Aapm Report No. 19 Neutron Measurements

  • View
    42

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Aapm Report No. 19 Neutron Measurements

  • AAPM REPORT NO. 19

    NEUTRON MEASUREMENTSAROUND HIGH ENERGY

    X-RAY RADIOTHERAPY MACHINES

    Published for theAmerican Association of Physics in Medicine

    by the American Institute of Physics

  • AAPM REPORT NO. 19

    NEUTRON MEASUREMENTSAROUND HIGH ENERGY

    X-RAY RADIOTHERAPY MACHINES

    A REPORT OF TASK GROUP 27RADIATION THERAPY COMMITTEE

    AMERICAN ASSOCIATION OFPHYSICISTS IN MEDICINE

    Ravinder Nath, Yale University, ChairmanArthur L. Boyer, M.D. Anderson HospitalPhilip D. La Riviere, Varian Associates

    Richard C. McCall, Stanford Linear Accelerator CenterKenneth W. Price, Yale University

    July 1986

    Published for theAmerican Association of Physicists in Medicine

    by the American Institute of Physics

  • Further copies of this report may be obtained from

    Executive OfficerAmerican Association of Physicists in Medicine

    335 E. 45 StreetNew York, NY 10017

    Library of Congress Catalog Card Number: 86-73193International Standard Book Number: 0-88318-518-0

    International Standard Serial Number: 0271-7344

    Copyright 1987 by the American Associationof Physicists in Medicine

    All rights reserved. No part of this publication may bereproduced, stored in a retrieval system, or transmittedin any form or by any means (electronic, mechanical,photocopying, recording, or otherwise) without the

    prior written permission of the publisher.

    Published by the American Institute of Physics, Inc.,335 East 45 Street, New York, New York 10017

    Printed in the United States of America

  • I .

    I I .

    I I I .

    I V .

    V.

    T a b l e o f C o n t e n t s

    I n t r o d u c t i o n

    M e a s u r e m e n t s I n s i d e t h e T r e a t m e n tRoomA. G e n e r a l C o n s i d e r a t i o n sB. P h o s p h o r u s A c t i v a t i o n M e t h o dC. M o d e r a t e d F o i l M e t h o dD. A c t i v a t i o n R e m M e t e r M e t h o d

    M e a s u r e m e n t s O u t s i d e t h e T r e a t m e n tRoom

    Summary of Recommendat ions

    D i s c u s s i o n

    A p p e n d i x I . C a l i b r a t i o n o f t h e L i q u i dS c i n t i l l a t i o n S p e c t r o m e t e r

    A p p e n d i x I I . D e t e r m i n a t i o n o f S a t u r a t i o nC o u n t R a t e a n d A c t i v i t y

