pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2023-14-3-179-190pimi-830Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsО возможности использования медицинских линейных ускорителей электронов в качестве источника поля эталонного импульсного фотонного излученияOn the Possibility of Using Medical Linear Electron Accelerators as a Source of the Reference Pulsed Photon Radiation FieldЗагороднюкА. А.ZaharadniukA. A.

ул. Гикало, 5, г. Минск 220005

SPE «ATOMTEX», Gikalo str., 5, Minsk 220005, Belarus

fiz.zagorodnAA@gmail.comТараевА. Ю.TaraevA. Y.

ул. Гикало, 5, г. Минск 220005

SPE «ATOMTEX», Gikalo str., 5, Minsk 220005, Belarus

ЛазаренкоС. В.LazarenkoS. V.

ул. Гикало, 5, г. Минск 220005

SPE «ATOMTEX», Gikalo str., 5, Minsk 220005, Belarus

АТОМТЕХБеларусьATOMTEXBelarus202305102023143179190Copyright © Загороднюк А.А., Тараев А.Ю., Лазаренко С.В., 20232023Загороднюк А.А., Тараев А.Ю., Лазаренко С.В.Zaharadniuk A.A., Taraev A.Y., Lazarenko S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/830

Генерирующие источники импульсного фотонного излучения находят все большее применение в науке и промышленности. В связи с этим растёт потребность в приборах дозиметрического контроля, способных работать в полях импульсного фотонного излучения. Однако до настоящего времени нет исчерпывающей методики, описывающей критерии выбора источников эталонных полей импульсного фотонного излучения, необходимых для калибровки и поверки дозиметрического оборудования. Целью работы являлось изучение возможности использования медицинского линейного ускорителя электронов (далее ЛУЭ) в качестве генерирующего источника эталонного поля импульсного фотонного излучения для калибровки и поверки дозиметрического оборудования. В работе исследовались основные характеристики поля фотонного излучения (спектр и средняя энергия излучения, мощность кермы в воздухе и мощность амбиентного эквивалента дозы Ḣ*(10), создаваемая полем в заданной точке), генерируемого ЛУЭ в двух режимах работы: 6 МВ и 18 МВ. Дополнительно исследовалась возможность ослабления интенсивности фотонного излучения ЛУЭ свинцовым фильтром. Экспериментальное определение мощности кермы в воздухе (далее мощность кермы), генерируемой полем фотонного излучения ЛУЭ в заданной точке, производилось путём прямых измерений при помощи эталонного дозиметра. Расчёт спектра и средней энергии фотонного излучения ЛУЭ, производился при помощи Монте-Карло моделирования в программе Fluka. На основе результатов измерений и моделирования произведен расчёт мощностей амбиентного эквивалента дозы Ḣ*(10), генерируемых ЛУЭ в заданной точке. Установлено, что свинцовый фильтр эффективно ослабляет фотонное излучение ЛУЭ как по мощности кермы, так и по мощности амбиентного эквивалента дозы до уровней, подходящих для калибровки и поверки дозиметрического оборудования, предназначенного для работы в полях импульсного излучения. Показано, что свинцовый фильтр существенно влияет как на спектр фотонного излучения ЛУЭ, так и на его среднюю энергию.

Sources of pulsed photon radiation are widely used in science and industry. In this regard, there is a growing demand for dosimetry instruments capable of operating in these pulsed photon radiation fields. Until now there is no comprehensive methodology that describes the characteristics of reference fields of pulsed photon radiation required for calibration and verification of dosimetry equipment. The aim of this paper was to study the possibility of using a medical linear electron accelerator as a generating source of a reference pulsed photon radiation field. The paper investigates main characteristics of photon radiation field (namely, spectrum and average energy) generated by CLINAC in two modes of operation: 6 MV and 18 MV. Additionally it researches the possibility of attenuation of the CLINAC photon radiation intensity by a lead filter. The spectrum and average energy of the CLINAC photon radiation were calculated by means of Monte Carlo simulation in the Fluka program. The validation of the calculation was determined by comparing the attenuation coefficients calculated by the model with ones obtained experimentally by using real CLINACs. Experimentally, the attenuation coefficients were obtained by measuring the air kerma rate generated by the photon radiation fields of Varian VitalBeam and Varian iX CLINACs at a given point of space. Based on the simulation results, the Ḣ*(10) ambient dose equivalent ratio generated by CLINACs were calculated. It was found that the lead filter effectively attenuates the CLINAC photon radiation in terms of both air kerma rate and ambient dose equivalent rate to levels suitable for calibration of dosimetry equipment designed to measure pulsed radiation. It is shown that the lead filter significantly affects both the photon spectrum of the CLINAC and its average energy.

