÓLIDOS DE TRAÇOS NUCLEARES Para fazer a detecção de partículas alfa e do lítio de recuo na reação 10B(n,)7Li, o filme fino de boro é acoplado a um detector sólido de traços nucleares e enviado para o reator para irradiação com nêutrons térmicos. O detector utilizado foi CR-39 (Figura 6) que apresenta um contraste ideal para a visualização de traços, e é constituído por um material resistente usado inicialmente como material para lentes (CARTWRIGHT et al, 1978). O CR- 39 é transparente, com dimensões variadas, constituído por polímeros conhecidos como di-allil-carbonato de dietileno glicol , com composições estimada de 48,6% de H, 32,4 % de C e 18, 9% de O (MOURA, 2005, SILVA, 2000). Figura 6. SSTD ( Solid State Nuclear Track Detector) CR-39 16 Este detector é sensível às partículas alfa com energia da ordem de keV até dezenas de MeV (MOURA, 2005, ABU-JARAD, 1981) permitindo medidas de comprimento de traços e ângulo de incidência, podendo inclusive viabilizar a medida de energia das partículas(HADLER, 1995, PAULO, 1991). 7. IRRADIAÇÃO A montagem filme/detector foi irradiada com nêutrons térmicos na linha de BNCT do reator IEA-R1 IPEN/CNEN, em São Paulo, em um fluxo nominal de aproximadamente 108 cm-2s-1. O processo de irradiação e formação dos traços latentes no detector é mostrado na Figura 7. Após a captura de nêutrons térmicos, os núcleos de 10 B passam a um estado excitado do 11 B, posteriormente ocorrendo um decaimento alfa. Como resultado da reação partículas alfa e átomos de lítio, que são produtos não radioativos, que acabam se chocando com o detector e formando os traços latentes. Figura 7. Processo de irradiação do filme fino de boro e formação dos traços latentes no detector CR-39. O tempo de irradiação dos detectores está relacionado com a concentração de cada filme fino, pois o excesso de traços produzidos pela reação 10B(n,α)7Li dificulta a contagem e a análise de uniformidade. 17 7.1. Formação de traços latentes Segundo o modelo proposto por Fleischer e colaboradores (FLEISHER, PRINCE e WALKER, 1975) denominado modelo da explosão iônica(“The Ion – Explosion spike model”), uma partícula carregada positivamente em alta velocidade ioniza os átomos da região pelo qual ela passa(ionização primária), originado ao longo de seu percurso uma repulsão mútua entre os íons positivos, criando vacâncias e íons intersticiais, e dessa forma provocando deformações na estrutura do material. Esta deformação é devida basicamente à ionização primária de um processo de explosão de íons. Para Enge (SOOMGYI,1980), a radiação ionizante altera profundamente a estrutura dos materiais poliméricos, nos quais, uma vez irradiados, pode ocorrer a cisão da cadeia polimérica principal, levando a uma diminuição da massa molecular. As cadeias podem ser destruídas tanto pelo processo primário de ionização, como pelos elétrons de recuo (raios deltas), após o choque com a partícula incidente. A sensibilidade dos detectores plásticos está associada à desestruturação secundária das cadeias do polímero, ocasionada pela energia da partícula alfa. O processo de formação de um traço latente em um polímero é mostrado esquematicamente na Figura 8. (ARAÚJO, 2003, ZYLBERBERG, H, 1989). Figura 8. Formação de um traço latente de uma partícula carregada em um polímero orgânico de ligações cruzadas de quebra das longas cadeias de moléculas produzindo outras menores com radicais livres e altamente reativas. 18 As regiões em que se formaram os traços latentes se caracterizam pela facilidade com que são atacadas quimicamente por um reagente em comparação com as regiões não danificadas. 