    R e f e r e n c e s

    3

    49

    1319

    2 4

    26

    27

    2 9

    31

    33

  • 3I. INTRODUCTION

    M e a s u r e m e n t s o f n e u t r o n fluence r a t e s a n d c o r r e s p o n d i n ga b s o r b e d d o s e a n d d o s e e q u i v a l e n t r a t e s i n h i g h e n e r g y( g r e a t e r t h a n 1 0 M V ) x - r a y r a d i o t h e r a p y b e a m s a r ee s p e c i a l l y d i f f i c u l t d u e t o t h e l a r g e r a t i o o f p h o t o n s t on e u t r o n s a n d a l a c k o f k n o w l e d g e o f n e u t r o n e n e r g y s p e c t r a .P h o t o n s i n t e r f e r e t h r o u g h p h o t o n u c l e a r r e a c t i o n s i n t h ed e t e c t o r a n d t h r o u g h p u l s e p i l e - u p p r o b l e m s i n d e t e c t o r se m p l o y i n g e l e c t r o n i c p u l s e m e a s u r e m e n t s . R e s p o n s e s o fn e u t r o n d e t e c t o r s d e p e n d u p o n i n c i d e n t n e u t r o n e n e r g y a n df l u e n c e - t o - d o s e c o n v e r s i o n f a c t o r s v a r y s t r o n g l y w i t hn e u t r o n e n e r g y . T h e s e f a c t o r s r e q u i r e a k n o w l e d g e o fn e u t r o n e n e r g y s p e c t r a w h i c h i s v e r y d i f f i c u l t t o o b t a i n .A n e x h a u s t i v e r e v i e w o f t h e p h y s i c s o f n e u t r o n p r o d u c t i o ni n h i g h e n e r g y x - r a y m a c h i n e s a n d m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s ,h a s b e e n r e c e n t l y p u b l i s h e d b y t h e N a t i o n a l C o u n c i l o nR a d i a t i o n P r o t e c t i o n ( N C R P ) 1 . D e s p i t e t h e a v a i l a b i l i t yo f t h i s N C R P r e p o r t a n d n u m e r o u s s c i e n t i f i c p a p e r s d e a l i n gw i t h n e u t r o n m e a s u r e m e n t s n e a r h i g h e n e r g y x - r a y b e a m sp r a c t i c a l g u i d e l i n e s f o r s u c h m e a s u r e m e n t s a r e n o t e a s i l ya v a i l a b l e t o c l i n i c a l p h y s i c i s t s . I n r e s p o n s e t o t h i sneed , t h e A m e r i c a n A s s o c i a t i o n o f P h y s i c i s t s i n M e d i c i n e( A A P M ) S c i e n c e C o u n c i l f o r m e d t h e R a d i a t i o n T h e r a p y T a s kG r o u p N o . 2 7 o n " N e u t r o n M e a s u r e m e n t s A r o u n d H i g h E n e r g yX - R a y R a d i o t h e r a p y M a c h i n e s " w i t h t h e f o l l o w i n g s p e c i f i co b j e c t i v e s :

    1 . R e c o m m e n d m e t h o d s o f m e a s u r e m e n t o f n e u t r o n l e a k a g ea r o u n d a h i g h e n e r g y r a d i o t h e r a p y m a c h i n e a n d p r o v i d e ad e t a i l e d s t e p - b y - s t e p d e s c r i p t i o n o f t h e s e m e t h o d s .

    2 . R e c o m m e n d i n s t r u m e n t a t i o n n e e d e d t o p e r f o r m t h e s em e a s u r e m e n t s .

    3 . P u b l i s h a s u m m a r y o f t h e r e c o m m e n d a t i o n s .

    T h e f o l l o w i n g r e p o r t p r e s e n t s t h e r e c o m m e n d a t i o n s o ft h i s t a s k g r o u p i n r e g a r d t o t h e s e o b j e c t i v e s . T h e f i r s tp a r t o f t h i s r e p o r t d e a l s w i t h n e u t r o n m e a s u r e m e n t s i n a n dn e a r t h e p r i m a r y p h o t o n b e a m , a n d t h e s e c o n d p a r t d e a l sw i t h m e a s u r e m e n t s o u t s i d e t h e t r e a t m e n t r o o m .

  • 4II. MEASUREMENTS INSIDE THE TREATMENT ROOM

    A . G e n e r a l C o n s i d e r a t i o n s

    I n s i d e t h e t r e a t m e n t r o o m o f a h i g h e n e r g y x - r a yr a d i o t h e r a p y m a c h i n e n e u t r o n m e a s u r e m e n t s p r o v e t o b e v e r yd i f f i c u l t b e c a u s e o f u n w a n t e d i n t e r f e r e n c e s . M o s t e l e c t r o na c c e l e r a t o r s a r e p u l s e d a t a r e p e t i t i o n r a t e o f 1 0 0 t o 4 0 0p u l s e s p e r s e c o n d w i t h a p u l s e d u r a t i o n o f 1 t o 1 0m i c r o s e c o n d . T h e p h o t o n l e a k a g e , a l t h o u g h s h i e l d e d t o al a r g e e x t e n t b y t h e m a s s i v e s h i e l d i n g i n t h e t r e a t m e n thead, i s s t i l l m u c h m o r e a b u n d a n t t h a n t h e n e u t r o n f l u e n c e ,t h e fluence o f h i g h e n e r g y p h o t o n s o u t o f t h e p r i m a r yp h o t o n b e a m b e i n g 1 0 - 1 0 0 t i m e s h i g h e r t h a n t h a t o f t h en e u t r o n s . 1 T h i s i n t e n s e p h o t o n p u l s e u s u a l l y o v e r w h e l m s

