Государственный 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 38-2024

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.

1. International 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-y94k

2. Берлянд А. В., Берлянд В. А. Методическое обеспечение дозиметрии для целей лучевой терапии. Альманах современной метрологии, (3(19)) 54–57 (2019). https://elibrary.ru/phjpri

3. Vignati 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/abab58

4. Крамер-Агеев Е. А. Инструментальные методы радиационной безопасности: Учеб. пособие для студентов вузов. МИФИ, Москва (2011).

5. Andreo P., Burns D. T., Nahum A. E., Seuntjens J. Fundamentals of Ionizing Radiation Dosimetry: Solutions to the Exercises. John Wiley & Sons (2017).

6. 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/10.1109/23.556856

7. Lourenço 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/ac95f6

8. Park 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.59.679

9. Schilling 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/instruments6040080

10. Gilmore 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