mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2019-3-228-236mateltech-348Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYДетектор на «теплой жидкости» для измерения дозных профилей от ионизирующих излучений“Warm liquid” detector for measuring dose profiles from ionizing radiationСиксинВ. В.SiksinV. V.antktech@yandex.ruФизический институт имени П. Н. Лебедева РАН, Ленинский просп., д. 53, Москва, 119991РоссияLebedev physical Institute of the Russian Academy of Sciences, 53 Leninsky Prospekt, Moscow 119991, RussiaRussian Federation201930012020223228236Copyright © Сиксин В.В., 20202020Сиксин В.В.Siksin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/348

Актуальным является применение «теплой жидкости» тетраметилсилана (TMС) в ионизационных камерах для измерения дозных профилей в водных фантомах для подготовки ускорителя к сеансу протонной терапии. Одно из перспективных направлений лучевой терапии — протонная терапия. Для повышения конформности процедуры важно точно знать дозные распределения от энерговыделения протонного пучка в водном фантоме перед проведением сеанса протонной терапии. Повысить точность дозного распределения помогает внедренный на ускорителе «Прометеус» детектор телевизионного типа (ДТеТ), измеряющий профили пика Брэгга по глубине пучка в водном фантоме. Предлагается совместное использование многоканальной «пиксельной» ионизационной камеры на теплой жидкости — калибраторе измерителе дозного поля (КИДП), который будет применяться на ускорителе «Прометеус» при режиме работы методом активного сканирования «карандашным» протонным пучком. Применение совместной работы КИДП и ДТеТ, предназначено для моделирования облучения «мишени» в водном фантоме сканирующим «карандашным» протонным пучком для контроля перед сеансом лучевой терапии.Данная приставка к ДТеТ позволит повысить качество подведения терапевтического пучка, благодаря точному знанию поглощенной дозы подводимой сканирующим пучком к каждому вокселю облучаемой мишени, и поэтому формируемое поле распределения высокой дозы будет соответствовать облучаемому объему у пациента и повысит конформность облучения. Дополнительная приставка к ДТеТ сконструирована на кремнийорганической «теплой жидкости» и представляет собой высокоточную ионизационную камеру с координатной чувствительностью по ширине водного фантома. Полностью отработанная технология получения «теплой жидкости» ТМС, позволяет создать «пиксельную камеру» КИДП работающую совместно с ДТеТ. Рассматриваемая приставка к детектору ДТеТ, КИДП может использоваться независимо от ДТеТ и с большой точность измерять в водном фантоме дозные профили пика Брэгга, как по глубине так и по ширине. Также КИДП может применяться для измерения выходов вторичных «мгновенных» нейтронов и гамма-квантов вылетающих из водного фантома ортогонально направлению протонного пучка.

The use of “warm liquid” tetramethylsilane (TMS) in ionization chambers for measuring dose profiles in water phantoms to prepare the accelerator for a proton therapy session is relevant. One of the promising areas of radiation therapy is proton therapy. To increase the conformality of proton therapy, it is important to know exactly the dose distributions from the energy release of the proton beam in the water phantom before conducting a proton therapy session. A television-type detector (TTD), which measures the profiles of the Bragg peak by the depth of the beam in the water phantom, helps to increase the accuracy of the dose distribution knowledge. To accurately determine the profile of the Bragg peak by the beam width in the water phantom, an additional method is proposed that will allow TTD to quickly determine the profile by the width of the Bragg peak in on-line mode. This prefix to the TTD will improve the quality of summing up the therapeutic beam-thanks to accurate knowledge of the profile by width, and therefore the formed high-dose distribution field will correspond to the irradiated volume in the patient and will increase the conformality of irradiation. The additional prefix to the TTD is designed on an organosilicon “warm liquid” and represents a high-precision ionization chamber with coordinate sensitivity along the width of the water phantom. The fully developed technology for obtaining “warm liquid” TMS allows creating both microdosimeters for proton therapy and detectors for measuring “dose profiles” in water phantoms during accelerator calibration. The considered prefix to the TTD detector - the calibrator meter of the dose field (KIDP) - can also be used independently of the TTD and with great accuracy measure the dose profiles of the Bragg peak in the water phantom, both in depth and width. KIDP can also be used to measure the outputs of secondary “instantaneous” neutrons and gamma quanta emitted from the water phantom orthogonally to the direction of the proton beam.

