Otimização Bayesiana de aceleradores de plasma a laser visando a produção de radiofármacos via fotoativação

Abstract

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.