8. ATAQUE QUÍMICO O ataque químico é utilizado para revelar os traços latentes, ou seja, faz com que os traços fiquem visíveis a um microscópio óptico, podendo-se assim medir seus parâmetros (dimensão, profundidade, formato e opacidade) e quantidade em toda a região do detector. O hidróxido de Sódio (NaOH), em detectores plásticos, e o ácido fluorídrico (HF), em vidros e micas, atuam nos detectores corroendo homogeneamente sua superfície a uma velocidade que é dependente da temperatura e da concentração da substância. A região danificada pela passagem de íons, partículas alfa ou fragmentos de fissão é mais reativa ao ataque químico do que a superfície do detector, devido a uma menor resistência na região que ocorreu o dano molecular, tendo maior reação nesta região, levando ao alargamento do traço como mostra a Figura 9. Figura 9. Influência do ataque químico na revelação do traço , tendo uma maior reação na região danificada do que na superfície do detector que sofre uma variação de altura (H para h). 19 O traço latente tem cerca de 30 a 100 Å de diâmetro, e é visível apenas ao microscópio eletrônico (em aumento da ordem de x). Com o ataque químico, os traços podem atingir diâmetros da ordem de ou Å. Como este valor é comparável ao comprimento de onda da luz visível, os traços ampliados poderão ser vistos ao microscópio ótico (em aumento da ordem de 10³ x) (ARAÚJO, 2003). Para a revelação dos traços em detectores plásticos (CR-39), o agente mais utilizado é uma solução aquosa de NaOH, numa concentração que varia de 1 a 12M, numa temperatura entre 40° e 70° C (DURANI e BULL, 1987). 8.1 Procedimentos para o ataque químico No ataque químico, realizado no Laboratório de química do Grupo de Cronologia do Instituto de Física-UNICAMP (SP),o detector CR-39 de dimensões 3x3 cm é colocado dentro de um béquer de plástico junto a 50 g NaOH diluído em 100 ml de água deionizada e colocado em um banho térmico (Figura 10) a uma temperatura estabilizada de 70°C, durante um período de 1 hora e 40 minutos. Após atingir o tempo necessário o béquer é retirado do banho e colocado em baixo de água corrente para lavar o detector e terminar com o processo de ataque químico. Figura 10. Banho térmico 20 9. CONTAGEM DOS TRAÇOS O microscópio (Figura 11) utilizado para se efetuar contagem de traços (Zeiss, Axioplan 2 Imaging), do Laboratório de microscopia do Grupo de Cronologia do Instituto de Física-UNICAMP (SP), com aumento nominal de 1000 vezes, possui um sistema de eixos (x e y) que possibilita a orientação espacial ao longo de toda superfície do filme/detector. O sistema de eixos possibilita a movimentação e a analise de qualquer região do filme/detector. A contagem é feita em campos com área de cm², variando 0,1cm de um campo para outro na horizontal e na vertical, formando uma matriz mostrada na Figura 12, dando o posicionamento de cada campo por linhas (i) e colunas (j). Figura 11. Microscópio Zeiss, modelo Axioplan 2 Imaging 21 10. RESULTADOS E DISCUSSÕES Como resultado da irradiação e do ataque químico, foram observados traços na frente e no fundo dos detectores, mostrados nas Figuras 13-17. Os traços observados no fundo do detector são resultado da interação dos nêutrons rápidos com os núcleos de hidrogênio, carbono e oxigênio, que compõe o CR-39. Foi feita a contagem e média de cada campo e depois retirada do valor dos traços contados na frente do detector. Figura 12. Esquema de campos analisados na contagem de traços, posicionados em linhas e colunas, i e j respectivamente, onde: ≤ 𝑖 , 𝑗 ≤ 𝑛. Figura 13. Traços observados na frente e no fundo do detector CR-459 com aumento de 500 22 Figura 14. Traços observados na frente e no fundo do detector CR-456 com aumento de 500 Figura 15. Traços observados na frente e no fundo do detector CR-465 com aumento de 500 Figura 16. Traços observados na frente e no fundo do detector CR-323 com aumento de 500 23 As imagens foram tiradas com a câmera Pulmix acoplada ao microscópio Zeiss, utilizando