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Luftdruckabhängigkeit der Anzeige einer Monitor-Ionisationskammer bei hochenergetischer Photonenstrahlung

15.01.2007

Bei der kalorimetrischen Bestimmung strahlungsqualitätsabhängiger Faktoren kQ bei 8 MV und 16 MV Photonenstrahlung wird die Monitorierung der Strahlung mittels einer großflächigen Folien-Ionisationskammer durchgeführt, die direkt vor dem Strahlungseintrittsfenster des Kalorimeters montiert ist. Die erforderlichen Kalorimetermessungen sowie die anschließende Kalibrierung einer Ionisationskammer direkt im Wasserphantom des Kalorimeters dauern generell mehrere Tage. Während der Messungen wird die luftdruckabhängige Anzeige der Monitorkammer üblicherweise nach Maßgabe der Luftdichte im Messvolumen der Kammer korrigiert.

Die experimentell bestimmten kQ-Faktoren mehrerer Wiederholungsmessungen zeigten jedoch eine Streuung der Ergebnisse, die offensichtlich mit der Luftdruckdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Kalorimetermessungen und dem Zeitpunkt der Ionisationskammermessung korreliert.

Prinzipiell ist diese Korrelation durch eine zusätzliche Luftdruckabhängigkeit des Ansprechvermögens der Monitorkammer in einem Photonenstrahlungsfeld bedingt, die sich aus dem als Dosisaufbauschicht wirkendem Luftvolumen zwischen Strahlungsquelle und Monitorkammer ergibt. Bei höherem Luftdruck ist die Massenbelegung dieser Schicht größer und entsprechend mehr Sekundärelektronen gelangen in die Monitorkammer, entsprechend größer ist deren Anzeige. Da die Sekundärelektronen nicht zum Messort der zu kalibrierenden Ionisationskammer (Sonde) in 10 cm Wassertiefe innerhalb des Wasserphantoms gelangen, ergibt sich eine Änderung des Anzeigeverhältnisses von Sonde zu Monitor. Die empirisch ermittelte Änderung der Monitorkammeranzeige durch den luftdruckabhängigen Dosisaufbau im Luftvolumen vor der Monitorkammer beträgt im hochenergetischen Photonenstrahlungsfeld des PTB-Linearbeschleunigers ca. 0,2 % pro % Luftdruckänderung.

Entsprechende Messungen im Photonenfeld der 60Co-Bestrahlungsanlage ergaben demgegenüber einen Wert von ca. 0,35 für die relative Empfindlichkeit der Monitorkammeranzeige vom luftdruckabhängigen Dosisaufbau. Weitere Tests mit einer 10 mm dicken Plexiglasplatte, die in verschiedenen Abständen vor der Monitorkammer aufgebaut wurde, zeigten, dass die Luftdruckabhängigkeit der Monitorkammeranzeige nur dann von den aus der Plexiglasplatte kommenden zusätzlichen Sekundärelektronen kompensiert wird, wenn sich die Plexiglasplatte direkt vor der Monitorkammer befindet.

Mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen, die die reale Geometrie der Monitorkammer einschließlich der graphitbeschichteten Hostaphan-Folien berücksichtigen, wurde versucht, die empirisch gefundenen Ergebnisse zu reproduzieren. Die Ergebnisse der Simulationen überschätzen jedoch den luftdruckabhängigen Dosisaufbau im Luftvolumen vor der Monitorkammer um bis zu 100 %. Dies lässt sich qualitativ unter der Annahme verstehen, dass die realen Photonenstrahlungsfelder des Linearbeschleunigers und der 60Co-Bestrahlungsanlage eine zusätzliche niederenergetische Elektronenkomponente enthalten. Zur Bestimmung dieser Elektronenkomponente ist eine detaillierte Simulation der kompletten Bestrahlungsanlagen mit Hilfe der Monte-Carlo-Methode notwendig.