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Bestimmung effektiver Sammelvolumina von Ionisationskammern mit Hilfe des PTB Microbeams

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23.12.2020

Luftgefüllte Ionisationskammern werden zur Messung der Strahlendosis in der Strahlentherapie verwendet. Dabei wird üblicherweise das komplette Luftvolumen zwischen Zentral- und Außenelektrode der Ionisationskammer als sensitives Sammelvolumen des Detektors angenommen. Allerdings können in der Kammer auf Grund der Verteilung des elektrischen Feldes durch die angelegte Hochspannung zwischen den Elektroden nicht sensitive Bereiche im Luftvolumen auftreten, in denen durch die eintreffende Strahlung entstehende Ladungsträger nicht zu dem Kammersignal beitragen. Kenntnis dieses effektiven Sammelvolumens ist essenziell für die exakte Modellierung der Ionisationskammer, beispielsweise für Monte Carlo Berechnungen von detektorspezifischen Korrektionsfaktoren oder Dosisansprechvermögen.

Ziel dieser Forschungsarbeiten ist das Vermessen des effektiven Sammelvolumens neuer Ionisationskammern unterschiedlicher Hersteller am Microbeam der PTB in Braunschweig. Dabei werden Protonen auf eine Energie von 15 MeV im Zyklotron beschleunigt und in der Microbeam-Anlage auf einen Strahldurchmesser von unter 10 μm fokussiert. Die Ionisationskammern werden in der Fokusebene des Strahls mit Hilfe eines Mikrometertisches zweidimensional abgetastet und an jedem Punkt wird das durch die Protonen erzeugte Signal in der Kammer gemessen. Die Anzahl der eintreffenden Protonen wurde dabei mittels eines Szintillators am Austrittsfenster des Strahls überwacht.

Erstmalig wurden so die in der Nähe des Kammerstamms auftretenden nicht sensitiven Regionen im Luftvolumen von Ionisationskammern gemessen. Dort verlaufen die elektrischen Feldlinien nicht von der Außen- zur Zentralelektrode wie im effektiven Sammelvolumen, sondern zur Guardelektrode im Kammerstamm.  Durch Strahlung erzeugte Ladungsträger in diesen nicht sensitiven Regionen tragen somit nicht zum Kammersignal bei. Diese neue Messmethode erlaubt die experimentelle Überprüfung aktueller Entwicklungen in der Ionisationskammerdosimetrie.

 

 

Abb. 1: Ionisationskammer in der Fokusebene des Microbeam der PTB. Der Protonenstrahl trifft von oben auf die Kammer und in einem Raster mit 0,1 mm Abstand wird jeweils das Kammersignal gemessen.

 

 

Abb. 2: Zweidimensionale, relative Signalverteilung, gemessen für 1352 Punkte über das halbe Kammervolumen am Beispiel der PTW Semiflex 3D 31021. Die für jeden Punkt gemessene Ladung nimmt von gelb an der Zentralelektrode (unten) nach blau an der Außenelektrode (oben) ab. Der nicht sensitive Bereich befindet sich rechts oben.

 

Ansprechpartner:

Opens local program for sending emailU. Giesen, Fachbereich 6.4, Arbeitsgruppe 6.45

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