o programa Easy Grab Picolo.Multicam 3.3. Pode-se notar, analisando as imagens de cada detector, que a quantidade de traços na frente do detector (região com o filme) é superior à quantidade de traços no fundo do detector (região sem o filme), o que é confirmado após a contagem dos traços em cada detector, com isso, pode-se concluir que houve deposição de boro nos filmes acoplados nos detectores. Figura 17. Traços observados na frente e no fundo do detector CR-344 com aumento de 500 24 10.1. Análise da uniformidade Após a contagem dos traços, conseguimos analisar a uniformidade dos filmes através do cálculo do valor P (equação 3) da distribuição de χ2 (equação 2) e ndf(números de graus de liberdade) (equação 1) que expressa a significância estatística dos dados (SHESKIN, 2000). (equação 1) N = Total de campos analisados ∑ , , (equação 2) , = Campo analisado, onde i e j representam, respetivamente, a linha e coluna do campo. =Média ponderada de todos os campos analisados , [ ( )] ∫ (equação 3) Onde Г é generalização da função fatorial para argumentos reais e complexos: ∫ Neste trabalho, os filmes são considerados uniformes se o valor de P for maior que 0,05. Para todos os filmes confeccionados, de acordo com a Tabela 1, obtive-se valores de P < 0,05, assim foi feita uma análise de setores em três filmes (B2-3, B1-1 e B1-3).Os filmes foram divididos em quatro setores e analisados novamente, e tivemos como resultado somente dois setores do filme B1-1 com valores de P > 0,05, como mostra a Tabela 2. ≤ 𝑖 , 𝑗 25 10.1.1. Filme B2-3 (cr-459) Foram contados um total de 100 campos (Tabela 3) na frente do detector e 25 no fundo do detector (Tabela 4). Após a contagem foi obtida uma média 45 traços no fundo do detector e depois retirada do valor dos traços contados na frente do detector (Tabela 5). j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 j-6 j-7 j-8 j-9 j-10 i-1 94 131 118 117 127 129 139 138 120 121 i-2 138 113 119 146 141 130 107 132 135 139 i-3 102 145 137 142 128 126 108 152 133 157 i-4 155 135 152 139 156 132 148 156 142 172 i-5 162 149 153 135 147 116 142 135 143 132 i-6 150 130 131 140 136 129 133 150 122 133 i-7 156 132 159 142 167 144 163 166 125 162 i-8 135 138 150 154 159 154 158 133 133 190 i-9 94 142 148 170 132 159 128 148 156 121 i-10 165 149 163 167 173 144 149 165 169 184 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 45 45 49 43 39 i-2 43 55 38 39 48 i-3 43 42 47 47 43 i-4 44 47 50 47 44 i-5 51 41 44 51 37 Filmes área total setor 1 setor 2 setor 3 setor 4 B2.3 1,19E-33 1,20E-10 4,00E-05 2,00E-10 7,00E-08 B1.1 4,80E-06 0,02 4,00E-05 0,26 0,11 B2.1 1,65E-153 1,50E-28 1,70E-29 1,20E-66 3,40E-14 Tabela 3. Quantidade de traços contados em cada campo na frente do detector CR-459. Tabela 4. Quantidade de traços contados em cada campo no fundo do detector CR-459. Tabela 2. Valores de P para os filmes B2-3, B1-1 e B1-3. 26 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 j-6 j-7 j-8 j-9 j-10 i-1 49 86 73 72 82 84 94 93 75 76 i-2 93 68 74 101 96 85 62 87 90 94 i-3 57 100 92 97 83 81 63 107 88 112 i-4 110 90 107 94 111 87 103 111 97 127 i-5 117 104 108 90 102 71 97 90 98 87 i-6 105 85 86 95 91 84 88 105 77 88 i-7 111 87 114 97 122 99 118 121 80 117 i-8 90 93 105 109 114 109 113 88 88 145 i-9 49 97 103 125 87 114 83 103 111 76 i-10 120 104 118 122 128 99 104 120 124 139 Analisando a tabela 5, obtemos uma densidade de traços de aproximadamente 9,66x traços. , a distribuição de traços ao longo do filme é mostrada na Figura 18, com seus respectivos valores de , ndf, χ2 e valor de P. Figura 18. Uniformidade de traços em cada região dos filmes B2-3 e seus respectivos resultados de 𝑀𝑝𝑐, χ 2 ,NDF e P. Tabela 5. Divisão de setores no filme B2-3 para análise de uniformidade, após subtração de traços do fundo do detector. 