,*-v < * *. Kalibrering av ionekamre i IAEA-vannfantom. StrålevernRapport 1995:9. Statens. Hans Bjerke og Oddbjørn Mikkelborø NO NO

Transkript

1 NO StrålevernRapport 1995:9 NO Kalibrering av ionekamre i IAEA-vannfantom Hans Bjerke og Oddbjørn Mikkelborø,*-v "V < * *. Statens Norwegian Radiation Protection Authority Postboks 55 N-1345 Østerås Norway

2 StrålevernRapport 1995:9 Kalibrering av ionekamre i IAEA-vannfantom Hans Bjerke og Oddbjørn Mikkelborg

3 Referanse: Bjerke H, Mikkelborg O. Kalibrering av ionekamre i IAEAvannfantom. StrålevernRapport 1995:9. Østerås: Statens strålevern, Nøkkelord: Dosimetri, kalibrering Resymé:: Kalibrering i IAEA-vannfantom er utarbeidet ved sekundærstandardlaboratoriet ved Statens strålevern. Metoden gjelder for ionisasjonskamre som benyttes til oppmåling av doser i høyenergetisk stråleterapi. Rapporten beskriver metode, måleoppsett og korreksjoner. Dosekalibreringsfaktoren, N D vil bli gitt med usikkerhet -0,8% (k=l). Reference: Bjerke H, Mikkelborg O. Calibration of ionization chambers in IAEA-water phantom. StrålevernRapport 1995:9. Østerås: Statens strålevern, Language: Norwegian. Key words: Dosimetry, calibration Abstract: The calibration in a water phantom is realised at the Secondary Standard Dosimetry Laboratory in Norway. The method is valid for chambers used in high energy radiation therapy. The method, setup and corrections in the calibration are described. The absorbed dose to air calibration factor, N D, will have an uncertainty -0.8% (k=l). NRPA prosjekt nr TI8. Prosjektleder: Hans Bjerke. Godkjent. /^ ~~~ > // Gunnar Saxebøl, Avdeling Tilsyn. 37 sider. Utgitt Opplag (95-200) Form, omslag; Graf, Oslo. Trykk: Gruner & Jebsen A/S, Østerås. Bestitlesjra: Statens strålevern, Postboks 55, 1345 Østerås. Telefon , Telefax ISSN

4 Innholdsfortegnelse Side 1. Innledning 2. Metoder Apparatur Kermarate i luft Doserate i vann Bestemmelse av doserate for eksterne stråleterapikilder Gangen i kalibrering i vannfantom - bestemmelse av N D - beskrivelse og oppsett Innledning Gammatron - Strålefelt Test av lysfelt Strålefekes utbredelse Oppstilling av rotasjonsakser Fantom - oppsett Frontveggens utbulig etter vannpåfyll Avstand mellom kilde og frontvegg Posisjonering av kammer/konvolutt Posisjonering av avstanden mellom frontvegg og konvolutt Elektrometer - målemetoder Korreksjonsfaktorer for kalibrering i vannfantom Material- og oppsettspesifikke korreksjoner Lokale korreksjoner for vannfantom Korreksjoner p.g.a. kammer i strålefelt Strøm- og strålingsspesifikke korreksjoner Resultater Rekombinasjon Feltinhomogenitet Perturbasjon Usikkerhetsregnskap Oppmåling av dose til vann for 60 Co - arbeidsnormalen Kalibrering i vann Diskusjon og kommentarer Appendix Liste over symboler Tallverdi på korreksjonsfaktorer ("quick reference") Rekombinasjon i ionekammer Kalibreringsbevis Referanseliste 36

