Otimização Bayesiana de aceleradores de plasma a laser visando a produção de radiofármacos via fotoativação
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2023
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Resumo
A crescente utilização de diagnósticos por imagem que utilizam radiofármacos está aumentando
a demanda destas substâncias em hospitais e clinicas médicas de todo o planeta. Os radiofár-
macos são compostos que contém fármacos e radioisótopos, que são principalmente produzidos
em reatores nucleares através da fissão de urânio altamente enriquecido. Esse processo de pro-
dução gera grandes quantidades de resíduos radioativos prejudiciais ao meio ambiente, reque-
rendo centenas de anos para se estabilizarem e cessarem seu risco. Uma alternativa moderna
e compacta - livre de urânio - que permite a produção in loco, é a produção por fotoativação
via aceleradores de plasma a laser. Nesse processo, o acelerador gera um feixe de elétrons di-
recionado a colidir com um alvo sólido, produzindo fótons que podem desencadear a reação
fotonuclear. No entanto, obter feixes de elétrons via interação laser-plasma com as proprieda-
des necessárias para atingir o processo de fotoativação é uma tarefa desafiadora. Esta é uma
tecnologia complexa e ainda em desenvolvimento, cujos resultados dependem de uma ampla
gama de características do laser e do plasma. Neste trabalho, utilizou-se a otimização Baye-
siana em simulações PIC em quatro diferentes perfis de densidade de gás H2 como alvos de
um acelerador de plasma a laser, com o intuito de obter um feixe de elétrons apropriado para
a produção do radioisótopo 99Mo. O laser, com potência pico de 5 TW, opera com altas taxas
de repetição no regime automodulado, produzindo pulsos com perfil radial Gaussiano de 15
μm de comprimento longitudinal e 7 μm de raio da cintura. Com a aplicação do algoritmo de
otimização Bayesiana, obteve-se um feixe de elétrons com carga superior a 1300 pC e energias
medianas e máxima de 16,7 MeV e 87 MeV, respectivamente. Após a interação deste feixe
com um alvo de tântalo, haverá fótons com energias suficientes para produzir o radioisótopo
99Mo via da fotoativação. O 99Mo transmuta-se em 99mTc, o radioisótopo mais utilizado em
procedimentos de medicina nuclear.
Descrição
Dissertação (Mestrado)-Programa de Pós-Graduação em Tecnologias da Informação e Gestão em Saúde, Fundação Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre.
Palavras-chave
Otimização Bayesiana, Aceleração laser-plasma, Simulação particle-in-cell, Feixe de elétrons