27 10.1.2. Filme B1-1 (cr-456) Foram contados um total de 100 campos (Tabela 6) na frente do detector e 25 no fundo do detector (Tabela 7). Após a contagem foi obtida uma média 238 traços no fundo do detector e depois retirada do valor dos traços contados na frente do detector (Tabela 8). j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 j-6 j-7 j-8 j-9 j-10 i-1 455 471 446 457 454 434 452 470 492 483 i-2 448 454 437 436 461 474 416 420 469 474 i-3 422 433 444 422 429 434 449 464 450 465 i-4 428 420 471 431 415 426 450 415 457 475 i-5 469 432 483 434 421 444 455 424 475 471 i-6 475 426 435 446 445 438 431 431 431 416 i-7 433 424 455 428 419 441 483 425 422 424 i-8 451 416 429 422 459 451 437 462 420 438 i-9 424 454 450 464 448 428 433 425 459 445 i-10 435 434 443 426 454 445 418 423 422 470 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 255 220 237 228 244 i-2 231 227 240 239 236 i-3 250 234 236 238 241 i-4 241 248 252 245 235 i-5 223 231 238 240 238 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 j-6 j-7 j-8 j-9 j-10 i-1 217 233 208 219 216 196 214 232 254 245 i-2 210 216 199 198 223 236 178 182 231 236 i-3 184 195 206 184 191 196 211 226 212 227 i-4 190 182 233 193 177 188 212 177 219 237 i-5 231 194 245 196 183 206 217 186 237 233 i-6 237 188 197 208 207 200 193 193 193 178 i-7 195 186 217 190 181 203 245 187 184 186 i-8 213 178 191 184 221 213 199 224 182 200 i-9 186 216 212 226 210 190 195 187 221 207 i-10 197 196 205 188 216 207 180 185 184 232 Tabela 6. Quantidade de traços contados em cada campo na frente do detector CR-456. Tabela 7. Quantidade de traços contados em cada campo no fundo do detector CR-456. Tabela 8. Divisão de setores no filme B1-1 para análise de uniformidade, após subtração de traços do fundo do detector. 28 Analisando a Tabela 8, obtemos uma densidade de traços de aproximadamente 2,05x traços. , a distribuição de traços ao longo do filme é mostrada na Figura 19, com seus respectivos valores de , ndf, e χ2 valor de P. 10.1.3. Filme B2-1(cr-465) Foram contados um total de 100 campos (Tabela 9) na frente do detector e 25 no fundo do detector (Tabela 10). Após a contagem foi obtida uma média 61 traços no fundo do detector e depois retirada do valor dos traços contados na frente do detector (Tabela 11). Figura 19. Uniformidade de traços em cada região dos filmes B1-1 e seus respectivos resultados de 𝑀𝑝𝑐, χ 2 ,NDF e P. 29 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 j-6 j-7 j-8 j-9 j-10 i-1 138 132 142 142 142 136 119 140 98 95 i-2 85 104 121 138 127 146 131 108 84 94 i-3 91 139 112 137 137 143 123 117 97 85 i-4 156 115 139 136 131 110 115 108 112 83 i-5 116 151 155 143 163 122 107 160 123 117 i-6 144 165 158 152 161 157 118 142 117 126 i-7 160 171 170 174 177 149 161 177 118 116 i-8 144 107 100 84 131 174 133 140 162 159 i-9 122 122 84 132 86 127 123 122 129 119 i-10 108 123 119 98 107 114 131 109 113 119 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 70 67 72 71 54 i-2 71 50 62 52 56 i-3 56 60 53 59 76 i-4 55 48 48 67 50 i-5 68 55 69 65 61 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 j-6 j-7 j-8 j-9 j-10 i-1 77 71 81 81 81 75 58 79 37 34 i-2 24 43 60 77 66 85 70 47 23 33 i-3 30 78 51 76 76 82 62 56 36 24 i-4 95 54 78 75 70 49 54 47 51 22 i-5 55 90 94 82 102 61 46 99 62 56 i-6 83 104 97 91 100 96 57 81 56 65 i-7 99 110 109 113 116 88 100 116 57 55 i-8 83 46 39 23 70 113 72 79 101 98 i-9 61 61 23 71 25 66 62 61 68 58 i-10 47 62 58 37 46 53 70 48 52 58 Analisando a Tabela 11, obtemos uma densidade de traços de aproximadamente 6,7 x traços. , a distribuição de traços ao longo do filme é mostrada na Figura 20, com seus respectivos valores de , ndf, χ2 e valor de P. Tabela 9. Quantidade de traços contados em cada campo na frente do detector CR-465. Tabela 10. Quantidade de traços contados em cada campo no fundo do detector CR-465. Tabela 11. Divisão de setores no filme B2-1 para análise de uniformidade, após subtração de traços do fundo do detector. 