Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann

Introducción: Desde el año 2015, el grupo de investigación de Biofísica & Bioquímica Estructural y el programa de maestría en Física Médica de la Pontificia Universidad Javeriana (PUJ), han adelantado proyectos de investigación en el área de Terapia de Captura Neutrónica (NCT), en cooperación co...

Full description

Autores:
Tipo de recurso:
masterThesis
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Pontificia Universidad Javeriana
Repositorio:
Repositorio Universidad Javeriana
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.javeriana.edu.co:10554/44601
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10554/44601
https://doi.org/10.11144/Javeriana.10554.44601
Palabra clave:
Ecuación de transporte de Boltzmann
Terapia de captura neutrónica (TCN)
Método de Lattice Boltzmann (LBM)
Aproximación de Bhatnagar, Gross y Krook (BGK)
Flujo neutrónico
Transporte neutrónico
Boltzmann transport equation
Neutron capture therapy (NCT)
Lattice Boltzmann method (LBM)
Neutron flux
Neutron transport
Bhatnagar, Gross and Krook approximation (BGK)
Maestría en física médica - Tesis y disertaciones académicas
Algoritmos
Neutrones - Captura
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional
id JAVERIANA_28bbdbc5f40a4f56f6224eb1c4df5be1
oai_identifier_str oai:repository.javeriana.edu.co:10554/44601
network_acronym_str JAVERIANA
network_name_str Repositorio Universidad Javeriana
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann
title Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann
spellingShingle Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann
Luna Muñoz, Kevin Alexis
Ecuación de transporte de Boltzmann
Terapia de captura neutrónica (TCN)
Método de Lattice Boltzmann (LBM)
Aproximación de Bhatnagar, Gross y Krook (BGK)
Flujo neutrónico
Transporte neutrónico
Boltzmann transport equation
Neutron capture therapy (NCT)
Lattice Boltzmann method (LBM)
Neutron flux
Neutron transport
Bhatnagar, Gross and Krook approximation (BGK)
Maestría en física médica - Tesis y disertaciones académicas
Algoritmos
Neutrones - Captura
title_short Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann
title_full Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann
title_fullStr Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann
title_full_unstemmed Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann
title_sort Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice Boltzmann
dc.creator.none.fl_str_mv Luna Muñoz, Kevin Alexis
author Luna Muñoz, Kevin Alexis
author_facet Luna Muñoz, Kevin Alexis
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Leyva Rojas, Jose Alfonso
Sarta Fuentes, Jose Antonio
Galindo, Edgar
Tapia, Luis
Pabón, Germán
dc.subject.none.fl_str_mv Ecuación de transporte de Boltzmann
Terapia de captura neutrónica (TCN)
Método de Lattice Boltzmann (LBM)
Aproximación de Bhatnagar, Gross y Krook (BGK)
Flujo neutrónico
Transporte neutrónico
Boltzmann transport equation
Neutron capture therapy (NCT)
Lattice Boltzmann method (LBM)
Neutron flux
Neutron transport
Bhatnagar, Gross and Krook approximation (BGK)
Maestría en física médica - Tesis y disertaciones académicas
Algoritmos
Neutrones - Captura
topic Ecuación de transporte de Boltzmann
Terapia de captura neutrónica (TCN)
Método de Lattice Boltzmann (LBM)
Aproximación de Bhatnagar, Gross y Krook (BGK)
Flujo neutrónico
Transporte neutrónico
Boltzmann transport equation
Neutron capture therapy (NCT)
Lattice Boltzmann method (LBM)
Neutron flux
Neutron transport
Bhatnagar, Gross and Krook approximation (BGK)
Maestría en física médica - Tesis y disertaciones académicas
Algoritmos
Neutrones - Captura
