Transistores Bipolares de Junção e Suas Aplicações na Radioterapia

Trabalho Final – Materiais Elétricos

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Transistores Bipolares de Junção e suas aplicações na radioterapia

Guilherme Salgado Alves, Maycon André Matheus Santana, Victor Hugo Godoi Pedrota           Orientador: Prof. Dr. Lauro Paulo da Silva Neto            

Abstract— Os mais diversos avanços na tecnologia se dão não apenas com a descoberta de novos elementos ou ferramentas, mas também através das descobertas referentes à aplicação dessas novidades. Este artigo tem por objetivo discorrer sobre novas descobertas nas aplicações dos Transistores Bipolares de Junção na radioterapia e na garantia de precisão de doses ministradas aos pacientes.

Palavras-chave — Parâmetros de Campo, Radioterapia, Transistores Bipolares de Junção

1. INTRODUÇÃO

Desde o princípio da vida na Terra todas as espécies, e os seres humanos inclusos, tiveram um único grande objetivo: a sobrevivência e perpetuação da espécie. Para isso, numa eterna luta para sobreviver e reproduzir, os animais mais aptos ao ambiente e com melhores capacidades adaptativas se perpetuaram. Os seres humanos não são diferentes, lutam todos os dias com doenças e ameaças à vida, dentre elas uma das mais mortais: o câncer. Entretanto, os humanos conseguem, todos os dias, evoluir e descobrir novas tecnologias e métodos para vencer e aumentar a qualidade de vida da população. Dentre esses métodos está a radioterapia. Estima-se que, no mundo 52% dos pacientes com câncer passem pelo processo de radioterapia pelo menos 1 vez (CAVALCANTI, Bruna Barros, 2018). Recentemente, os transistores bipolares de junção têm sido pesquisados e aplicados no processo de dosimetria, que garante a precisão das doses utilizadas no tratamento. Diante disso, surgiu o objetivo de explicar um pouco melhor o papel dos TBJ nessa área e como ele tem ajudado na evolução do tratamento da radioterapia.        

1. O transistor bipolar de junção (TBJ)

O transistor bipolar de junção foi o primeiro transistor a ser produzido e é o mais comum. Ele surgiu como forma de substituir os tubos de vácuo, desempenhando a mesma função, mas trazendo mais capacidade de processamento em um espaço físico muito menor. O transistor bipolar de junção é composto de 3 terminais: o Coletor (C), a Base (B) e o Emissor (E). O TBJ possui esse nome por possuir junções PN, assim como os diodos, e porque tanto as lacunas como os elétrons são responsáveis por formar a corrente. Ele possui duas possíveis estruturas, o NPN (quando suas regiões são dopadas, respectivamente como N, P e N) e a PNP (quando suas regiões são dopadas, respectivamente como P, N e P), como mostram as imagens a seguir.

Figura 1 - Estrutura e constituição básica de um TBJ tipo NPN

Fonte: TAVARES (2011)

[pic 1]

Figura 2: Estrutura do TBJ PNP

        Fonte: www.decom.fee.unicamp.br/~gf/aula6.pdf [pic 2]

As principais aplicações do TBJ são a atuação como chave ou amplificador. Entretanto, neste artigo trataremos da sua sensibilidade de ganho de corrente dos transistores à radiação, para que possa ser utilizado no processo de dosimetria.

1. Junção PN

Para melhor compreensão das imagens anteriores e para melhor entendimento da atuação do transistor bipolar de junção, é necessário compreender que uma junção PN consiste em dois materiais semicondutores justapostos, sendo um dopado com impurezas do tipo P [materiais trivalentes] e outro dopado de impurezas do tipo N [materiais pentavalentes]. (CAVALCANTI, Bruna Barros, 2018). Os dispositivos semicondutores apresentam pelo menos uma junção PN, sendo que o TBJ apresenta 2 junções, das formas NPN e PNP. Em um TBJ, a região central (região N no tipo PNP e região P no tipo NPN) age como base, enquanto a região externa mais dopada recebe o nome de “emissora”, e a região externa menos dopada recebe o nome de “coletora”. A região mais rica em portadores de carga e a “emissora”, que envia os portadores para a base, e em seguida são coletados pela região “coletora”, nesse processo, a base atua no controle do fluxo dos portadores de carga.

Figura 3: Esquema de uma junção PN

Fonte: Artigo [1]. (CAVALCANTI, Bruna Barros. 2018)

                                                [pic 3]

1. Radioterapia e a Dosimetria

A radioterapia é um dos principais tratamentos do câncer nos dias de hoje. Como citado anteriormente neste artigo, mais de 50% das pessoas que passam por tratamento de câncer são submetidos à radioterapia pela menos uma vez durante o processo. O procedimento é composto pela utilização de radiação ionizante para a destruir os tumores, e por se tratar de raios perigosos à saúde humana, é necessária extrema precisão nas doses ministradas, assim como na delimitação da área a ser bombardeada pelos raios. Para garantir a exatidão nas doses, é realizado o processo de dosimetria, que busca quantificar os valores das doses depositadas pela radiação, o objetivo é identificar, através dos dosímetros, quanto de material radioativo se deposita nas regiões do corpo passando pelo tratamento. Os dosímetros, por sua vez, são materiais com características que são alteradas quando expostos à radiação, e que podem passar por esse processo de alteração repetidas vezes. Os materiais empregados nesse processo devem independer da energia ou taxa da dose que foi aplicada, e deve ser capaz de reproduzir o processo ao qual foi designado diversas vezes.

1. Utilização do TBJ na radioterapia

Alguns estudos recentes concluíram que há possibilidades reais da utilização do TBJ como ferramenta na dosimetria de feixes elétrons de megavoltagem (DE PASSOS, Renan Garcia, 2015) e na avaliação de parâmetros de campo em radioterapia (CAVALCANTI, Bruna Barros, 2018), sendo assim o TBJ grande contribuidor para o avanço das técnicas de radioterapia.

Nessas pesquisas, foi possível concluir que os transistores bipolares de junção são sensíveis aos feixes de raio-x de megavoltagem aos quais são submetidos, que embora tenham perdas de sensibilidade quanto à dose acumulada nas irradiações, ele ainda pode ser usado para medição de parâmetros de campo. Além disso, as medições podem ser realizadas utilizando os mesmos transistores em medições consecutivos, ou transistores diferentes em com diferenças relativas menores que 1% e, principalmente, pode-se chegar ao fato de que esses dispositivos utilizados se mostraram sensíveis ao ganho de corrente referente à radiação, o que permite prever a dose depositada nesse material com base no dano que este sofreu.