ABSTRACT
The most significant impact of the Chernobyl accident is the increased incidence of thyroid cancer among children who were exposed to short-lived radioiodines and 131-iodine. In order to accurately estimate the radiation dose provided by these radioiodines, it is necessary to know where iodine is incorporated. To do that, the distribution at the cellular level of newly organified iodine in the immature rat thyroid was performed using secondary ion mass microscopy (NanoSIMS50). Actual dosimetric models take only into account the averaged energy and range of beta particles of the radio-elements and may, therefore, imperfectly describe the real distribution of dose deposit at the microscopic level around the point sources. Our approach is radically different since based on a track-structure Monte Carlo code allowing following-up of electrons down to low energies (~ 10eV) what permits a nanometric description of the irradiation physics. The numerical simulations were then performed by modelling the complete disintegrations of the short-lived iodine isotopes as well as of 131I in new born rat thyroids in order to take into account accurate histological and biological data for the thyroid gland.
O impacto mais significante do acidente de Chernobyl é o crescimento da incidência de câncer de tireóide em crianças que foram expostas a radioiodos de vida curta e ao Iodo-131. Na estimativa precisa da dose de radiação fornecida por esses radioiodos, é necessário conhecer onde o iodo está incorporado. Para obtermos esse resultado, a distribuição em nível celular de iodo recentemente organificado na tireóde de ratos imaturos foi realizada usando microscopia de massa iônica secundária (NanoSIMS50). Modelos dosimétricos atuais consideram apenas a energia média das partículas beta dos radioelementos e pode, imperfeitamente descrever a distribuição real de dose ao nível microscópico em torno dos pontos pesquisados. Nossa abordagem é radicalmente diferente desde que é baseada na simulação de Monte Carlo permitindo acompanhar os elétrons de energias menoress (~ 10eV) o que permite uma descrição nanométrica da física da radiação. As simulações numéricas foram então realizadas pelo modelo de desintegração completa de isotopos do iodo de vida curta assim como do Iodo-131 em tireóide de ratos recém nascidos na tentativa de obter resultados biológicos e histológicos de maior precisão para a glândula tireóide.
ABSTRACT
When living cells are irradiated by charged particles, a wide variety of interactions occurs that leads to a deep modification of the biological material. To understand the fine structure of the microscopic distribution of the energy deposits, Monte Carlo event-by-event simulations are particularly suitable. However, the development of these track structure codes needs accurate interaction cross sections for all the electronic processes: ionization, excitation, Positronium formation (for incident positrons) and even elastic scattering. Under these conditions, we have recently developed a Monte Carlo code for electrons and positrons in water, this latter being commonly used to simulate the biological medium. All the processes are studied in detail via theoretical differential and total cross sections calculated by using partial wave methods. Comparisons with existing theoretical and experimental data show very good agreements. Moreover, this kind of detailed description allows one access to a useful microdosimetry, which can be coupled to a geometrical modelling of the target organ and then provide a detailed dose calculation at the nanometric scale.
Quando células vivas são irradiadas por partículas carregadas, ocorre uma grande variedade de interações, o que leva a uma modificação profunda do material biológico. Para entender a delicada estrutura da distribuição microscópica dos depósitos de energia, as simulações de Monte Carlo são particularmente adequadas. Entretanto, o desenvolvimento destes códigos necessitam de amostras representativa de interações perfeitas para todos os processos eletrônicos: ionização, excitação, formação de positrônico (para pósitrons incidentes) e mesmo espalhamento elástico. Nessas condições, nós desenvolvemos recentemente um código Monte Carlo para elétrons e pósitrons em água usada posteriormente para simular o meio biológico. Todos os processos são estudados detalhadamente via seções de choque calculada usando métodos de ondas parciais. Comparações com dados experimentais e teóricos mostram boa concordância. Além disto, esta descrição detalhada nos permite acessar esta útil microdosimetria, a qual pode ser acoplada a modelo geométrico de órgãos alvo e então fornece um cálculo detalhado da dose em escala nanométrica.