Monte Carlo simülasyonu ile radyasyondan koruyucu malzemelerde kullanılan bizmut, kurşun ve alternatif kompozit malzemelerin atenüasyon etkilerinin değerlendirilmesi
Monte Carlo evaluation of the attenuation effects of bismuth, lead and alternative composite materials used in radiation protection
Yazar: GİZEM ŞİŞMAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HAKAN EPİK ; YRD. DOÇ. DR. AYŞEGÜL YURT
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine
Dizin: Hasta güvenliği = Patient safety ; Koruyucu malzemeler = Protective materials ; Monte Carlo benzetimi = Monte Carlo simulation ; Radyasyon = Radiation ; Radyasyon dozajı = Radiation dosage ; Radyasyon etkileri = Radiation effects ; Radyasyon-iyonizan = Radiation-ionizing ; Radyasyondan korunma = Radiation-protection ; X ışını = X ray

Özet:
Amaç: Tanısal incelemelerde bazen hedef organlar dışında radyasyona duyarlı organlar da tarama alanı içinde kalmakta ve gereksiz yere doz almaktadır. Radyasyon maruziyeti sonucu hasarı ve oluşabilecek kanser riskini azaltmak amacıyla hastalar üzerinde kullanılan Bizmut (Bi) koruyucular için yüksek maliyet ve kullanım pratikliğindeki yetersizlik gibi olumsuz görüşler bulunmaktadır. Radyasyon ile çalışanların korunmasında kullanılan Kurşun (Pb) koruyucuların ise; ağırlıklarından dolayı kullanım zorluğu oluşturmaları ve yüksek toksisite nedeniyle kullanımları tercih edilmemektedir. Çıkış noktası olarak bu eksikliklerin baz alındığı çalışmada yeni koruyucu malzemelerin geliştirilebilmesi için Monte Carlo (MC) Simülasyonu ile bazı elementlerin ve simülasyonda oluşturulan kompozitlerin atenüasyon
etkilerinin değerlendirilmesi hedeflenmiştir.
Gereç ve Yöntem: MC tabanlı GAMOS simülasyon programında diagnostik radyoloji enerji aralığı ile uyumlu olarak artan enerjilerde bazı metal ve lantanit grubu elementlerin enerjiye bağlı kütle atenüasyon katsayılarındaki değişikliklere ve kalınlığa bağlı doz azalımlarına bakılmıştır. NIST (National Institue of Standarts and Technology) veri tabanında sunulan kütle atenüasyon değerleriyle sonuçların verifikasyonu yapıldıktan sonra (hata< %3) karışımlarda kullanılacak elementlerin yüzde oranları belirlenerek 20 örnek oluşturulmuştur. Elementlerin seçiminde K tabaka bağlanma enerjisi, atom numarası, yoğunluk, toksisite özellikleri göz önünde bulundurulmuştur.
Bulgular: Simüle edilen 20 örnek bizmut ve kurşunun azalım garfikleri ile karşılaştırılmış ve en iyi 10 tanesi seçilmiştir. Örneklerin büyük kısmında bizmuta göre 50-90keV ve kurşuna göre de 50-80 keV aralığında daha yüksek kütle atenüasyon değerleri elde edilmiştir.
Sonuç: Oluşturulan çalışma uzayı ile örneklerin atenüasyon etkileri değerlendirilerek belli bir enerji aralığına bağlı olarak bizmut ve kurşuna alternatif olacak en iyi örnekler belirlenmiştir. Bunlardan en başarılıları örnek 3 (Evropiyum, Disporsiyum, Baryum, Bizmut), örnek 8 (İterbiyum, Erbiyum, Evropiyum, Bizmut) ve örnek 9 (İterbiyum, Erbiyum, Antimon ve Bizmut) olmuştur.

Anahtar Sözcükler : Monte Carlo Hesaplamaları, Radyasyondan Korunma, x-ışını

Abstract:
Objective: In some diagnostic examinations, area of interest not only includes target organs but also radiation sensitive organs which are unnecessarily irradiated. There are adverse opinions like high cost and lack of practicality in use regarding Bismuth (Bi) shielding materials which are used on patients to decrease radiation damage and probable risk of cancer as a result of exposure to radiaton. On the other hand, for Lead (Pb) shielding materials which are used for the protection of radiation workers, there are several disadvantages due to high weight and toxicity of the material making them not preferable. This study which has its base focused on the deficiencies defined above, aims to use Monte Carlo (MC) simulation software for the evaluation of the attenuation effects of some elements and composite materials created by the software in order to develop new shielding materials.
Material and Method: MC based GAMOS simulation program has been used in compliance with the diagnostic energy range to examine the differences between energy dependent mass attenuation coefficients of some metals and lanthanides, as well as the amount of dose reduction due to shielding thickness. Following the verification of the obtained results with the mass attenuation values offered in the NIST (National Institute of Standards and Technology) database (error<3%), 20 different samples have been composed according to the determination of variable percentage abundances of elements. Properties like K shell binding energy, atomic number, density, toxicity have been considered in the selection of elements.
Results: The best 10 composite samples out of 20 have been selected and compared to bismuth and lead. For most of the samples, higher mass attenuation coefficients have been obtained compared to bismuth and lead, between the energy ranges of 50-90 keV and 50-80 keV respectively.
Conclusion: Energy dependent mass attenuation properties of composed samples have been compared to those of bismuth and lead by means of simulated workspace, and the most successful samples have been determined. The most successful ones have been Sample 3 (Europium, Dysporsium, Barium, Bismuth), sample 8 (Ytterbium, Erbium, Europium, Bismuth) and sample 9 (Ytterbium, Erbium, Antimony, Bismuth).

Keywords : Monte Carlo Calculations, Radiation Protection, X-Ray