Методические вопросы использования детекторов для дозиметрии в пучках ядер углерода ускорителя У-70 А.Г.Алексеев, Е.В.Алтухова, И.И.Дегтярев, О.В.Кирюхин 2, В.А.Пикалов, О.В Суманеев., А.А.Янович 1 НИЦ Курчатовский институт –ИФВЭ, г.Протвино 2 НТЦ Практика-ТЛ, г.Москва 3 октября 2018 г. РУПАК 18, Протвино

НИЦ «Курчатовский институт» - ИФВЭ идут работы по реализации проекта «Центр ионной лучевой терапии». Одним из этапов в реализации этого проекта – создание радиобиологического стенда (РБС) на базе ускорителя У-70 РБС используется для проведения радиобиологических экспериментов, на его базе проводятся исследования и испытания систем, которые предполагается использовать при проведении лучевой терапии с помощью пучка ионов углерода. В данной приведены результаты исследования методических вопросов использования термолюминесцентных детекторов (ТЛД) и радиохромных пленок для дозиметрии в пучке ионов углерода

Во время сеансов в исследования на РБС использовались следующие детекторы ДТГ-4 Были закуплены в 2012 г. монокристаллические ТЛД, производства Ангарского филиала ООО «Урал Прибор» Аналог LiF:Mg,Ti: MTS, TLD-100 RadPro International GmbH ТЛД1101Т Предоставлены ООО «НТЦ Практика-ТЛ» в рамках договора поликристаллические (тонкие), активный слой ( 5-7) мг/см 2, на алюминиевой подложке, Производство ООО «НТЦ Практика», Москва аналог LiF: Mg, Cu, P Тип: MCP-Ns RadPro International GmbH ММТ-7 Были закуплены в 2014 г. поликристаллические, производства RADCARD –Польша (LiF). (Разработаны специально для дозиметрии в пучках ионов с большим ЛПЭ). LiF:Mg,Ti В связи с тем, что в НИЦ «Курчатовский институт»-ИФВЭ отсутствует прибор для обсчета данных типов ТЛД, с 2015 г. был заключен договор на 3 года с ООО «НТЦ-Практика-ТЛ» на обработку облученных во время сеанса детекторов. Обработка включала в себя : отбор ТЛД по чувствительности, калибровку, отжиг, обсчет и обработку результатов. Использовался HARSHAW-4000

Измерения в водном фантоме Схема измерений Все дозиметрические измерения выполняются в водном фантоме, который представляет собой контейнер с внешними размерами 590 х 360 х 375 мм. Материал стенок фантома – поликарбонат. Толщина передней стенки (относительно направления пучка) составляет 30 мм, боковых – 15 мм. Внутри водного фантома закрепляется воздушная камера (кессон) с внешними размерами 130 х 240 х 265 мм. Толщина передней стенки кессона – 5 мм (полиметилметакрилат, ПММА), задней и боковых стенок – 15 мм (поликарбонат). Для измерения поглощенной дозы использовались следующие средства измерения : :клинический дозиметр Unidos с цилиндрической ионизационной камерой ТМ , дозиметр ДКС-АТ5350/1 с цилиндрической ионизационной камерой ТМ30013, плоскопараллельная ионизационная камера (перед фантомом), плоскопараллельная ионизационная камера PPC40 с клиническим дозиметром Dose (IBA), камера мягкого рентгеновского излучения с клиническим дозиметром

Расчет кривой Брегга и оценка вклада тепловых нейтронов в показания ТЛД Поглощенная доза частиц по глубине водного фантома в пучке ионов углерода с энергией 400 МэВ/нуклон. Средняя величина ЛПЭ по глубине водного фантома в пучке ионов углерода с энергией 400 МэВ/нуклон

Сравнение расчетной величины (пустые кружки) и измеренной поглощенной дозы (заполненные кружки) по глубине водного фантома в пучке ионов углерода с энергией 400 МэВ/нуклон

Оценка вклада тепловых нейтронов в показания ДТГ-4 Плотность потока нейтронов в водном фантоме от ионов углерода с энергией 400 МэВ/нуклон. Тепловые нейтроны (энергия ниже 0,4 эВ), промежуточные ( от тепловых (т.н) до 0,1 МэВ), быстрые –(0,1…10 МэВ), в диапазоне от 10 до 20 МэВ, выше 20 МэВ. Величины нормированы на плотность потока ионов углерода 1/см 2. Расчет по программе MCNPX.

Оценка вклада тепловых нейтронов в показания ДТГ-4 была сделана следующим образом: доза от ионов углерода (при флюенсе 1/см 2) ( ЛПЭ =10 кэВ/мкм) на глубине 0 см составляет 1,602 ·10-7 Гр; доза за пиком Брегга составляет 0,4 от дозы на глубине 0 см; чувствительность ДТГ-4 к тепловым нейтронам ( при 99,5% содержании изотопа 6Li) составляет 2,5 ·10-7 Гр/см 2); содержание изотопа 6Li в естественном литии -7,5%; плотность потока тепловых нейтронов за пиком составляет 0,05 от плотности потока ионов углерода на глубине 0 см. В результате: вклада тепловых нейтронов в показания ДТГ-4 за пиком Брегга – не выше 1,5 %.

Методика измерения дозы с помощью ТЛД Методика измерения дозы с помощью ТЛД включала в себя следующее: порядок отжига ТЛД (температура и время отжига для каждого типа ТЛД в соответствии с рекомендациями производителя); индивидуальная калибровка каждого детектора на калибровочном источнике (выполняется в каждом цикле измерений); калибровка партии детекторов на эталоне перед каждым сеансом ускорителя; режим измерения (режим нагрева) в соответствии с рекомендацией производителя; временной интервал между отжигом и облучение не превышает 10 дней; временной интервал между облучением и измерением не превышает 4 дня ; при обработке результатов учитывается зависимость чувствительности ТЛД от величины дозы (для каждого типа своя зависимость); по кривой КТВ ( кривая термовысвечивания) для ТЛД ММТ-7 делается поправка на зависимость чувствительности ТЛД от ЛПЭ.

Зависимость параметра КТВ для ММТ-7 от величины ЛПЭ. Используя данную зависимость вводится поправка на уменьшение чувствительности ТЛД от величины ЛПЭ

Сама величина поправки для ТЛД ( ММТ-7 и ДТГ-4) и для радиохромной пленки EBT3 в зависимости от ЛПЭ приведена на рисунке. Полученные в данной работе поправки хорошо согласуются с данными других авторов Поправка на зависимость чувствительности от ЛПЭ для ММТ-7, ДТГ-4 и EBT3

Заключение Разработана методика измерения с помощью ТЛД поглощенной дозы углерода для целей дозиметрического сопровождения радиобиологических исследований в условиях РБС. В процедуру методики включены все основные факторы, влияющие на точность измерения. Это позволяет проводить измерение поглощенной дозы с погрешностью не хуже 5%.