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Document Type: Tese
Title: Estimativa da taxa de dose de radiação em tripulantes de aeronaves utilizando o método Monte Carlo
Authors: Alves, Matheus Carvalho
Issue Date: 11-Sep-2017
Advisor: Carvalho Júnior, Albérico Blohem de
Resumo : Os tripulantes de aeronaves estão expostos a níveis elevados de radiação cósmica que tem origem galáctica, solar e de radiações secundárias produzidas devido à interação com a atmosfera. Assim, é necessário estimar a dose que estes indivíduos recebem e avaliar os riscos associados à sua exposição. Para isto, cenários de exposição à radiação foram elaborados em âmbito computacional a fim de fornecer coeficientes de conversão (CC’s) que relacionam grandezas mensuráveis (como a fluência) com grandezas limitantes (como a dose efetiva). Sabendo a taxa de fluência de partículas numa região onde um indivíduo é exposto, é possível determinar a taxa de dose efetiva usando estes CC’s. Tripulantes de aeronaves normalmente se encontram na postura sentada quando expostos à radiação cósmica em altitudes de voos convencionais. Como não foi encontrado na literatura estudos utilizando simuladores antropomórficos na postura sentada para o cálculo da taxa de dose efetiva em altitudes de voos tripulados, nesse trabalho, foram realizados cálculos de coeficientes de conversão de dose efetiva por fluência utilizando o código MCNPX e os simuladores antropomórficos híbridos UFH/NCI masculino e feminino nas posturas vertical e sentada e na geometria de irradiação isotrópica. Os CC’s foram calculados para as partículas que mais contribuem para a dose em altitude de voos tripulados, que são nêutrons, prótons, fótons, elétrons e pósitrons. A taxa de dose efetiva foi calculada a partir dos coeficientes de conversão de dose efetiva por fluência e do espectro da taxa de fluência obtidos pelo pacote de dados EXPACS. A taxa de dose efetiva também foi obtida utilizando os espectros de taxa de fluência calculados pelo software MCNP6. As diferenças entre a taxa de dose efetiva calculada para o simulador na postura vertical e sentada são menores do que 1 %, mostrando assim que a postura não influencia no cálculo da taxa de dose em tripulantes de aeronaves. Contudo, os valores da taxa de dose calculados utilizando o simulador UFH/NCI na postura vertical são de 7 a 12 % maiores do que os obtidos do pacote EXPACS (que utiliza os simuladores de referência da ICRP 110) e muito próximo a valores experimentais de equivalente de dose apresentados em outros trabalhos. Assim, o cálculo da taxa de dose efetiva a partir de CC’s usando os simuladores UFH/NCI apresenta resultados conservadores em relação aos calculados utilizando o simulador de referência da ICRP e próximo de valores obtidos experimentalmente. Outro objetivo desse trabalho foi estimar a dose no feto de tripulantes gestantes, considerando parâmetros de um voo real. Para estimar a dose no feto, foram calculados CC’s na geometria isotrópica para nêutrons, prótons, fótons, elétron, pósitrons e múons utilizando o simulador de mulher grávida e o código MCNPX. A taxa de dose foi obtida a partir dos coeficientes de conversão de dose equivalente por fluência e da taxa de fluência da radiação cósmica a uma altitude de 12,3 km e nas condições típicas de um voo de Vancouver a Frankfurt, que tem duração média de 9 horas. Os resultados mostram que a dose equivalente no feto ultrapassam o limite de 1 mSv, que é o limite de dose no feto durante a gestação considerado aceitável de acordo com a publicação 103 da ICRP, em até 7 voos de ida e volta entre Vancouver e Frankfurt.
Abstract: Aircraft crew members are exposed to cosmic rays of galactic and solar origin and secondary radiations produced due to interaction of primary cosmic rays with the atmosphere. Thus, it is necessary to estimate the dose that aircrew members receive and to evaluate the risks associated with their exposure. Radiation exposure scenarios were elaborated in computational scope in order to provide conversion coefficients (CCs) that relate measurable quantities (fluence) with limiting quantities (such as the effective dose). Knowing the particle fluence rate in a specific altitude, latitude and longitude, it is possible to determine the effective dose rate using these CC's. Aircraft crews are usually in sitting posture when exposed to cosmic radiation at altitudes of common flights. There are no studies in the literature using anthropomorphic phantoms in the sitting posture to calculate the effective dose rate at flight altitudes. In this study, effective dose per fluence conversion coefficients were calculated using the MCNPX code and the male and female UFH/NCI hybrid anthropomorphic phantoms in standing and sitting postures. Conversion coefficients were obtained in the isotropic irradiation geometry. CCs were calculated for neutrons, protons, photons, electrons, and positrons sources, which are the particles that most contribute to the dose at flight altitudes. The effective dose rate was calculated from the effective dose per fluence conversion coefficients and the fluence rate spectrum obtained by the EXPACS data package. The effective dose rate was also obtained using the fluence rate spectrum calculated by the MCNP6 software. The differences between the effective dose rate calculated for the phantom in the standing and sitting posture are less than 1%, showing that the posture does not contribute considerably to the dose of aircrew members. However, the dose rate calculated using the UFH/NCI phantom in the standing posture are 7 to 12 % higher than the dose rate obtained from the EXPACS package (which uses reference phantoms of ICRP 110) and are very close to experimental values of dose equivalent presented in other studies. Thus, the calculation of the effective dose rate using the UFH/NCI phantoms presents conservative results compared to those calculated using the ICRP reference phantoms and close to values obtained experimentally. The aim of this study was also estimate the dose to the fetus of pregnant crewmembers in a common flight. To estimate the dose to the fetus, CCs were calculated in the isotropic geometry for neutrons, protons, photons, electrons, positrons, and muons using a pregnant woman phantom and the MCNPX code. The dose rate was obtained from the conversion coefficients of equivalent dose per fluence and the fluence rate of cosmic radiation at an altitude of 12.3 km and under typical conditions of a flight from Vancouver to Frankfurt, whose average flight time is 9 hours. The results indicate that the equivalent dose to the fetus can exceeds the ICRP recommended fetal dose limit of 1 mSv after 6 or 7 round trips flights between Vancouver and Frankfurt.
Keywords: Física
Radiação
Dosimetria
Aeronaves
Simulador sentado
Simulador de mulher grávida
Dosimetria de tripulantes
Taxa de dose no feto
Simulação Monte Carlo
Sitting phantom
Pregnant phantom
Aircrew dosimetry
Fetus dose rate
Monte Carlo simulation
Subject CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Institution: Universidade Federal de Sergipe
Program Affiliation: Pós-Graduação em Física
Citation: ALVES, Matheus Carvalho. Estimativa da taxa de dose de radiação em tripulantes de aeronaves utilizando o método Monte Carlo. 2017. 108 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2017.
URI: http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/7156
Appears in Collections:Doutorado em Física

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