5 1. Innledning Et basiselement i dosimetrien ved Statens strålevern er våre sekundærnormaler kalibrert mot primærnormaler gitt av "Bureau Internatinal des Poids et Mesures" (BIPM) i Paris. Disse normalene sikrer sporbarhet og et referansegrunnlag for alle kalibreringer utført ved sekundær-standard-dosimetrilaboratorier, som f.eks. dosimetrilaboratoriet ved Statens strålevern. Ved å tilstrebe tilnærmet identiske kaliberingsbetingelser som under kalibreringer utført ved BIPM, kan Statens strålevern bestemme dosekaliberingsfaktoren i luft (N D ) for brukere av Co-60 kilder og akseleratorer i medisinsk terapisammenheng. Det vil i denne rapporten bli gitt en beskrivelse av disse kalibreringene, som omfatter måleoppsett og kammertyper, ulike korreksjoner, resultater og videre anbefalinger. 2. Metoder Generelt kan to ulike metoder for bestemmelse av dosekalibreringsfaktoren i luft benyttes. Denne kan enten bestemmes ved å benytte 1) luft-kermaraten som svarer til en bestemt gjennomsnittlig absorbert dose inne i ionekammeret, eller 2) ved å ta direkte utgangspunkt i dosen i vann, og via stopping-power forholdet mellom vann og luft, bestemme kalibreringsfaktoren for dosen til luften i ionekammeret. 2.1 Kermarate i luft Benyttes den første metoden, vil dosekalibreringsfaktoren N D c for luften i et vilkårlig kammer kunne uttrykkes : ly D,c J J " J V K att' K m' V S) Her er D airc doseraten i kammeret og I c er korrigert strøm fra ionisasjonskammeret. IC^ er oppmalt kermarate med sekundærnormal kalibrert ved BIPM. Ved disse kalibreringene, basert på kermaraten i luft, må det korrigeres for ikke-luftekvivalent materiale i ionekammer (k m ), svekking (absorpsjon og spredning) av fotoner i kammervegg (k^) og dessuten for fraksjonen av energien til sekundærpartiklene som mistes til bremsestråling i luft (1-g). N K er kermakalibreringsfaktoren. 2.2 Doserate i vann Ved dosekalibreringer direkte i vann unngås kammerveggens effekter, men det må her bl.a. korrigeres for kammerets tilstedeværelse i strålefelter.

6 I c er den korrigerte strøm fra ionisasjonskammeret gitt ved 5 'c = 'V V V V r c er her avlest strøm, og k-faktorene korrigerer for henholdsvis rekombinasjon i kammeret (saturation), polaritetseffekter ved + og - spenning, ikke-idelle trykk- og temperaturforhold og for luftfuktigheten under måleseriene. D wnrpa (p) er dosen til vann i kammerets sentrum, bestemt v.h.a kalibreringsfaktoren fra kalibreringen av ionekammer (sekundærnormal) ved BIPM : 'NIVÅ' ^NRPA' ^wjiilpm ^ ' hvor k NRPA er en korreksjonsfaktor p.g.a. vårt kalibreringsoppsett, I NRPA er den korrigerte strøm fra kammeret og N w BIPM er kalibreringsfaktoren til kammeret gitt av BIPM. Ved bruk av ionekamre må effektivt målepunkt innføres p.g.a. kammerets store målevolum. Sammenhengen mellom dose i kammersentrum og effektivt målepunkt kan uttykkes ved : = Kff hvor k eff er korreksjonsfaktoren p.g.a bruk av effektivt målepunkt. I sine kalibreringsprotokoller benytter IAEA dosen gitt til luft i effektivt målepunkt. Kalibreringsfaktoren for dosen til luft, N D>C, i et vilkårlig ionekammer utrykkes: N " " T V Da en her må ta utgangspunkt i det effektive målepunktet. (s wa ) C()60 er stoppeevneforholdet mellom vann og luft for stråling fra 60 Co og k Co60 er pertubasjonsfaktoren for aktuelle kammer i Co-60 strålefelt. Pertubasjonsfaktoren er avhengig av kammertype og stråleenergier, og kan bestemmes v.h.a. figur 14 i Andreo et al (1).

