Абсолютная дозиметрия медицинского протонного пучка ИТЭФ на основе активационного метода

• Автор: Ничипоров, Дмитрий Федорович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Цель работы б
Объем и структура диссертации
ГЛАВА 1. Основные методы определения поглощенной дозы на медицинских протонных пучках
Калориметрический метод
Ионизационный метод
Электрометрический метод
Активационный метод
Обоснование выбора активационного метода для ИТЭФ
ГЛАВА 2. Активационный метод измерения флюенса пучка: выбор мониторной реакции и метода регистрации активности
Мониторные реакции
Методы регистрации активности
Метод Ру-совпадений
ГЛАВА 3. Установка для определения флюенса и методика перехода от флюенса к поглощенной дозе
Детектирующая часть установки “Позитрон”
Схема обработки и регистрации сигналов установки “Позитрон”
Активационный метод измерения флюенса
Методика измерения активности мишеней и расчета флюенса
Определение поглощенной дозы по величине флюенса пучка
Калибровка монитора пучка по поглощенной дозе
ГЛАВА 4. Математическая модель регистрации активности и пути совершенствования установки “Позитрон”
Контрольный источник
Математическая модель регистрации активности на установке “Позитрон” 73 Модернизированный вариант установки “Позитрон”

ГЛАВА 5. Основные источники погрешности определения флюенса и поглощенной дозы н меры по повышению точности измерений
Сечение мониторной реакции
Роль контрольного источника Na
Массовая тормозная способность
Химический состав мишени
Сопутствующие ядерные реакции
Погрешность счета в у-и р-каналах
Погрешность в канале совпадений
Статистическая погрешность измерения активности
Мертвое время счетчиков
Продолжительность облучения мишеней
У прощение расчетных формул
ГЛАВА 6. Экспериментальная проверка достигнутой точности измерений методами сравнительной дозиметрии
Сравнения между российскими центрами ПЛТ
Сравнения между ИТЭФ и NIST
Косвенные сравнения
Анализ результатов и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Идея использования пучков ускоренных протонов в медицинских целях впервые была высказана Р. Вильсоном в 1946 г. [1], а менее чем через 10 лет, в 1954 г., она получила свое практическое воплощение в работах по облучению гипофиза, выполненных в Калифорнийском университете в Беркли (США) [2]. В числе первых исследователей проблемы были и советские ученые, благодаря усилиям которых протонная терапия в СССР сделала свои первые шаги в 1968-69 гг. В действие были введены медицинские протонные пучки в Объединенном институте ядерных проблем (ОИЯИ, г. Дубна) и в Институте теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ, Москва) [3, 4]. В настоящее время (по данным на середину 1999 года) в 10 странах мира действуют 18 центров (в том числе три - на базе специализированных ускорителей), в которых проводится протонное лечение различных видов заболеваний, а курсы протонной терапии по данным на июль 1999 года [5] прошло более 24 ООО человек.
Целью лучевой терапии, как и всякого другого терапевтического вмешательства, является оказание лечебного воздействия на очаг патологии в организме человека. В идеальной ситуации лучевая терапия должна оказать максимальное терапевтическое воздействие на патологически измененные ткани (мишень) в организме пациента, не причиняя никакого вреда окружающим здоровым тканям. Однако на практике достижение этих идеальных условий не представляется возможным, и окружающие здоровые ткани неизбежно подвергаются некоторому лучевому воздействию. Для достижения высокого процента излечения патологического очага лучевым терапевтам приходится работать вблизи верхней границы толерантности здоровых тканей, когда доза, подводимая к мишени, уже дает желаемый терапевтический эффект, а уровни дозы на здоровые ткани еще не приводят к их повреждению (т. н. терапевтический интервал). Этот интервал достаточно узок, и отсюда с неизбежностью вытекает необходимость достаточно точного измерения дозы, подводимой к очагу патологии и к окружающим здоровым тканям.

известно из абсолютных измерений во всем диапазоне энергий, имеющих практический интерес: от энергетического порога (18,5 МэВ) до 28 ГэВ. Как уже указывалось выше, в диапазоне энергий 70 - 200 МэВ величина сечения реакции изменяется примерно от 80 до 40 мбарн. В том же энергетическом диапазоне сечение сопутствующей реакции (5) составляет не более 10 мбарн [32], а образующийся нуклид 7Ве не является позитронным излучателем и имеет сравнительно большой период полураспада (54 дня). Поэтому образование 7Ве в углеродосодержащей мишени, облучаемой протонами с энергиями 70 - 200 МэВ, не приводит к искажению результатов измерений Реактивности, наведенной в мишени по реакции (2). Благодаря наличию порога реакция (2) мало чувствительна к вторичным частицам (более подробно этот вопрос будет рассмотрен в главе 5), а материал мишеней - углерод или углеродосодержащие пластмассы - недорог и всегда доступен в разнообразных химических формах.
Нуклид ИС, являющийся продуктом реакции (2), принадлежит к числу чисто позитронных излучателей. Схема его распада приведена на рис. 2.1. Атом этого нуклида при распаде испускает всего один позитрон с максимальной энергией 0,968 МэВ [33]. Вероятность (3-распада нуклида ИС по типу электронного захвата (э.з.) невелика (0,2 %), поэтому на практике при измерении активности ИС этот канал распада можно не учитывать. Аннигиляция позитронов с электронами окружающего вещества приводит к рождению пары аннигиляционных гамма-квантов. Это создает возможность регистрации позитронов, позволяет легко идентифицировать их в материале мишени и измерять количество образовавшихся атомов 11С счетно-спектрометрическими методами.
ПС Т 1,2 = 20,44 мин
э. з. 0
(Ґ 0,968 МэВ 99,2 %
1,022 МэВ

Рис. 2.1. Схема распада радионуклида ПС.