Efecto de campos magnéticos intensos sobre la trayectoria de electrones propagándose en medios materiales de baja densidad de interés para radioterapia MRI-LINAC

Abstract

Los mecanismos de transporte de radiación ionizante en presencia de campos magnéticos pueden ser descritos medianteformulaciones basadas en la aplicación de la ecuación principal de Boltzmann. Sin embargo, cuando el transporte noes en vacío sino en medios materiales dispersores la dificultad en el cálculo analítico de la trayectoria de los electronesse incrementa considerablemente debido al carácter aleatorio de los procesos de interacción de la radiación con elmedio dispersor. En este contexto, el presente trabajo propone y describe una metodología para caracterizar mediantetécnicas numéricas, como la simulación Monte Carlo, el efecto de campos magnéticos intensos, presentes típicamenteen los dispositivos de MRI-LINAC, sobre la trayectoria de partículas cargadas, propagándose en un medio materialcomúnmente presente en situaciones de radioterapia. Los resultados obtenidos para el aire como medio dispersor,indican que las variaciones de las trayectorias de los electrones dependen conjuntamente de la intensidad y direccióndel campo magnético y de las interacciones por colisión con el medio material. El aumento de la intensidad de campomagnético incrementa la curvatura de las trayectorias y disminuye el desplazamiento, o corrimiento, en la dirección radial.

Ionizing radiation transport mechanisms in presence of magnetic fields can be described in terms of formalisms based on the Boltzmann radiation transport equation. However, when the transport occurs not in vacuum but in scattering media the difficulty of its analytical calculation considerably increases because of the random character of the radiation interaction processes with the scattering medium. In this context, the present work proposes and describe a methodology to characterize effects due to strong magnetic fields on electron trajectories by means of numerical techniques, such as Monte Carlo simulation, to be applied to scattering media, typically present in MRI-LINAC devices in radiotherapy situations. The obtained results for air as the scattering material show that variations of the electrons’ trajectories depend jointly on the magnetic field and the interactions with the scattering medium. Increasing the magnetic field intensity enhances the curvature of the trajectories while decreasing the displacement in the radial direction.