7 Kalibreringsfaktoren for dosen til luft kan dermed bestemmes ved : 6 D ' c 1 I (<s } k k c ^wjcoéo K Co60 \ (6) 2.3 Bestemmelse av doserater fra eksterne stråleterapikilder Er dosekalibreringsfaktoren N D for et gitt kammer kjent, kan dosen til luften i ionekammeret bestemmes ved ligning (7), og dermed dosen i vann i et eksternt stråleterapifelt ved : D w (P ejf ) = D air y (s wair ) u - p u = M u - N D - (s wair ) u - p u - p cel hvor indeks "u" refererer til "user", da stoppeevneforholdet og pertubasjonsfaktoren vil være avhengig av energi og type stråling hos disse lokalt. Det antas at N D er lik N Dc for all høyenergetisk stråling. En sentralelektrode av aluminium gjør kammeret avhengig av stråleenergi og type. p cd er en korreksjon for dette som er normalisert til måling i 60 Co-strålefelt. Den kommer derfor ikke inn ved kalibrering, men skal benyttes ved all måling med kammeret. p cd er gitt av Ma og Nahum (2). p cd er gjengitt i tabell 1. I tabellen er også D^/D^,. gitt for de forskjellige energier. Ligning (7) er basisligningen for dosimetrien og er bindeleddet mellom kalibreringen og oppmålingen av akseleratorene. Ved oppmåling av akseleratorene finnes en rekke parametre, bl.a. justeres monitoren på behandlingsmasklnen som man innstiller til en bestemt dose til pasient. 2.4 Gangen i kalibrering i vannfantom - bestemmelse av N D Absorbert dose til vann er basert i to sekundærnormaler, transportnormaler, som kalibreres i et vannfantom ved BIPM. De to største usikkerhetene ved primærbestemmelse av dose til vann ved BIPM ligger i fastsetting av primærkammerets volum og dets korreksjon for perturbasjon av strålefeltet. Sekundærnormalene blir kalibrert og far en kalibreringsfaktor for absorbert dose til vann. Referansepunktet for denne måling er midt i luftvolumet på kammerts akse. E,t vannfantom og oppsett tilsvarende det ved BIPM er utviklet ved Strålevernet (sc neste kapittel).

8 Tabell 1. Korreksjon, p ce i for NE2571 med sentralelektrode av aluminium. Energi dybde i vann TPR DA/D,, Pccl Fotoner 60 Co 5 cm 0,58 l,0075±0,0015 1,000 4 MV 5 cm 0,62 1,0065±0,0007 1,000 6 MV 5 cm 0,67 l,0070±0,0011 1, MV 5 cm 0,73 l,0055±0,0009 1, MV 5 cm 0,76 l,0045±0,0016 1, MV 7 cm 0,80 l,0043±0,0009 1,002 Elektroner 5 MeV 1 cm 0,9992±0,0004 1, MeV 3 cm 0,9999±0,0008 1, MeV 3 cm l,0022±0,0008 1, MeV 6 cm l,0021±0,0008 1,004 Koboltstrålefeltets doserate i 5 cm dybde i vannfantomec er en arbeidsnormal. Doseraten her bestemmes med de to sekundærnormalene som er kalibert ved BIPM. Doseraten 1. januar 2000 blir beregnet med korreksjon for fall i aktivitet. Halveringstiden er 1925,5 dager. Denne doseraten kontrolleres hvert kvartal og i forbindelse med kalibreringer. Avvik under ± 0,3% tillates. Kalibrering av en oppdragsgivers kammer inneholder: * * * * * * posisonering av vannfantom innstilling av kammer i vann måle lekkasjestrøm under bestråling studere kammerts respons på positiv, negativ og redusert spenning måle strøm og korrigere denne etter ligning (2) beregne kalibreringsfaktor etter ligning (6) Kammeret males to ganger og resultatet fra disse to malinger skal ikke avvike mer enn ± 0,3%. På grunnlag av målingene lages det et kalibreringsbevis med kalibreringsfaktor og eventuelle merknader om effekter ved kammeret som er oppdaget under målingene.