description Introducción: Desde el año 2015, el grupo de investigación de Biofísica & Bioquímica Estructural y el programa de maestría en Física Médica de la Pontificia Universidad Javeriana (PUJ), han adelantado proyectos de investigación en el área de Terapia de Captura Neutrónica (NCT), en cooperación con el Organismo Interacional de Energía Atómica (IAEA). Entre los principales objetivos del grupo de investigación, se destaca el estudio del problema de transporte neutrónico mediante la implementación de nuevas técnicas y métodos numéricos de solución de la ecuación de transporte de Boltzmann. En este aspecto y en concordancia con los excelentes resultados que ha mostrado la aplicación del método de lattice Boltzmann (LBM en diferentes áreas de la ciencia, en el presente trabajo se emplea este método de cálculo determinístico, como técnica de solución alternativa de la ecuación de transporte unidimensional y dependiente del tiempo de distribuciones neutrónicas monoenergéticas en un medio homogéneo y semi-infinito con dispersión isotrópica. Materiales y métodos: La ecuación de lattice Boltzmann de transporte neutrónico dependiente del tiempo, es determinada a partir de la discretización de la ecuación general de transporte neutrónico en el espacio de fase, donde los procesos de colisión y propagación en cada instante de tiempo, son especificados mediante el cálculo del tiempo de relajación y la función de distribución de equilibrio local, sugeridos por la aproximación de Bhatnagar, Gross y Krook (BGK). El modelo de transporte neutrónico de lattice Boltzmann-BGK para un medio homogéneo y semi-infinito con dispersión isotrópica, es implementado en un algoritmo de cálculo desarrollado en C++ y Phyton. El código computacional está diseñado para calcular el flujo neutrónico y la dosis absorbida en diferentes medios, caracterizados por valores definidos de secciones eficaces macroscópicas de interacción. Resultados: Los resultados de simulación indican que el método de lattice Boltzmann puede ser aplicado efectivamente en el estudio del problema de transporte neutrónico unidimensional, dando lugar a una descripción consistente de los procesos de interacción de distribuciones neutrónicas con la materia. Conclusiones: La técnica determinística propuesta constituye una poderosa alternativa de solución de la ecuación de transporte de Boltzmann, requerida para la caracterización de distribuciones neutrónicas y otras radiaciones ionizantes en medios de geometrías específicas. Esta metodología puede ser considerada como una técnica numérica alternativa para el tratamiento del problema de transporte en diferentes campos de aplicación.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-08-16T13:03:56Z
2019-08-16T13:03:56Z
2019-07-18
2020-04-15T14:27:46Z
2020-04-15T14:27:46Z
dc.type.none.fl_str_mv http://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
info:eu-repo/semantics/masterThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10554/44601
https://doi.org/10.11144/Javeriana.10554.44601
instname:Pontificia Universidad Javeriana
reponame:Repositorio Institucional - Pontificia Universidad Javeriana
repourl:https://repository.javeriana.edu.co
url http://hdl.handle.net/10554/44601
https://doi.org/10.11144/Javeriana.10554.44601
identifier_str_mv instname:Pontificia Universidad Javeriana
reponame:Repositorio Institucional - Pontificia Universidad Javeriana
repourl:https://repository.javeriana.edu.co
dc.language.none.fl_str_mv spa
language spa
dc.rights.none.fl_str_mv Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
rights_invalid_str_mv Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv PDF
application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Pontificia Universidad Javeriana
Maestría en Física Médica
Facultad de Ciencias
publisher.none.fl_str_mv Pontificia Universidad Javeriana
Maestría en Física Médica
Facultad de Ciencias
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositorio Universidad Javeriana
instname:Pontificia Universidad Javeriana
instacron:Pontificia Universidad Javeriana
instname_str Pontificia Universidad Javeriana
instacron_str Pontificia Universidad Javeriana
institution Pontificia Universidad Javeriana
reponame_str Repositorio Universidad Javeriana
collection Repositorio Universidad Javeriana
_version_ 1803712869411323904