Монте-Карло моделированиелинейный ускоритель электроновимпульсное фотонное излучениеMonte Carlo modellinglinear electron acceleratorpulsed photon radiationReferencesКоржик М.В. Перспективы ядерно-физических исследований в Беларуси // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. – 2021. – C. 62–66. DOI: 10.33581/2520-2243-2021-3-62-66Kоrzhik МV. Outlook for nuclear physics research in Belarus. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2021;(3):62-66. (In Russ.). DOI: 10.33581/2520-2243-2021-3-62-66Brady L.W., Yaeger T.E. Encyclopedia of Radiation Oncology. Springer, 2013, 1015 p.Brady LW, Yaeger TE. Encyclopedia of Radiation Oncology. Springer, 2013. 1015 p.ISO 4037-3:2019. Radiological protection-X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy – Part 3: Calibration of area and personal dosemeters and the measurement of their response as function of energy and angle of incidence – Introd. 30.01.2019. – International Organization for Standartization, 2019. – P. 68ISO 4037-3:2019. Radiological protection-X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy. Part 3: Calibration of area and personal dosemeters and the measurement of their response as function of energy and angle of incidence – Introd. 30.01.2019. International Organization for Standartization. 2019. Р. 68.Дозиметр ДКС-АТ5350/1. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://atomtex.com/ru/oborudovanie-dlya-kalibrovki-i-poverki-dozimetry-etalonnye/dozimetr-dks-at53501 [Дата доступа 20/12/2022].AT5350/1 Standard Dosimeter. [Electronic Resource]. Available from: https://atomtex.com/en/radiation-metrology-andcalibration-equipment-standard-dosimeters/at53501-standard-dosimeter [Accessed 20/12/2022]. (In Russ.).Belousov A.V. The Dose from Secondary Neutrons during the Operation of Modern Medical Accelerators /Belousov AV, Varzar SM, Zheltonozhskaya MV, Lykova EN, Chernyaev AP. The Dose from Secondary Neutrons during the Operation of Modern Medical Accelerators. Moscow University Physics Bulletin. 2019;74(6):551-558. DOI: 10.3103/s0027134919060080A.V. Belousov [et al.] // Moscow University Physics Bulletin. – 2019. – Vol. 74. – No. 6. – P. 551–558. DOI: 10.3103/s0027134919060080Battistoni G, Boehlen T, Cerutti F, Chin PW, Esposito LS, Fassò A et al. Overview of the FLUKA code. Annals of Nuclear Energy. 2015;(82):10-18. DOI: 10.1016/j.anucene.2014.11.007Battistoni G. Overview of the FLUKA code / G. Battistoni [et al.] // Annals of Nuclear Energy. – 2015. – № 82. – Pp. 10–18. DOI: 10.1016/j.anucene.2014.11.007Bohlen TT, Cerutti F, Chin MPW, Fassò A, Ferrari A, P.G. Ortega PG et al. The FLUKA Code: Developments and Challenges for High Energy and Medical Applications. Nuclear Data Sheets. 2014;(120):211-214. DOI: 10.1016/j.nds.2014.07.049Bohlen T. The FLUKA Code: Developments and Challenges for High Energy and Medical Applications / T.T. Bohlen [et al.] // Nuclear Data Sheets. – 2014. – № 120. – Pp. 211–214. DOI: 10.1016/j.nds.2014.07.049Bednarz B, Xu X. Monte Carlo modelling of a 6 and 18 MV Varian Clinac medical accelerator for in-field and out-field dose calculations: development and validation. Phys. Med. Biol. 2009;(54):43-57. DOI: 10.1088/0031-9155/54/4/N01Bednarz B. Monte Carlo modelling of a 6 and 18 MV Varian Clinac medical accelerator for in-field and out-field dose calculations: development and validation / B. Bednarz, X. Xu // Phys. Med. Biol. – 2009. – № 54. – Pp. 43–57. DOI: 10.1088/0031-9155/54/4/N01Varian VitalBeam System Specifications. [Electronic Resource]. Available from: https://protech-solutions.com.ua/assets/files/varian-vitalbeam.pdf [Accessed 20/12/2022].Varian VitalBeam System Specifications. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://protechsolutions.com.ua/assets/files/varian-vitalbeam.pdf [Дата доступа 20/12/2022].Varian iX System Specifications. [Electronic Resource]. Available from: https://protech-solutions.com.ua/assets/files/varian-clinac-ix.pdf [Accessed 20/12/2022].Varian iX System Specifications. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://protech-solutions.com.ua/assets/files/varian-clinac-ix.pdf [Дата доступа 20/12/2022].Attix H. Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. Wiley, New York, 1986.Attix H. Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. Wiley, New York, 1986.Hubbell J, Seltzer S. Tables of X-Ray Mass Attenuation Coefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients 1 keV to 20 MeV for Elements Z = 1 to 92 and 48 Additional Substances of Dosimetric Interest. Maryland, USA, 1995. [Electronic Resource]. Available from: http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/cover.html. [Accessed 10/06/2022].Hubbell J. Tables of X-Ray Mass Attenuation Coefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients 1 keV to 20 MeV for Elements Z = 1 to 92 and 48 Additional Substances of Dosimetric Interest / J. Hubbell, S. Seltzer – Maryland, USA, 1995. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/cover.html. [Дата доступа 10/06/2022].AT 1121, AT1 1123 X-Ray and Gamma Dosimeters. [Electronic Resource]. Available from: https://atomtex.com/en/at1121-at1123-x-ray-and-gamma-radiationdosimeters [Accessed 20/12/2022]. (In Russ.).Дозиметры рентгеновского и гамма излучения ДКС АТ1121, ДКС АТ1123. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://atomtex.com/ru/oborudovaniedlya-kalibrovki-i-poverki-dozimetry-etalonnye/dozimetrdks-at53501 [Дата доступа 20/12/2022].Дозиметры рентгеновского и гамма излучения ДКС АТ1121, ДКС АТ1123. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://atomtex.com/ru/oborudovaniedlya-kalibrovki-i-poverki-dozimetry-etalonnye/dozimetrdks-at53501 [Дата доступа 20/12/2022].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.