9 3. Apparatur - beskrivelse og oppsett 3.1 Innledning I dette kapitlet beskrives posisjonering av fantom i en avstand 1 meter fra kilde. Når det gjelder de tekniske løsninger i oppsett/oppmåling er enkle og rimelige løsninger benyttet, men som holder de krav vi setter til oppsettet. Faktorer som innvirker i usikkerhetsoppsettet: 8 kontroll av kilde (posisjonering av kilde i gammatron). posisjonering av fantom i 1 meter avstand fira kilde. utbuling av frontvegg. kammerets plassering i konvolutt. posisjonering av konvolutt i forhold til frontvegg. 3.2 Gammatron - strålefelt Figur 1 Vannfantom for kalibrering i vann Kontrollpunkter som må kontrolleres ved kalibrering på NRPA's maskin er (Andreo et al. (1)): Test av lysfelt/strålefelt. Figur 4 i Andreo et al (1) viser hvordan strålefelt skal stemme overens med lysfelt. Geometrien må være i orden. Grenseovergangene trenger ikke dokumenteres med spesifisert nøyaktighet. Det er enkelt å kontrollere overgangen hvor filmen har en tetthet på 50% av maks svertning v.h.a. et densitometer. Å kontrollere hvor lysfeltet har 50% intensitet krever imidlertid et apparatur NRPA ikke har tilgjengelig, det er imidlertid tilstrekkelig å markere lysfeltet på utsiden av røntgenfilmen. Ved å stikke hull i hjørnene (gjennom filmen) vil lysfeltet markeres på fremkalt film. Figur 2 Gammatron med kilde.

10 Overenstemmelse mellom lys/strålefelt må sies å være godt for maskinen, og vil ikke ha betydning for kalibreringen, da kammer skal plasseres i sentrum av strålefcltet på 10x10 cm 2. Strålefelt på overflaten av fantomet er gitt i figur 3. Strålefeltet i 50 mm dybde er referanseplan for innstilling av 10x10 cm Strålefeltets utbredelse Det er viktig at strålefeltets doserate i kammervolumet er homogent. For å få et bilde av dybdedosen i vann ble røntgenfilm av typen Kodak X-omat-V benyttet. For å få plassert filmen i riktig posisjon i fantomet ble den festet på en perspexplate som igjen ble posisjonert med avstandsmåler fra frontvegg. Vi vet at denne type film vil svertes noe forskjellig seiv om samme dose gis fra en film til neste. Denne variasjonen vil ikke ha betydning for den aktuelle testen som skal gjøres, da dybdedosen presenteres relativt til maksimal verdi i hver posisjon. Vi regner da med at filmens sølvkorning er homogen over hele filmarealet. Feltinhomogeniteten diskuteres i kapittel 5 b. / loool sool / Oppstilling av rotasjonsakser Ved kalibrering stilles gammatron i samme posisjon fra gang til gang. Figur 3 Strålefeltet målt i luft i 1 m avstand 10 x 10 cm 2. Figur 2 viser en detaljskisse på hvordan kilden er plassert i kollimator. Ved bestråling dreies kilden 180. I malinger med elektrometeret er det ikke mulig å spore noen slakk i påog avslag av 60 Co kilden. 2S 3.3 Fantom - oppsett En skjematisk oppstilling av vannfantom er vist i figur 1. Avstanden fra kilde til referanseplan i fantomets front er 1 meter. I dette planet er strålefeltets areal 10x10 cm 2, foton fluencen langs feltets kanter er 50 % av fluens i sentrum. Vannfantomet er laget i perspex (PMMA). Invendige mal er : bredde (x) 27cm, høyde (y) 26 cm, dybde (z) 26,7 cm. Sidevegger har en tykkelse på 25,5 mm, frontvegg har