30 10.1.4. Filme C(cr-323) Foram contados um total de 25 campos (Tabela 12) na frente do detector e 25 no fundo do detector (Tabela 13). Após a contagem foi obtida uma média 161 traços no fundo do detector e depois retirada do valor dos traços contados na frente do detector (Tabela 14). j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 444 449 432 416 425 i-2 460 385 439 457 432 i-3 462 454 406 397 429 i-4 405 417 421 403 392 i-5 396 424 386 401 378 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 178 182 173 176 163 i-2 154 175 157 178 175 i-3 135 178 145 171 148 i-4 139 139 153 158 158 i-5 186 167 165 138 150 Figura 20. Uniformidade de traços em cada região do filme B2-1 e seus respectivos resultados de 𝑀𝑝𝑐, χ 2 ,NDF e P. Tabela 12. Quantidade de traços contados em cada campo na frente do detector CR-323. Tabela 13. Quantidade de traços contados em cada campo no fundo do detector CR-323. 31 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 283 288 271 255 264 i-2 299 224 278 296 271 i-3 301 293 245 236 268 i-4 244 256 260 242 231 i-5 235 263 225 240 217 Analisando a Tabela 14, obtemos uma densidade de traços de aproximadamente 2,59 x traços. , a distribuição de traços ao longo do filme é mostrada na Figura 21, com seus respectivos valores de , ndf, χ2 e valor de P. O valor de P obtido foi inferior a 0,05, só que não se pode concluir que o filme não tem uniformidade, pois a quantidade de campos analisados em relação a área total do filme foram muito poucos. Tabela 14. Quantidade de traços na frente do detector Cr-323, após subtração da média de traços do fundo do detector. Figura 21. Uniformidade de traços em cada região do filme C e seus respectivos resultados de 𝑀𝑝𝑐, χ 2 ,NDF e P. 32 10.1.5. Filme D(cr-344) Foram contados um total de 25 campos (Tabela 15) na frente do detector e 25 no fundo do detector (Tabela 16). Após a contagem foi obtida uma média de 222 traços no fundo do detector e depois retirados do valor dos traços contados na frente do detector (Tabela 17). j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 431 401 408 390 388 i-2 441 395 414 427 454 i-3 416 411 400 387 410 i-4 431 419 392 422 414 i-5 390 451 408 385 412 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 235 254 220 244 250 i-2 230 233 225 238 248 i-3 220 244 202 190 208 i-4 202 212 208 203 213 i-5 220 207 214 205 231 j-1 j-2 j-3 j-4 j-5 i-1 209 179 186 168 166 i-2 219 173 192 205 232 i-3 194 189 178 165 188 i-4 209 197 170 200 192 i-5 168 229 186 163 190 Analisando a Tabela 17, obtemos uma densidade de traços de aproximadamente 1,98 x traços. , a distribuição de traços ao longo do filme é mostrada na Figura 22, com seus respectivos valores de , ndf, χ2 e valor de P. Tabela 15. Quantidade de traços contados em cada campo na frente do detector CR-344 Tabela 16. Quantidade de traços contados em cada campo no fundo do detector CR-344. Tabela 17. Quantidade de traços na frente do detector Cr-344, após subtração da média de traços do fundo do detector. 33 O valor de P obtido foi inferior a 0,05, só que não se pode concluir que o filme não tem uniformidade, pois a quantidade de campos analisados em relação a área total do filme foram muito poucos. Figura 22. Uniformidade de traços em cada região do filme D e seus respectivos resultados de 𝑀𝑝𝑐, χ 2 ,NDF e P. 34 11. CONCLUSÃO Após a análise dos filmes finos, observa-se que a metodologia para a confecção dos filmes atendeu o objetivo proposto, pois resultou na deposição do boro em forma filme fino em concentrações suficientes para contagem de traços após a irradiação com nêutrons