Radiation Dose Coefficients for Healthcare Waste and Water Comparison

Hugo Leonardo Silva; Tarcísio  Campos; Noil Cussiol

doi:10.15392/2319-0612.2025.2797

Authors

Hugo Leonardo Silva Depto Engenharia Nuclear, Universidade Federal de Minas Gerais, 270901, Belo Horizonte, MG, Brazil
Dr. Tarcísio P. R. Campos Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, Comissão Nacional de Energia Nuclear, 270901, Belo Horizonte, MG, Brazil
Dr. Noil A. M. Cussiol Depto Engenharia Nuclear, Universidade Federal de Minas Gerais, 270901, Belo Horizonte, MG, Brazil

DOI:

https://doi.org/10.15392/2319-0612.2025.2797

Keywords:

KERMA-fluence coefficient, Mass Stopping Power, Composition of Hospital Healthcare Waste, Pathogenic Radiation Inactivation, Industrial Irradiation

Abstract

According to national and international standards, some groups and subgroups of Healthcare Services Waste (RSS) must undergo some type of treatment to reduce or eliminate the pathogen load before final disposal, to avoid harm to human health and the environment. The pathogens present in the infecting HCW can be effectively inactivated by radiation, providing a uniform minimum dose recommended over the entire volume of the HCW. The analysis of radiation transport in HCW containment containers require determination of the radiation dose coefficients, called: KERMA-fluence for photons and the Mass Stopping Power for electrons; to verify whether the absorbed dose in the container was sufficient for pathogenic inactivation. The chemical compositions of segregated HCW, as well as non-segregated HCW, were evaluated by previous analytical studies by means of segregation of hospital waste. The mass energy absorption coefficients for the chemical composition of HCW at various energies of photon beams and the related density of the RSS supported the calculations of the Radiation Dose Coefficients, KERMA-fluence, and the Mass Stopping Power of electrons for HCW. The results for HCW were compared with equivalent water parameters. The water material does not represent a good substitute for HCW in the dosimetric processes of calibration of exposures to X-ray radiation and electrons in most of the energy spectrum analyzed. There are significant differences between the KERMA-fluence and Mass Stopping Power coefficients of the HCW in relation to water, inducing a very different energy fluency in the RSS in relation to water. A better radiological characterization of HCW for the purpose of sterilization by ionizing radiation was achieved. The Radiation Dose coefficients in the analyzed energy fluence range proved to be useful in the predictions of absorbed dose at exposures of non-standard volumes of RSS.

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Author Biographies

Hugo Leonardo Silva, Depto Engenharia Nuclear, Universidade Federal de Minas Gerais, 270901, Belo Horizonte, MG, Brazil

Doutorando pela Universidade Federal de Minas Gerais; Mestre pelo Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear - CDTN; Bacharel em Física pela UFMG; Físico-Médico pela Associação Brasileira de Física Médica - ABFM; Supervisor de Radioproteção da Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN;
Dr. Tarcísio P. R. Campos, Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, Comissão Nacional de Energia Nuclear, 270901, Belo Horizonte, MG, Brazil

Professor Titular Aposentado da Universidade Federal de Minas Gerais, atualmente em continua colaboração com a UFMG e CDTN - Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nucleear. O Professor possui graduação em Engenharia pela Universidade Federal de Minas Gerais (1983), mestrado em Engenharia Nuclear pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1985) na área de Física de Reatores (Ressonancias Nucleares), doutorado em Engenharia Nuclear - University of Illinois at Urbana Chamapaign - UIUC/USA (1993) na área de Engenharia Nuclear (major) e Engenharia Elétrica (minor), junto ao Institute Beckman, atuando em neurociencia, robotização e coordenação visuo-motora, e pos-doutorado no Massachusetts Institute of Technology - MIT/USA (1998) no programa de pesquisa MIT-Harvard, como Fulbright Fellow, na área de Terapia de Captura de Neutrons pelo Boro, aplicado a Tumores Cerebrais. Coordenador do Programa de Pós-graduação de Ciências e Técnicas Nucleares na gestão de 2001-2003. Foi consultor da CAPES-Engenharia II da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (2004-2010). Tem experiência em várias áreas de Energia Nuclear, tendo dado ênfase atual em materiais, ciência das radiações e radioisótopos, radioquimica e radiobiologia, atuando principalmente nos seguintes temas: biomateriais radioativos, efeitos das radiações ionizantes, radioterapia, braquiterapia, dosimetria experimental e computacional, produção de radiofarmacos, desenvolvimento de simuladores radiológicos físicos, softwares aplicados a radioterapia, terapia de captura de neutrons, radiobiologia, proteoma e lipidomica, radioquimica e cancerologia, bem como instrumentação nuclear, automação, e projeto de aceleradores de partículas nucleares, transmutadores isotópicos. Possui 14 patentes e 01 software registrados no INPI, 2 patentes de invenção submetidas ao WIPO tendo produzido 04 sistemas computacionais, publicado 138 artigos em revistas indexadas e 340 artigos completos em anais de congresso, 34 resumos, orientando 57 dissertações de mestrado e 21 de doutorado e 2 co-orientações de doutorado finalizadas, tendo 2 orientações em andamento; além de ter acompanhado 13 pos-doutores sendo 01 pos-doutorado senior. Colabora com pesquisadores de várias instituições, entre elas: Depto de Cirurgia da Universidade Federal de Ouro Preto, Biologia, Farmácia, Veterinária, e Medicina da UFMG, Centros de radioterapia da Santa Casa de Misericórdia, Hospital Mario Pena, Hospital São Francisco e Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear - CDTN, entre outras. Coordenou mais de 28 projetos de pesquisa financiados por agencias governamentais. Faz parte do Corpo Editorial do Journal of Radiology, Austin Publishing Group e Revista Mineira de Radioterapia. Lecionou 30 anos, disciplinas na pos-graduação e graduação, em especial disciplinas em radiobiologia aplicada, radioquimica aplicada, conceitos de imagens medicas, radiações aplicada a biomedicina, aceleradores de partículas aplicados a biomédica, radioproteção, na área de concentração de Ciências das Radiações, na linha de pesquisa em radiações aplicadas à medicina
Dr. Noil A. M. Cussiol, Depto Engenharia Nuclear, Universidade Federal de Minas Gerais, 270901, Belo Horizonte, MG, Brazil

Doutora em Saneamento e Meio Ambiente pela Universidade Federal de Minas Gerais; pesquisadora aposentada do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear - CDTN/CNEN

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