11 10 en tykkelse på 28 mm, med et vindu på 15x15 cm 2 med tykkelse lik 4 mm (0,476 g/cm 2 ). Perspex-tykkelsen er redusert i strålefeltet for å redusere korreksjon på grunn av tetthetsforskjell og atomnummer mellom perspex og vann. Når fantomet er fylt med destillert vann posisjoneres det slik at tettheten i reteranseplanet tilsvarer 5 g cm" 2. Ionisasjonskammerets temperatur måles med et kvikksølvtermometer nr som har testet usikkerhet. Termometeret står i konvolutt som er senket i vann og plassert 10 cm fra sentrum av strålefeltet Frontveggens utbuling etter vannpåfyll På grunn av at frontveggen har et flateareal på 15x15 crn 2 som er 4 mm tykt vil fronten trykkes ut når vann fylles i fantomet. Det er et fiktum at den trykkes ut noen millimeter, men spørsmålet er når-, og om utbulingen stabiliserer seg. Denne effekten måles ved å sette et måleur (1/100 mm) mot fantomets frontvegg når det er tomt, for så å registrere utbulingen på måleuret etter vannpåfyll. 15 minutter etter at fantomet er fylt opp med vann stopper utbulingen. Etter denne tid vil det være svært liten endring. Det skal ventes 15 minutter etter vannpåfylling før en starter måling i fantomet Avstand mellom kilde og fantomets frontvegg Avstanden fra kilde til fantom måles ved å plassere en fysisk målepinne i blendergaflene på kollimator. Målepinnen er laget slik at en kan finne nøyaktig samme avstand fra kilden til enden av målepinnen. Avstandsmålingen kontrolleres ved hjelp av et måleur (1/100 mm) festet til bord. Målepinne tas ut av blender, blender justeres til ytterpunkt, målingen gjentas. Posisjonen til fantom bestemmes i x-retningen med usikkerhet på ± 0,15 mm Posisjonering av kammer/konvolutt For å posisjonere konvolutt er det laget et kors på frontveggen og en sirkel med kors på bakveggen. Ved å sikte gjennom sentrum av 10x10 cm 2 strålefeltet fra bakveggen mot frontvegg kan en foreta posisjonering av konvolutt med kammer. Posisjonen til konvolutt bestemmes i y-z-retning med en feil på ± 0.5 mm Posisjonering av avstanden mellom frontvegg og konvolutt Avstanden måles ved å plassere en fysisk målestav mellom vegg og konvolutt. Denne har en fast lengde som passer for NE 2561 kammer (39,87 mm). De andre to

12 11 kovoluttene har en annen diameter. For universalkonvolutt og spesialkonvolutt for PR 06G kammer skal kammer forskyves fra kilden 0,05 mm og 0,85 mm henholdsvis. Det er viktig at målepinnen plasseres eksakt i midten av strålefeltet og at berøringen mot konvolutt er meget svak. 3.4 Elektrometer - målemetode Elektrometeret er Model Therapy Dosimeter fra Keythley Instruments, Inc. Instrumentet er utstyrt med en serieport, hvor en komm andostring kan overføres slik at instrumentet kan returnere en string relatert til sendt kommando. Kvaliteten på målt verdi er dokumentert fra fabrikanten. Instrumentet måler en strømverdi med en nøyaktighet på 0,05% pr. sampling. Ved å midle over flere måleserier kan strømmen bestemmes med en gitt usikkerhet : se usikkerhetsbidrag strømmåling kapittel

