Inżynier i Fizyk Medyczny 3/2012 vol. 1
artykuł
/
article
radioterapia
/
radiotherapy
101
szości przypadków o energii poniżej 1 MeV, dla których istotną
rolę zaczyna odgrywać silnie zależny od liczby atomowej efekt
fotoelektryczny. Porównując wskazania komory Pin Point z po-
miarami komorą 0,125 cm
3
stwierdzamy silny wzrost czułości ze
wzrostem wielkości pola (ten wzrost czułości w skrajnej sytuacji
wiązki X 6 MV na głębokości 30 cm i przy wzroście pola od 5 x 5
do 40 x 40 wynosi aż 20%). Ten sam efekt zmiany czułości ob-
serwujemy przy pomiarach PDG. Dla pola 5 x 5 ze względu na
mały udział promieniowania rozproszonego efekt jest pomijany,
jednak przy pomiarze pola 25 x 25 wzrost czułości z głębokością
wynosi aż 3,4%. Tym samym detektor w tego typu pomiarze oka-
zuje się całkowicie nieprzydatny.
Z drugiej strony, porównując wskazania tej komory z innymi
detektorami dla bardzomałych pól, stwierdzamy, że poniżej pola
2
x 2 komora Pin Point zaniża mierzony sygnał (dla pola 1 x 1 błąd
ten jest rzędu 5%). Efekt ten wywołany jest w pierwszym rzę-
dzie perturbacjami strumienia elektronów we wnęce powietrz-
nej umieszczonej w obszarze o nierównowadze elektronowej.
Podsumowując, stwierdzamy, że zakres zastosowań komory
Pin Point jest bardzo ograniczony. Możemy nią wykonywać po-
miary jedynie dla pól w przedziale 2 x 2 – 5 x 5. Używając tego
detektora do pomiaru wydajności, jako pole referencyjne nale-
ży stosować pole 5 x 5. Podczas pomiarów oś komory powinna
być równoległa do osi wiązki, co zmniejsza poprzeczne wymiary
detektora i minimalizuje efekt uśredniania. Przy tak małej obję-
tości czynnej, jaką ma komora Pin Point, istotną rolę odgrywa
efekt napromienienia kabla, w którym może być generowany
dodatkowy ładunek zaburzający ładunek wytwarzany we wnęce.
Należy więc zadbać o to, aby jak najmniejsza część kabla znajdo-
wała się w polu napromieniania.
Kolejne modele komory Pin Point miały za zadanie skorygo-
wać bardzo silną zależność czułości od jakości wiązki. Wpro-
wadzono więc modele z elektrodą aluminiową: PTW 31014
o geometrii identycznej jak komora PTW31006, PTW31015
o zwiększonej średnicy do 2,9 mm i objętości 0,03 cm
3
,
w końcu
model PTW 31016 o średnicy i długości równej 2,9 mm (objętość
0,016
cm
3
).
Wmodelach tych zauważamy niższą zależność czuło-
ści od energii (choć ze względu na obecność aluminium efekt ten
nie jest w dalszym ciągu zaniedbywalny). Komory te, podobnie
jak pierwszy model, również nie mogą być stosowane dla pól
mniejszych niż 2 x 2. Modele o średnicy 2,9 mm charakteryzuje
silniejszy efekt uśredniania, co obserwujemy np. przy pomiarze
półcienia wiązki.
Zakres zastosowań komory Pin Point wydaje się więc bardzo
ograniczony i do pomiaru najmniejszych pól niezbędne jest uży-
cie innego detektora.
Detektor diamentowy
Detektor diamentowy PTW 60003 jako obszar czynny wyko-
rzystuje kryształ diamentu o powierzchni 3-15 mm
2
i grubości
0,2-0,4
mm. Napięcie robocze tego detektora to +100 V (użycie
wyższego napięcia może prowadzić do zniszczenia detektora).
