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Kalorimetrische Bestimmung strahlungsqualitätsabhängiger Faktor bei 8 MV und 16 MV Photonenstrahlung

15.01.2007

Die Bestimmung der Wasser-Energiedosis Dw für hochenergetische Photonenstrahlung erfolgt mit Hilfe von Ionisationskammern, die bei 60Co-Strahlung zur Anzeige der Wasser-Energiedosis kalibriert sind. Die Energieabhängigkeit des Ansprechvermögens der Kammer wird dabei durch den Faktor kQ berücksichtigt, wobei Q die Strahlungsqualität der Photonenstrahlung bezeichnet. In Dosimetrie-Protokollen finden sich diese kammertypspezifischen kQ-Faktoren als berechnete Werte mit einer relativen Standardunsicherheit von 1 %. Mit Hilfe eines energieunabhängigen Messverfahrens, wie es die Wasserkalorimetrie darstellt, können die kQ-Faktoren direkt experimentell bestimmt werden als Verhältnis der unter Referenzbedingungen gewonnenen Kalibrierfaktoren einer Ionisationskammer bei 60Co-Strahlung, ND,w,Co, und bei der Strahlungsqualität Q, ND,w,Q:

kQ = ND,w,Q / ND,w,Co

In der PTB existiert ein Primärnormal-Wasserkalorimeter, das die Einheit der Wasser-Energiedosis bei 60Co-Strahlung unter Referenzbedingungen mit einer relativen Standard-Messunsicherheit von 0,2% darstellt. Die Bestimmung der Kalibrierfaktoren ND,w,Co von Ionisationskammern basiert auf diesem Normal. Ein weiteres Kalorimeter, das so genannte „transportable“ Wasserkalorimeter (siehe Abbildung) konnte nun am Linearbeschleuniger der PTB eingesetzt werden, um die entsprechenden Kalibrierfaktoren ND,w,Q der Kammern bei 8 MV und 16 MV Photonenstrahlung zu bestimmen.

Abb.: Transportablen Wasserkalorimeters mit zugehörigem Kühlaggregat (links). Das Kalorimeter hat eine Kantenlänge von ca. 60 cm, das rot umrandete Quadrat markiert das Strahlungseintrittsfenster des Kalorimeters

Zur Monitorierung der Strahlung diente dabei eine großflächige Transmissionskammer, die direkt vor dem Strahlungseintrittsfenster des Kalorimeters montiert ist. Bei beiden Strahlungsqualitäten (entsprechend 8 MV und 16 MV Photonen) wurden jeweils über mehrere Tage insgesamt ca. 100 Bestrahlungsmessungen durchgeführt. Mit Hilfe des Mittelwertes dieser Messungen konnte so die Monitorkammer in Einheiten der Wasser-Energiedosis kalibriert werden.

Für die anschließende Kalibrierung einer Ionisationskammer im Kalorimeter wurde die entsprechende Kammer an gleicher Messposition in 10 cm Abstand zum Strahlungseintrittsfenster in das Wasserphantom des Kalorimeters eingesetzt wie zuvor der kalorimetrische Detektor. Bei beiden Strahlungsqualitäten wurde mit mehreren Kammern vom Typ NE2571 und NE2561 unter Referenzbedingungen im Kalorimeter gemessen, wobei jeweils der Polaritäts- und Sättigungseffekt der Kammer berücksichtigt wurde. Unter Verwendung des kalorimetrisch bestimmten Monitorkalibrierfaktors und dem gemessenen Verhältnis der Anzeigen der Ionisationskammer zu Monitorkammer ergibt sich der Kalibrierfaktor ND,w,Q der Kammer für die Strahlungsqualität Q. In der Tabelle sind die vorläufigen Ergebnisse der kQ-Messungen für zwei verschiedene Ionisationskammern (NE2571 und NE2561) aufgeführt.

Qualitätsindex Q
kQ-Faktor
NE 2561 NE 2571
    0,71 (8 MV) 0,9893 0,9889
    0,764 (16 MV) 0,9766 0,9743

Tab.: Vorläufige Ergebnisse von kQ-Messungen für zwei Ionisationskammern in Abhängigkeit des Strahlungsqualitätsindex Q

Prinzipiell sind bei der kalorimetrischen Bestimmung der strahlungsqualitätsabhängigen kQ-Faktoren von Ionisationskammern deutlich geringere Messunsicherheiten zu erzielen, als für die berechneten kQ-Werte in den Dosimetrie-Protokollen angegeben sind. Die Analyse des Unsicherheitsbudgets des Messverfahrens ergibt eine Standardmessunsicherheit für den experimentell bestimmten kQ-Faktor einer einzelnen Ionisationskammer von ca. 0,3 %. Bei Messungen mit verschiedenen Kammern gleichen Typs zeigt sich ein zusätzlicher Unsicherheitsbeitrag für die Exemplarstreuung von ebenfalls ca. 0,3%. Mit Hilfe der experimentell bestimmten kQ-Faktoren lässt sich somit die Messunsicherheit bei der ionometrischen Bestimmung von Dw unter Referenzbedingungen bei hochenergetischer Photonenstrahlung wesentlich reduzieren.