13 12 4. Korreksjonsfaktorer for kalibrering i vannfimtom Vårt fantom og "konvolutt" for ionekammer er bygd opp av samme materiale og på samme måte som tilsvarende IAEA-modell beskrevet av Boutillon og Perroche (3). Det vil videre bli benyttet identiske oppsett ved hver kalibrering. Dette innebærer at de material- og oppsettspesifikke korreksjonene vil være inkorporert i kaliberingsfaktoren, mens våre "lokale" korreksjoner vil bli bestemt enten eksperimentelt eller teoretisk. Korreksjoner under kalibrering betegnes med k og en indeks, mens korreksjoner under dosemålinger har betegnelse p med en indeks. Korreksjonene representerer de hensyn som må tas under kalibrering og dosebestemmelse og beskriver slik prosessen for målevirksomheten. Korreksjoner for kalibrering i vann er gitt nedenfor. 4.1 Material- og oppsettspesifikke korreksjoner Endring av tetthet i vann med temperatur. Referansepunktet for måling av dose i vann er lagt til 50 mm. I kalibreringssertifikatet fra BIPM er dette gitt som 5 g/cm 2. Da tettheten i vann vil variere med temperaturen, vil vekten pr. flateenhet i et fast punkt variere noe med temperaturen. Referansetemperaturen er 20 C. En korreksjon for tettheten er 0,4 10" 5 og 0,6 10" 5 for henholdsvis 18 og 22 C. Effekten er meget liten og vil ikke bidra til usikkerheten i målingen, den tas derfor ikke med i beregningene Korreksjon for PMMA front i vannfantom, kp f Vannfantomet har 4 mm tykk vegg av PMMA i fronten. Denne veggen tilsvarer 0,476 g/cm 2 vann. Pga. ikke-likhet med vann skal en ved bestcmmelse av dose til vann innføre en korreksjonsfaktor. kp f er ikke innført i ligning (2) og (6) da de vil kansellere seg ut i beregningene. Den tas her med for oversikten. En må imidlertid benytte denne faktor i ligning (7) ved bestemmelse av dose i IAEA-fantomet. 4.2 Lokale korreksjoner for vannfantom De lokale korreksjoner for vårt vannfantom er samlet i en faktor k NRPA som inneholder korreksjon for utbuling (k cks ), radiell ikke-likhet (k,. n ) og for PMMA i konvolutt (kp S ). Korreksjonene beskrives her enkeltvis Korreksjon for "utbuling" av vannfantom fylt med vann, k etai Fylles fantomet med vann, vil dette medføre større trykk på veggene med ekspansjon av fantomvolumet som resultat. Måten posisjoneringen gjøres på i kalibreringen eliminerer imidlertid denne effekten. Fronten stabiliserer seg 15 min etter påfyll av vann og vil være konstant under måling.

14 Korreksjon for radiell ikke-likhet, k,. n Radiell ikke-likhet i strålefeltet oppstår fordi kilden ikke er et punkt, men har endelig utstrekning, og fordi avblendingen og trimmingen av strålefeltet ikke er symmetrisk Korreksjon for PMMA "konvolutt" for ionekainmer i vannfantom, kp S Det vises her til malinger og betraktninger av Boutillon og Perroche (3). De konkluderer med en ubetydelig korreksjon med liten usixkerhet. 4.3 Korreksjon er p.g.a. kammer i strålefelt Korreksjon for perturbasjon p.g.a. elektronenes opphav i kammerveggene Stoppeevneverdier, s og masseenergiabsorbsjonsfaktorer, u, samt fraksjonen, oc av elektroner i kammeret som produseres i kammerveggen er gitt i Andreo et al (1) i tabell 10, tabell 11 og figur 15, henholdvis. Ligning (8) er hentet fra Andreo et al (1) ligning 25. Denne effekten betegnes p u når en måler do ser hos bruker og er perturbasjonsfaktoren Korreksjon for effektivt målepunkt, k eff For å bestemme den absorberte dosen i et punkt i vannfantomet, blir noe av dette erstattet av detektormateriale, m.a.o. luften i et ionekammer. P.g.a forskjellig attenuasjon og spredning i de ulike medier vil imidlertid antall partikler pr.cm 2 i lufthulrommet ikke lenger være representativt for antall partikler pr.cm 2 ved det opprinnelige punktet i det homogene mediet. En metode for å korrigere for dette er å innføre en radiell forflytningsfaktor, d, definert som forf lytningen av det effektive målepunktet fra kammerets geometriske sentrum. Johansson et al. (4) firmer en radiell prosentvis forflytningsfaktor for syliderkamre i 60 Co gammastrålefelt lik (9)