spelling Algoritmo preliminar de cálculo de flujo y dosis de neutrones para terapia por captura neutrónica mediante la implementación del método de lattice BoltzmannLuna Muñoz, Kevin AlexisEcuación de transporte de BoltzmannTerapia de captura neutrónica (TCN)Método de Lattice Boltzmann (LBM)Aproximación de Bhatnagar, Gross y Krook (BGK)Flujo neutrónicoTransporte neutrónicoBoltzmann transport equationNeutron capture therapy (NCT)Lattice Boltzmann method (LBM)Neutron fluxNeutron transportBhatnagar, Gross and Krook approximation (BGK)Maestría en física médica - Tesis y disertaciones académicasAlgoritmosNeutrones - CapturaIntroducción: Desde el año 2015, el grupo de investigación de Biofísica & Bioquímica Estructural y el programa de maestría en Física Médica de la Pontificia Universidad Javeriana (PUJ), han adelantado proyectos de investigación en el área de Terapia de Captura Neutrónica (NCT), en cooperación con el Organismo Interacional de Energía Atómica (IAEA). Entre los principales objetivos del grupo de investigación, se destaca el estudio del problema de transporte neutrónico mediante la implementación de nuevas técnicas y métodos numéricos de solución de la ecuación de transporte de Boltzmann. En este aspecto y en concordancia con los excelentes resultados que ha mostrado la aplicación del método de lattice Boltzmann (LBM en diferentes áreas de la ciencia, en el presente trabajo se emplea este método de cálculo determinístico, como técnica de solución alternativa de la ecuación de transporte unidimensional y dependiente del tiempo de distribuciones neutrónicas monoenergéticas en un medio homogéneo y semi-infinito con dispersión isotrópica. Materiales y métodos: La ecuación de lattice Boltzmann de transporte neutrónico dependiente del tiempo, es determinada a partir de la discretización de la ecuación general de transporte neutrónico en el espacio de fase, donde los procesos de colisión y propagación en cada instante de tiempo, son especificados mediante el cálculo del tiempo de relajación y la función de distribución de equilibrio local, sugeridos por la aproximación de Bhatnagar, Gross y Krook (BGK). El modelo de transporte neutrónico de lattice Boltzmann-BGK para un medio homogéneo y semi-infinito con dispersión isotrópica, es implementado en un algoritmo de cálculo desarrollado en C++ y Phyton. El código computacional está diseñado para calcular el flujo neutrónico y la dosis absorbida en diferentes medios, caracterizados por valores definidos de secciones eficaces macroscópicas de interacción. Resultados: Los resultados de simulación indican que el método de lattice Boltzmann puede ser aplicado efectivamente en el estudio del problema de transporte neutrónico unidimensional, dando lugar a una descripción consistente de los procesos de interacción de distribuciones neutrónicas con la materia. Conclusiones: La técnica determinística propuesta constituye una poderosa alternativa de solución de la ecuación de transporte de Boltzmann, requerida para la caracterización de distribuciones neutrónicas y otras radiaciones ionizantes en medios de geometrías específicas. Esta metodología puede ser considerada como una técnica numérica alternativa para el tratamiento del problema de transporte en diferentes campos de aplicación.Introduction: Since 2015, the research group Biophysics & Structural Biochemistry at the Pontificia Universidad Javeriana (PUJ), in cooperation with the International Atomic Energy Agency (IAEA), has been working on Neutron Capture Therapy (NCT), together with graduate students of the Master Program in Medical Physics at PUJ. Within our research program, one of the main goals is to learn and implement new numerical methods to study the neutron transport problem using the Boltzmann transport equation. In this paper we use the lattice Boltzmann method (LBM) to solve the time-dependent one-dimensional transport equation for monoenergetic neutral particles in a homogenous semi-infinite medium with isotropic scattering. Methods and Materials: The LBM for transient neutron transport problem is adapted from the phase space discretization of the standard neutron transport equation where the collision and streaming processes at each time step are specified through the calculation of the relaxation time and equilibrium particle distribution function suggested by the Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) approximation. In order to apply the one-dimensional neutron transport lattice Boltzmann-BGK model for a homogeneous half-space with isotropic scattering problem, a computational algorithm in Matlab has been made. The time-dependent neutron flux and