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

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dc.contributor.advisorAlva-Sánchez, Mirko Salomónpt_BR
dc.contributor.advisor-coBonatto, Alexandrept_BR
dc.contributor.authorNunes, Bruno Silveirapt_BR
dc.date.accessioned2023-06-22T19:44:21Z
dc.date.available2023-06-22T19:44:21Z
dc.date.date-insert2023-06-22
dc.date.issued2023
dc.descriptionDissertação (Mestrado)-Programa de Pós-Graduação em Tecnologias da Informação e Gestão em Saúde, Fundação Universidade Federal de Ciências da Saúde de Porto Alegre.pt_BR
dc.description.abstractA 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.pt_BR
dc.description.abstract-enThe widespread use of imaging diagnostics that employ radiopharmaceuticals is increasing the demand for these substances in hospitals and medical clinics worldwide. Radiopharmaceuticals are compounds that contain drugs and radioisotopes, primarily produced in nuclear reactors through fission of highly enriched uranium. This production process generates large amounts of radioactive waste that are harmful to the environment, taking hundreds of years to stabilize and cease their activity. A modern and compact - uranium-free - alternative that allows on-site production is the use of laser-plasma accelerators to induce nucleus photoactivation. In this process, the accelerator generates an electron beam to collide with a solid target, producing photons that can trigger a photonuclear reaction. However, obtaining electron beams via laser- plasma interaction with the necessary properties to achieve the photoactivation process is a challenging task. This is still an under-development technology, whose results depend on a wide range of laser and plasma quantities. In this work, Bayesian optimization was used in PIC simulations in four different H2 gas density profiles as targets of a laser-plasma accelerator, in order to obtain an appropriate electron beam for the 99Mo radioisotope production. It has been used a 5-TW-peak-power laser that operates at high repetition rates in the self-modulated regime, producing pulses with a Gaussian radial profile of 15 μm of longitudinal length, and 7 μm of waist radius. Bayesian optimization algorithm allowed that an electron beam with a charge exceeding 1300 pC and median and maximum energies of 16.7 MeV and 87 MeV, respectively, was obtained. The interaction of this beam with a tantalum target can potentially provide photons with sufficient energies to produce the 99Mo via photoactivation. The 99Mo transmutes into 99mTc, the most widely used radioisotope in nuclear medicine procedures.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) – Brasil Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS)pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufcspa.edu.br/handle/123456789/2124
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.relation.requiresTEXTO - Adobe Readerpt_BR
dc.rightsAcesso Aberto Imediatopt_BR
dc.subjectOtimização Bayesianapt_BR
dc.subjectAceleração laser-plasmapt_BR
dc.subjectSimulação particle-in-cellpt_BR
dc.subjectFeixe de elétronspt_BR
dc.titleOtimização Bayesiana de aceleradores de plasma a laser visando a produção de radiofármacos via fotoativaçãopt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
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