térmicos, possibilitando a análise quantitativa da reação 10B(n,α)7Li. Em relação às variações nas condições de confecção, tempo de aquecimento e tipo de colóide, não se pode observar nenhuma interferência nos resultados, pois para as mesmas condições de confecção dos filmes, obteve-se densidades de traços da mesma ordem nos detectores acoplados aos filmes. A confecção dos filmes C e D, de concentração (~ 1012 átomos/cm²), apresentou-se eficaz na deposição de boro nos filmes, onde obtemos uma densidade de traços próximo do ideal para poder analisar a reação 10B(n,α)7Li. Futuramente, um estudo minucioso da distribuição de traços em toda a extensão desses filmes será feito para obter uma melhor analise de uniformidade. A análise da uniformidade via CR-39 mostra que, na maioria dos filmes, a distribuição superficial de boro não é uniforme por toda a sua área, mas quando dividimos esta área obtemos alguns setores uniformes. É importante destacar que a concentração que na deposição dos filmes pode ainda ser otimizada. Nas concentrações e condições de irradiação mostradas na Tabela 1, a quantidade de traços resultantes nos detectores foi alta ocasionando sobreposição dos traços, o que nos forçou a trabalhar em situação não ideal de observação. O tratamento químico utilizado foi bem mais fraco que o padrão para minimizar esta sobreposição dos traços, o que poder ter interferido na eficiência de observação. Como continuação deste trabalho, a metodologia deve ser aprimorada, para obter filmes mais uniformes e com concentrações menores de boro, podendo-se assim desenvolver um método padrão para a confecção de filmes finos de boro para serem utilizados na medida da taxa de reação 10B(n,α)7Li na Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro(BNCT). 35 12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMARAL, T.V.P. Elementos da Chimica Inorganica, ed.8. Rio de Janeiro: Borsoi, 1934. 522 p. ARAÚJO, G.S. Estudo dos níveis de emanação do ²²²Rn de alguns materiais de construção civil e áreas públicas.2003. Dissertação (Mestrado em Ciências em Engenharia Nuclear) – Faculdade Federal do Rio de Janeiro. BARTH, R.F., CODERRE, J.A., VICENTE, M.G.H., BLUE, T.E. Boron Neutron Capture Therapy of cancer: current status and future prospects. Clin. Cancer. Res. 2005,p.3987-4002, 2005. BARTH, R.F. Boron neutron capture therapy at the crossroads: challenges and opportunities. Appl. Radiat. Isotopes 67, S3-S6, 2009. BIGAZZI, G., HADLER, J.C., IUNES, P.J., ODONE, M., PAULO, S.R., ZUÑIGA, A. Absolute thermal nêutron fluence determination by thin films of natural uranium. Nucl. Instrum. Meth. A 352,p. 588-591, 1995. CARTWRIGHT, B.G., SHIRK, E.K., PRICE, P.B. A nuclear-track-recording polymer of unique sensitivity and resolution. Nuclear Instruments and Methods. V. 153, p.457-460, 1978. 36 COTTON, F. A., WILKINSON, G. Advanced Inoraganic Chemistry. 6. ed. New York: Wisley-Interscience, 1999. DURRANI, S.A., BULL, R.K. Solids state Nuclear Track Detection Principles, Methods and Applications. vol. 3. 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Tese (Doutorado em Geologia Regional)- Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e Ciências Exatas. SOOMGYI, G. Development of etched nuclear tracks. Nuclear instruments and methods, p. 21-24, 1980. SHESKIN. D.J. Handbook of Parametric and nonparametric statistical procedures. 2. ed. Boca Raton: Chapman e Hall/CRC.2000. 982 p. CAPA FOLHA DE ROSTO FICHA CATALOGRÁFICA DEDICATÓRIA AGRADECIMENTOS RESUMO ABSTRACT SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. OBJETIVOS 3. BORO 4. BNCT 5. MATERIAIS E MÉTODOS 6. DETECTORES SÓLIDOS DE TRAÇOS NUCLEARES 7. IRRADIAÇÃO 8. ATAQUE QUÍMICO 9. CONTAGEM DOS TRAÇOS 10. RESULTADOS E DISCUSSÕES 11. CONCLUSÃO 12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS