izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-9-12-18izmertech-2214Research ArticleГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЭТАЛОНЫSTATE STANDARDSГосударственный первичный эталон единиц поглощённой дозы и мощности поглощённой дозы фотонного, электронного, протонного излучений и в пучках ионов углерода, количества, флюенса, плотности потока и энергии частиц в пучках протонов и тяжёлых заряженных частиц ГЭТ 38-2024State primary standard for units of absorbed dose and absorbed dose rate of photon, electron, proton radiation and in carbon ion beams, quantity, fuence, fux density and energy of particles in proton beams and heavy charged particles GET 38-2024https://orcid.org/0009-0004-2034-4190БерляндА. В.BerlyandA. V.

Александр Владимирович Берлянд, начальник лаборатории дозиметрии, ученый хранитель Государственного первичного эталона поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы фотонного, электронного и протонного излучений ГЭТ 38

Менделеево

Alexander V. Berlyand

Mendeleevo, Moscow region

sander.00007@gmail.comФедеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ФГУП «ВНИИФТРИ»)РоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation202402112024091218Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2214

Рассмотрена задача обеспечения точности и прослеживаемости результатов измерений поглощённой дозы в пучках ионов углерода, а также результатов измерений количества, флюенса, плотности потока и энергии частиц в пучках протонов и тяжёлых заряженных частиц. До настоящего времени на практике указанные величины измеряли только косвенными методами. Отсутствие средств измерений утверждённого типа для рассматриваемых величин и метрологической прослеживаемости результатов измерений данных величин к эталонам не позволяло достичь согласованности применяемых на практике методов измерений и подтвердить достоверность полученных результатов. Для решения этой задачи разработаны и созданы три измерительных комплекса, которые включены в состав Государственного первичного эталона единиц поглощённой дозы и мощности поглощённой дозы фотонного, электронного, протонного излучений и в пучках ионов углерода, количества, флюенса, плотности потока и энергии частиц в пучках протонов и тяжёлых заряженных частиц ГЭТ 38-2024. Измерительный комплекс для воспроизведения единицы поглощённой дозы в пучках ионов углерода состоит из адиабатического калориметра, системы термостатирования, системы сбора и обработки данных и вакуумного откачного поста. Для воспроизведения единицы энергии протонов и тяжёлых заряженных частиц реализован комплекс, в состав которого входит калориметр полного поглощения, система сбора и обработки данных, вакуумный откачной пост и система определения количества частиц, основанная на применении цилиндра Фарадея. Для воспроизведения единиц флюенса и плотности потока частиц в пучках протонов и тяжёлых заряженных частиц создан измерительный комплекс, содержащий цилиндр Фарадея, набор коллиматоров и измеритель малых токов. Описаны схемы, устройство и результаты исследований метрологических характеристик разработанных измерительных комплексов. Результаты актуальны для сферы лучевой терапии и испытаний на радиационную стойкость электронной компонентной базы, применяемой в космической отрасли.

The problem of ensuring the accuracy and traceability of the measurement results of the absorbed dose in carbon ion beams, as well as the measurement results of the amount, fluence, flux density and energy of particles in proton and heavy charged particles beams is considered. Until now, in practice, these values have been measured only by indirect methods. The lack of approved measuring instruments for the quantities under consideration and the metrological traceability of measurement results of these quantities to standards did not allow achieving consistency of measurement methods used in practice and confirming the reliability of the results obtained. To solve this problem, three measuring complexes have been developed and created, which are included in the State Primary Standard of units of absorbed dose and absorbed dose rate of photon, electron, proton radiation and in carbon ion beams, quantity, fluence, flux density and energy of particles in proton and heavy charged particles beams GET 38-2024. The measuring complex for reproducing the unit of absorbed dose in carbon ion beams consists of an adiabatic calorimeter, a thermostating system, a data collection and processing system and a vacuum pumping station. To reproduce the unit of energy of protons and heavy charged particles, a complex has been implemented, which includes a total absorption calorimeter, a data collection and processing system, a vacuum pumping station and a particle count determination system based on the use of a Faraday cup. To reproduce the units of fluence and particle flux density in proton and heavy charged particles beams, a measuring complex has been created containing a Faraday cup, a set of collimators and a low current meter. The schemes, the principles and the results of studies of the metrological characteristics of the developed measuring complexes are described. The results are relevant for the field of radiation therapy and radiation resistance tests of the electronic component base used in the space industry.

ионы углеродакалориметртяжёлые заряженные частицыэнергия частицфлюенс частицплотность потока частицпоглощённая дозадозиметрияпротонcarbon ionscalorimeterheavy charged particlesparticle energyparticle fluenceparticle flux densityabsorbed dosedosimetryprotonРабота выполнена в рамках Государственного контракта № 120-86/2020 на выполнение опытно-конструкторских работ по совершенствованию системы государственных первичных эталонов и системы обеспечения единства измерений в целом и Соглашения о предоставлении из федерального бюджета субсидий организациям на возмещение затрат, связанных с осуществлением расходов в области обеспечения единства измерений № 172-11-2023-001.The work was carried out within the framework of State Contract no. 120-86/2020 for the implementation of development work to improve the system of state primary standards and the system for ensuring the uniformity of measurements in general and the Agreement on the provision of subsidies from the federal budget to organizations for reimbursement of costs associated with the implementation of expenses in the field of ensuring the uniformity of measurements no. 172-11-2023-001.ReferencesInternational Atomic Energy Agency, Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy, Technical Reports Series No. 398 (Rev. 1), IAEA, Vienna (2024), https://doi.org/10.61092/iaea.ve7q-y94kInternational Atomic Energy Agency, Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy, Technical Reports Series No. 398 (Rev. 1), IAEA, Vienna (2024), https://doi.org/10.61092/iaea.ve7q-y94kБерлянд А. В., Берлянд В. А. Методическое обеспечение дозиметрии для целей лучевой терапии. Альманах современной метрологии, (3(19)) 54–57 (2019). https://elibrary.ru/phjpriBerliand A. V., Berliand V. A. Methodological support of dosimetry for purposes of radiation therapy. Al’manac of Modern Metrology, (3(19)) 54–57 (2019). (In Russ.) https://elibrary.ru/phjpriVignati A., Giordanengo S., Milian F. M., et al. A new detector for the beam energy measurement in proton therapy: a feasibility study. Physics in Medicine & Biology, 65(21), 215030 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6560/abab58Vignati A., Giordanengo S., Milian F. M., et al. A new detector for the beam energy measurement in proton therapy: a feasibility study. Physics in Medicine & Biology, 65(21), 215030 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6560/abab58Крамер-Агеев Е. А. Инструментальные методы радиационной безопасности: Учеб. пособие для студентов вузов. МИФИ, Москва (2011).Kramer-Ageev E. A. Instrumental methods of radiation safety: Textbook for university students. MEPhI, Moscow (2011). (In Russ.)Andreo P., Burns D. T., Nahum A. E., Seuntjens J. Fundamentals of Ionizing Radiation Dosimetry: Solutions to the Exercises. John Wiley & Sons (2017).Andreo P., Burns D. T., Nahum A. E., Seuntjens J. Fundamentals of Ionizing Radiation Dosimetry: Solutions to the Exercises. John Wiley & Sons (2017).Judy D. C., Blackburn J., Merkel G. Measurement of fluence and flux of proton beams using differentially filtered diamond detectors and radiachromic film. IEEE Transactions on Nuclear Science, 43(6), 2701–2708 (1996). https://doi.org/10.1109/23.556856Judy D. C., Blackburn J., Merkel G. Measurement of fluence and flux of proton beams using differentially filtered diamond detectors and radiachromic film. IEEE Transactions on Nuclear Science, 43(6), 2701–2708 (1996). https://doi.org/10.1109/23.556856Lourenço A., Lee N., Shipley D., et al. Application of a portable primary standard level graphite calorimeter for absolute dosimetry in a clinical low-energy passively scattered proton beam. Physics in Medicine & Biology, 67(22), 225021 (2022). https://doi.org/10.1088/1361-6560/ac95f6Lourenço A., Lee N., Shipley D., et al. Application of a portable primary standard level graphite calorimeter for absolute dosimetry in a clinical low-energy passively scattered proton beam. Physics in Medicine & Biology, 67(22), 225021 (2022). https://doi.org/10.1088/1361-6560/ac95f6Park Y. S., Kim J. H., Kim G. B., Hong B. H., Jung I. S., Yang T. K. Proton beam energy determination using a device for range measurement of an accelerated high energy ion beam. Journal of the Korean Physical Society, 59(2(2)), 679–685 (2011). https://doi.org/10.3938/jkps.59.679Park Y. S., Kim J. H., Kim G. B., Hong B. H., Jung I.S., Yang T. K. Proton beam energy determination using a device for range measurement of an accelerated high energy ion beam. Journal of the Korean Physical Society, 59(2(2)), 679–685 (2011). https://doi.org/10.3938/jkps.59.679Schilling I., Bäcker C. M., Bäumer C., et al. Measuring the beam energy in proton therapy facilities using ATLAS IBL Pixel Detectors. Instruments, 6(4), 80 (2022). https://doi.org/10.3390/instruments6040080Schilling I., Bäcker C. M., Bäumer C., et al. Measuring the beam energy in proton therapy facilities using ATLAS IBL Pixel Detectors. Instruments, 6(4), 80 (2022). https://doi.org/10.3390/instruments6040080Gilmore I. S., Seah M. P. Fluence, flux, current and current density measurement in Faraday cups for surface analysis. Surface and Interface Analysis, 23(4), 248–258 (1995). https://doi.org/10.1002/SIA.740230409Gilmore I. S., Seah M. P. Fluence, flux, current and current density measurement in Faraday cups for surface analysis. Surface and Interface Analysis, 23(4), 248–258 (1995). https://doi.org/10.1002/SIA.740230409

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