deposited dose for different macroscopic cross section values have been obtained. Results: Simulation results show that the LBM can be effectively applied to study the 1-D neutron transport process with a reduced computational cost leading to a consistent description of neutral particles interaction with matter. Conclusions: We have shown that the proposed approach provides a powerful alternative for solving the Boltzmann transport equation required to characterize neutron distributions and other ionizing radiations for a given geometry. This methodology can be also considered as an alternative numerical technique for the treatment of particle transport problem.Magíster en Física MédicaMaestríaPontificia Universidad JaverianaMaestría en Física MédicaFacultad de CienciasLeyva Rojas, Jose AlfonsoSarta Fuentes, Jose AntonioGalindo, EdgarTapia, LuisPabón, Germán2019-08-16T13:03:56Z2020-04-15T14:27:46Z2019-08-16T13:03:56Z2020-04-15T14:27:46Z2019-07-18http://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestríahttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccinfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionPDFapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10554/44601https://doi.org/10.11144/Javeriana.10554.44601instname:Pontificia Universidad Javerianareponame:Repositorio Institucional - Pontificia Universidad Javerianarepourl:https://repository.javeriana.edu.cospaAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessDe acuerdo con la naturaleza del uso concedido, la presente licencia parcial se otorga a título gratuito por el máximo tiempo legal colombiano, con el propósito de que en dicho lapso mi (nuestra) obra sea explotada en las condiciones aquí estipuladas y para los fines indicados, respetando siempre la titularidad de los derechos patrimoniales y morales correspondientes, de acuerdo con los usos honrados, de manera proporcional y justificada a la finalidad perseguida, sin ánimo de lucro ni de comercialización. De manera complementaria, garantizo (garantizamos) en mi (nuestra) calidad de estudiante (s) y por ende autor (es) exclusivo (s), que la Tesis o Trabajo de Grado en cuestión, es producto de mi (nuestra) plena autoría, de mi (nuestro) esfuerzo personal intelectual, como consecuencia de mi (nuestra) creación original particular y, por tanto, soy (somos) el (los) único (s) titular (es) de la misma. Además, aseguro (aseguramos) que no contiene citas, ni transcripciones de otras obras protegidas, por fuera de los límites autorizados por la ley, según los usos honrados, y en proporción a los fines previstos; ni tampoco contempla declaraciones difamatorias contra terceros; respetando el derecho a la imagen, intimidad, buen nombre y demás derechos constitucionales. Adicionalmente, manifiesto (manifestamos) que no se incluyeron expresiones contrarias al orden público ni a las buenas costumbres. En consecuencia, la responsabilidad directa en la elaboración, presentación, investigación y, en general, contenidos de la Tesis o Trabajo de Grado es de mí (nuestro) competencia exclusiva, eximiendo de toda responsabilidad a la Pontifica Universidad Javeriana por tales aspectos. Sin perjuicio de los usos y atribuciones otorgadas en virtud de este documento, continuaré (continuaremos) conservando los correspondientes derechos patrimoniales sin modificación o restricción alguna, puesto que, de acuerdo con la legislación colombiana aplicable, el presente es un acuerdo jurídico que en ningún caso conlleva la enajenación de los derechos patrimoniales derivados del régimen del Derecho de Autor. De conformidad con lo establecido en el artículo 30 de la Ley 23 de 1982 y el artículo 11 de la Decisión Andina 351 de 1993, “Los derechos morales sobre el trabajo son propiedad de los autores”, los cuales son irrenunciables, imprescriptibles, inembargables e inalienables. En consecuencia, la Pontificia Universidad Javeriana está en la obligación de RESPETARLOS Y HACERLOS RESPETAR, para lo cual tomará las medidas correspondientes para garantizar su observancia.http://purl.org/coar/access_right/c_abf2reponame:Repositorio Universidad Javerianainstname:Pontificia Universidad Javerianainstacron:Pontificia Universidad Javeriana2022-04-29T18:20:49Z