электроотрицательные примеси«теплые жидкости»выход свободных электроновтетраметилсиланжидкостные ионизационные камерыпик Брэггадетектор телевизионного типаelectronegative impurities“warm liquids”free electron yieldtetramethylsilane (TMS)liquid ionization chambersBragg peak profilestelevision-type detectorАвтор благодарит А. И. Львова за консультации по проведению разработки электронного тракта детектора КИДП на ТМС.The author of the article are grateful to A. I. Lvov for consultations on the development of the electronic path of the Bragg peak width calibration detector on tetramethylsilane.ReferencesEberle K., Engler J., Hartmann G., Hofmann R., Hörandel J. R. First tests of a liquid ionization chamber to monitor intensity modulated radiation beams // Phys. Med. Biol. 2003. V. 48, N 21. P. 3555—3564. DOI: 10.1088/0031-9155/48/21/007Eberle K., Engler J., Hartmann G., Hofmann R., Hörandel J. R. First tests of a liquid ionization chamber to monitor intensity modulated radiation beams. Phys. Med. Biol., 2003, vol. 48, no. 21, pp. 3555—3564. DOI: 10.1088/0031-9155/48/21/007Матвеева О. В., Сиксин В. В. Полупромышленная установка для получения тетраметилсилана (TMS) — рабочего вещества в адронной калориметрии: препринт ИФВЭ 90-17. Протвино, 1990.Matveeva O. V., Siksin V. V. Semi-industrial plant for producing tetramethylsilane (TMS) — a working substance in hadron calorimetry: preprint IFVE-90-17. Protvino: Institute of High-Energy Physics, 1990. (In Russ.)Сиксин В. В., Ендовин Ю. П. Создание микродозиметров для лучевой терапии на основе сверхчистого тетраметилсилана и проверка его электропроводности // Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. 2018. Т. 45, № 6. С. 42—49.Siksin V. V., Endovin Yu. P. Development of microdosimeters for beam therapy based on superpure tetramethylsilane and testing of its conductivity. Bull. Lebedev Phys. Inst., 2018, vol. 45, no. 6, pp. 190—194. DOI: 10.3103/S1068335618060064Сиксин В. В. Установка по очистке тетраметилсилана (TMS) от электроотрицательных примесей и система контроля за электропроводностью TMS после очистки: препринт ИФВЭ ОНФ 90-112. Протвино, 1990.Siksin V. V. Installation for the purification of tetramethylsilane (TMS) from electronegative impurities and the TMS conductivity monitoring system after purification: preprint ONF 90-112. Protvino: Institute of High-Energy Physics, 1990. (In Russ.)Воробьев А. П., Матвеева О. В., Сиксин В. В. Автоматизированная ректификационная установка и очистка жидкостей методом разделения»: препринт ИФВЭ ОНФ, 88-90. Серпухов, 1988.Vorob’ev A. P., Matveeva O. V., Siksin V. V. Automated distillation unit and purification of liquids by separation method: preprint ONF 88-90. Serpukhov: Institute of High-Energy Physics, 1988. (In Russ.)Сиксин В. В. Дозовые характеристики ионизационной камеры на основе «теплой» жидкости TMS // Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. 2018. № 4. C. 26—30.Siksin V. V. Dose characteristics of the ionization chamber based on TMS «warm liquid». Bull. Lebedev Phys. Inst., 2018, vol. 45, no. 4, pp. 112—114. DOI: 10.3103/S1068335618040048Benítez E. M., Casado F. J., García-Pareja S., Martín-Viera J. A., Moreno C., Parra V. Evaluation of a liquid ionization chamber for relative dosimetry in small and large fields of radiotherapy photon beams // Radiation Measurements. 2013. V. 58. P. 79—86. DOI: 10.1016/j.radmeas.2013.08.009Benítez E. M., Casado F. J., García-Pareja S., Martín-Viera J. A., Moreno C., Parra V. Evaluation of a liquid ionization chamber for relative dosimetry in small and large fields of radiotherapy photon beams. Radiation Measurements, 2013, vol. 58, pp. 79—86. DOI: 10.1016/j.radmeas.2013.08.009PWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH. URL: www.pwt.dePWT Wasser- und Abwassertechnik GmbH. URL: www.pwt.deHummel A., Schmidt W. F. Ionization of dielectric liquids by high-energy radiation studied by means of electrical conductivity methods // Radiation Res. Rev. 1974. V. 5. P. 199—300.Hummel A., Schmidt W. F. Ionization of dielectric liquids by high-energy radiation studied by means of electrical conductivity methods. Radiation Res. Rev., 1974, vol. 5, pp. 199—300.Сиксин В. В. Пилотная установка по очистке «теплой жидкости» тетраметилсилана и проведения «неускорительных экспериментов» // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. 