Gęstość kryształuwynosi 3,5 g/cm
3
,
a liczba atomowa Z = 6 bliska
wodzie (Zeff = 7,4) sprawia, że detektor diamentowy teoretycz-
nie nie wykazuje zależności czułości od energii wiązki. Bardzo
dobra rozdzielczość w kierunku osi detektora jest wskazaniem
do zmiany jego orientacji względem osi wiązki w zależności od
rodzaju przeprowadzanego pomiaru (równolegle przy pomiarze
PDG, prostopadle podczas pomiaru profilu wiązki). Są też prace
[10]
informujące o dobrej stabilności sygnału (krótkoczasowa:
SD = 0,1%, długoczasowa: w okresie 2 miesięcy max. zmiana
czułości wynosi 1%), ale nasze doświadczenia z krótkoczasową
stabilnością sygnału były nieco mniej optymistyczne. Stosowa-
nie detektorów diamentowych wiąże się także z dwoma man-
kamentami. Pierwszy, o niewielkiej uciążliwości, wynika z tzw.
efektu polaryzacyjnego. W związku z wychwytem elektronów
przez aktywne poziomy–pułapki znajdujące się w pasmie zabro-
nionym, obserwujemy po włączeniu detektora początkowy spa-
dek czułości. Osiągnięcie stabilnej czułości wymaga wstępnego
napromienienia detektora dawką rządu 2 – 10 Gy (zależnie od
koncentracji zanieczyszczeń kryształu). Ważne, aby wstępne na-
promienienie było powtórzone po każdym odłączeniu napięcia
zasilającego.
Kolejny mankament detektorów diamentowych jest nieco
bardziej uciążliwy dla użytkownika i wiąże się z występującą nie-
wielką zależnością rejestrowanego sygnału (M) od mocy dawki
(
D). Zależność ta wyrażona jest równaniem:
M = α · D
∆
=
,
gdzie
∆
oznacza stały wykładnik o wartości z przedziału 0,97-0,99.
Wwyniku tej zależności przy normalizacji do 100% wmaksimum
mierzonego sygnału wszystkie pozostałe sygnały będą zawy-
żać mierzoną dawkę. Przykładowo: zmierzymy np. 50% zamiast
49,5%
oraz 5% zamiast 4,8% (to przykładowe dane dla naszego
detektora, dla którego
∆
= 0,986). Każda zmierzona krzywa musi
być zatem zmodyfikowana na podstawie podanego równania.
Współczynnik
∆
powinien wyznaczyć użytkownik. Można to wy-
konać, porównując np. wskazania detektora diamentowego i ko-
mory jonizacyjnej dla dwóch istotnie różniących się odległości
SSD fantomu pomiarowego (np. 80 cm i 120 cm).
Z uwagi na rozmiary poprzeczne kryształu (często przekracza-
jące 3 mm) przy pomiarze wydajności najmniejszych pól (1 x 1)
występuje efekt uśredniania sygnału. Rejestrowana wartość wy-
dajności może być więc zaniżona o ok. 2%.
Informacje o istotnych właściwości detektorów diamento-
wych możemy znaleźć w pracach [10] i [11].
Diody półprzewodnikowe
Diody półprzewodnikowe są szeroko rozpowszechnionymi
detektorami stosowanymi w dozymetrii pól fotonowych i elek-
tronowych. Ze względu na obserwowaną zależność czułości od
energii (co wiąże się z obecnością krzemu) do pomiarów w wiąz-
kach fotonowych stosuje się diody ekranowane, tzn. takie, które
bezpośrednio za elementem półprzewodnikowym zawierają filtr
wolframowy mający pochłaniać miękkie, rozproszone wstecznie
promieniowanie fotonowe. Grubość elementu krzemowego
wynosi ok. 0,5 mm, ale efektywna grubość detektora jest znacz-
nie mniejsza i ogranicza się do warstwy kontaktowej złącza p-n.
Rozdzielczość przestrzenna w kierunku osi detektora jest więc
znakomita. Rozdzielczość w kierunku prostopadłym do tej osi
zależy od wymiarów elementu krzemowego. W przypadku diody
PTW 60008 jej powierzchnia czynna to zaledwie 1 mm
2
,
diody
firmy Scanditronix wykazują aktywną szerokość rzędu 2,5 mm.
Pomimo zdecydowanie lepszej rozdzielczości przestrzennej dio-
dy w kierunku osi wiązki niż w kierunku do niej prostopadłym, nie
należy zmieniać jej orientacji w zależności od rodzaju wykonywa-
nego pomiaru. Położenie prostopadłe do osi wiązki prowadzi do
asymetrii mierzonych profilów, co w pierwszym rzędzie związa-
ne jest z obecnością filtru wolframowego [12].