    F i g . 1 . P h o t o n e u t r o n s p e c t r a f o r t a n t a l u m w i t h p e a kb r e m s s t r a h l u n g e n e r g i e s o f 2 0 a n d 3 0 M e V . A f i s s i o nn e u t r o n s p e c t r u m i s s h o w n f o r c o m p a r i s o n . 1 , 2

  • 5a n y a c t i v e d e t e c t o r ( a d e t e c t o r w h i c h d e t e c t s p a r t i c l ee v e n t s e l e c t r o n i c a l l y ) s o t h a t i t o n l y c o u n t s a c c e l e r a t o rr e p e t i t i o n r a t e . I n t h e p r i m a r y x - r a y b e a m , o f c o u r s e , t h er e l a t i v e p h o t o n f l u e n c e i s m u c h h i g h e r ( 1 0 0 0 - 4 0 0 0t i m e s ) . 1 T h e r e f o r e , i t i s r e c o m m e n d e d t h a t o n l y p a s s i v ed e t e c t o r s , s u c h a s a c t i v a t i o n d e t e c t o r s , b e e m p l o y e d f o rm e a s u r e m e n t s i n s i d e t h e t r e a t m e n t r o o m . I t s h o u l d b e n o t e dt h a t i t m a y b e p o s s i b l e t o a d j u s t t h e a c c e l e r a t o r t o s u c h al o w o u t p u t p e r p u l s e t h a t a c t i v e d e t e c t o r s c a n b e u s e d i nt h e r o o m . Howeve r , t h i s c o n d i t i o n i s s o f a r f r o m t h en o r m a l o p e r a t i n g c o n d i t i o n t h a t t h e r e i s n o a s s u r a n c e t h a tt h e r a t i o o f n e u t r o n t o u s e f u l p h o t o n f l u e n c e w o u l d b e t h esame.

    A c t i v a t i o n d e t e c t o r s i n c l u d e t h e r m a l n e u t r o n d e t e c t o r si n s i d e a m o d e r a t o r a n d b a r e t h r e s h o l d d e t e c t o r s . O n e t y p eo f i n t e r f e r e n c e t h a t m a y b e e n c o u n t e r e d d u r i n g m e a s u r e m e n ti n t h e p r i m a r y p h o t o n b e a m i s p h o t o n e u t r o n p r o d u c t i o n i nt h e m a t e r i a l s o f t h e d e t e c t o r i t s e l f . T h i s w i l l b em i n i m i z e d b y t h e u s e o f a b a r e t h r e s h o l d d e t e c t o r . If am o d e r a t o r - t h e r m a l n e u t r o n d e t e c t o r c o m b i n a t i o n i s u s e d i nt h e p r i m a r y b e a m , t h e r e s u l t s m u s t b e c o r r e c t e d f o r t h ep r o d u c t i o n o f p h o t o n e u t r o n s i n t h e m o d e r a t o r ( a s d e s c r i b e dl a t e r ) . O u t s i d e t h e p h o t o n b e a m , p h o t o n e u t r o n p r o d u c t i o n i nt h e d e t e c t o r m a y b e n e g l e c t e d i n m o s t c a s e s .

    A s w i l l b e a p p a r e n t l a t e r , o n e o f t h e s e m e t h o d s( M o d e r a t e d - F o i l m e t h o d