2019. Т. 22, № 2. С. 118—127. DOI: 10.17073/1609-3577-2019-2-118-127Siksin V. V. Pilot installation for the purificationof the «warm liquid» of tetramethylsilane and conducting «non-accelerating experiments». Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering, 2019, vol. 22, no. 2, pp. 118—127. (In Russ.). DOI: 10.17073/1609-3577-2019-2-118-127Сиксин В. В. Пути совершенствования детектора ДТеТ // Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. 2018. № 12. C. 78—82.Siksin V. V. Ways to improve the TV-type detector. Bull. Lebedev Phys. Inst., 2019, vol. 46, no. 1, pp. 19—22. DOI: 10.3103/S1068335619010068Сиксин В. В. Измерение профилей пиков Брэгга детектором ДТеТ // Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. 2019. Т. 46, № 2. С. 47—52.Siksin V. V. Measurement of the Bragg peak profiles by the TTD. Bull. Lebedev Phys. Inst., 2019, vol. 46, no. 2. pp. 47—52. (In Russ.)Brusasco C., Cattai A., Cirio R., Dellacasa G., Donetti M., Isoardi P., Marchetto F., Peroni C., Rolando V., Ruspa M., Solano A., Zambernardi C. Strip ionization chambers as 3-D detector for hadron therapy // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1997. V. 389, Iss. 3. P. 499—512. DOI: 10.1016/S0168-9002(97)00348-3Brusasco C., Cattai A., Cirio R., Dellacasa G., Donetti M., Isoardi P., Marchetto F., Peroni C., Rolando V., Ruspa M., Solano A., Zambernardi C. Strip ionization chambers as 3-D detector for hadron therapy. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1997, vol. 389, no. 3, pp. 499—512. DOI: 10.1016/S0168-9002(97)00348-3Brusasco C., Voss B., Schardt D., Krämer M., Kraft G. A dosimetry system for fast measurement of 3D depth-dose profiles in charged-particle tumor therapy with scanning techniques // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2000. V. 168, Iss. 4. P. 578—592. DOI: 10.1016/S0168-583X(00)00058-6Brusasco C., Voss B., Schardt D., Krämer M., Kraft G. A dosimetry system for fast measurement of 3D depth-dose profiles in charged-particle tumor therapy with scanning techniques. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2000, vol. 168, no. 4, pp. 578—592. DOI: 10.1016/S0168-583X(00)00058-6Potashev S. I., Akulinichev S. V., Burmistrov Yu. M., Mordovskoy M. V., Drachev A. I. A thin-walled air-ionization chamber for proton therapy // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2004. V. 535, Iss. 1–2. P. 115—120. DOI: 10.1016/j.nima.2004.07.116Potashev S. I., Akulinichev S. V., Burmistrov Yu. M., Mordovskoy M. V., Drachev A. I. A thin-walled air-ionization chamber for proton therapy. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2004, vol. 535, no. 1–2, pp. 115—120. DOI: 10.1016/j.nima.2004.07.116Пат. RU2654838 (РФ). Способ измерения энерговыделения от ионизирующих излучений / В. В. Сиксин, 2018.Patent RU2654838 (RF). Sposob izmereniya energovydeleniya ot ioniziruyushchikh izluchenii [A method of measuring energy release from ionizing radiation]. V. V. Siksin, 2018. (In Russ.)Пат. RU179244 (РФ). Телевизионный детектор ионизирующих излучений / А. В. Гринкевич, В. В. Сиксин, 2018.Patent RU179244 (RF). Televizionnyi detektor ioniziruyushchikh izluchenii [TV detector of ionizing radiation] A. V. Grinkevich, V. V. Siksin, 2018. (In Russ.)Международные практические рекомендации по дозиметрии, основанные на эталонах единицы поглощенной дозы в воде. При поддержке IAEA, WHO, PAHO и ESTRO // Серия технических докладов № 398. Вена: Международное агентство по Атомной энергии, 2004. URL: https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/trs398r_web.pdfMezhdunarodnye prakticheskie rekomendatsii po dozimetrii, osnovannye na etalonakh edinitsy pogloshchennoi dozy v vode [International practical recommendations on dosimetry based on standards for absorbed dose units in water. With support from IAEA, WHO, PAHO and ESTRO]. Technical Report Series No. 398. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2004. (In Russ.). URL: https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/trs398r_web.pdfЦыцулин А. К., Адамов Д. Ю., Манцветов А. А., Зубакин И. А. Твердотельные телекамеры: накопление качества информации. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. 271 с.Tsytsulin A. K., Adamov D. Yu., Mantsvetov A. A., Zubakin I. A. Tverdotel’nye telekamery: nakoplenie kachestva informatsii [Solid state television cameras: accumulation of information quality]. St. Petersburg: Izd-vo SPbGETU “LETI”, 2014. 271 p. (In Russ.)

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