Коррекция вклада рассеянного фотонного излучения в показания ионизационной камеры при оценке качества рентгеновского излучения

Уменьшение систематической погрешности при определении характеристик эталонных полей рентгеновского излучения в соответствии со стандартом ISO 4037-1:2019 является актуальной задачей при установлении качеств излучения в дозиметрических лабораториях. Целью работы являлась разработка метода, позволяющего учесть вклад излучения, рассеянного на фильтре, при определении слоя половинного ослабления поля фотонного излучения, генерируемого рентгеновской установкой, а также уменьшить затраты на определение этого вклада.

Одним из основных факторов, который вносит систематическую погрешность при измерении слоя половинного ослабления, является излучение, рассеянное на материале фильтра. Стандарт рекомендует учёт этой погрешности при проведении измерений, однако не содержит методики, которая позволила бы это сделать.

В работе исследовалась возможность уменьшения вклада рассеянного излучения в отклик ионизационной камеры при оценке характеристик полей излучения рентгеновской установки с помощью измерения слоёв половинного ослабления для N-серии, L-серии и H-серии качеств рентгеновского излучения согласно стандарту ISO 4037-1:2019. Компенсация вклада рассеянного излучения в результаты измерений производилась путём применения корректирующих коэффициентов. Расчёт коэффициентов производился методом нулевой апертуры, реализованным в Монте-Карло программе FLUKA. Основным отличием метода, предложенного в данной работе, является выбор воздушной кермы в качестве расчётной величины отклика компьютерной модели ионизационной камеры на воздействие фотонного излучения. Корректность результатов, полученных в данной работе, проверялась сопоставлением расчётных значений слоёв половинного ослабления с табличными значениями, приведёнными в стандарте ISO 4037-1:2019. Отклонение расчётных значений от указанных в стандарте не превышает 2 %.

Установлено, что погрешность, вносимая рассеянным излучением в величину слоя половинного ослабления при прямых измерениях, не превышает 5 %. Использование воздушной кермы позволило существенно сократить время расчёта коэффициентов коррекции (относительно других методов, где в качестве отклика модели ионизационной камеры используется поглощённая энергия) в 6–16 раз в зависимости от серии качества излучения. Это позволило произвести расчёт поправочных коэффициентов для расстояния источник–детектор, равного 2,5 м.

1. ISO 4037-1:2019. 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 1: Radiation characteristics and production methods. Introd. 30.01.2019. International Organization for Standartization, 2019, 47 р.

2. Bandalo V., Greiter M.B., Brönner J., Hoedlmoser H. ISO 4037:2019 Validation of radiation qualities by means of half-value layer and Hp(10) dosimetry. Radiation Protection Dosimetry, 2019, no. 187, pp. 438–450. DOI: 10.1093/rpd/ncz185

3. Battistoni G., Boehlen T., Cerutti F., Chin P.W., Esposito L.S., Fassò A., Ferrari A., Lechner A., Empl A., Mairani A., Mereghetti A., Garcia Ortega P., Ranft J., Roesler S., Sala P.R., Vlachoudis V., Smirnov G. Overview of the FLUKA code. Annals of Nuclear Energy, 2015, no. 82, pp. 10–18. DOI: 10.1016/j.anucene.2014.11.007

4. Bohlen T.T., Cerutti F., Chin M.P.W., Fassò A., Ferrari A., Ortega P.G., Mairani A., Sala P.R., Smirnov G., Vlachoudis V. The FLUKA Code: Developments and Challenges for High Energy and Medical Applications. Nuclear Data Sheets, 2014, no. 120, pp. 211–214. DOI: 10.1016/j.nds.2014.07.049

5. Vlachoudis V. FLAIR: A Powerful But User Friendly Graphical Interface For FLUKA. International Conference on Mathematics, Computational Methods and Reactor Physics, New York, 2009, pp. 2–11.

6. Ankerhold U. Catalogue of X-ray spectra and their characteristic data – ISO and DIN radiation qualities, therapy and diagnostic radiation qualities, unfiltered Xray spectra. PTB, Braunschweig (Germany), 2000.

7. Briesmeister J.F. MCNP-A general monte Carlo N-particle Transport Code (Version 4C). [Electronic Resource]. Los Alamos National Laboratory, 2000. Available at: http://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-13709-M (accessed: 10 June 2022).

8. Attix H. Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. Wiley, New York, 1986.

9. 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 at: http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/cover.html (accessed: 10 June 2022).