15 Hvor r representerer radius [mm] i aktuelle kammer. Korreksjonsfaktoren p.g.a. forskjell i doserate kan dermed uttrykkes direkte ved : , Doseraten i de ulike målepunktene i fantomet bestemmcs av attenuasjonsgraden av fotoner i vannet, generelt vil derfor doseraten kunne uttrykkes : Hvor t) p representerer doseraten i et målepunkt i fantomet og ) 0 ved fantomoverflaten, u er attenuasjonskoeffisienten i vann og z P representerer avstanden til målepunktet. Korreksjonsfaktoren vil være gitt ved forholdet mellom doseratene i det geometriske kammersentum og i det effektive målepunktet : D Peff (12) Hvor z P - z Peff representerer den radielle forflytningen. Etter studier av effekter av effektivt målepunkt har Boutillion og Perroche (5) funnet følgende sammenheng mellom radiell forflytning og kammerradier : z P -z Peff =Q.5ir-rJ (13) Hvor r cc i er sentral-eletroderadius i aktuelle kammer. I Andreo et al (1) anbefales en noe enklere sammenheng: z P -z Peff =0.5r (14) Innsatt i ligning (12) kan korreksjonsfaktorene for ulikt: kamre bestemmes, gitt at den

16 15 Lineær attenuasjonskoeffisient Den lineære attenuasjonskoeffisenten, p, er bestemt av Hubbel (6) for ulike fotonenergier i ulike media. For Co-60 er p lik 6.41 * 10" 3 /mm i vann. Dybdedose-kurver bestemt direkte ved malinger i vannfantom gir en tilsvarende verdi for vårt strålefelt, PEI^P lik 5.71* 10" 3 /mm i vann. Se figur (4). En raskere svekking er forventet fordi comtonspredning 180 i kilden gir 250 kev gamma. 0.1S 0,1 0,17 0, Dybdedosekurve for Co-60 IAEA vannfantom (Oy/.nln) ' RagrMjon "SwtaaS Innsettes verdier for den lineære Figur 4 Oppmalt dybdedosekurve i attenuasjonskoeffisienten, samt de ulike NRPAs vannfantom ved Gammatron. forflytningsfaktoene for henholdsvis CAP PR-06C (Capintec), NE 2571 og NE 2561 (NE Technology) gir dette følgende korreksjonsfaktorer : Tabell 2 Korreksjonsfaktor for effektivt målepunkt, k eff for 60 Co-stråling i vann. Kammer (k eff ) Johansson (keffvboutillon (keff)laea CAP PR-06C NE NE ,9989 0,9918 0,9895 Tabellen viser at avviket mellom de forskjellige korreksjonsfaktorer for de ulike kamrene utgjør korreksjoner fra 0,1 til 1,1 %. k eff er mindre enn 1 da kalibreringsfaktoren i vann, N w (som vi tar utgangspunkt i) er bestemt sentralt i kammeret. Det effektive målepunktet er loakalisert foran kammerets sentralpunkt og nærmere strålekilden, og følgelig blir dosekaliberingsfaktoren, som er definert til det effektive målepunkt, noe større. NE 2571 brukes oftest i malinger ved terapimaskiner. Korreksjonen beregnet etter Andreo et al (1) eller Boutillon og Perroche (5) awiker med 0,15%. P.g.a. enhet i dosimetrien vil korreksjon for effektivtmåkpunkt bli beregnet etter Andreo et al (1), (k cff ) IAEA eller ligning 14 innsatt i ligning Strøm og strålingsspesifikke korreksjoner for ionekammer. Ulike effekter knyttet til ionekammer undersøkes. Det være seg lekkasjestrøm, "warmup effekt", trykk og temperatur, rekombinasjon, og polaritetseffekt : Denne er definert som forskjell i respons for identiske eksponeringer med samme kammer, hvor polariteten er snudd.

17 16 definert som forskjell i respons for identiske eksponeringcr med samme kammer, hvor polariteten er snudd. Effekter av betydning knyttet til disse forholdene vil bli dokumentert eksprimentelt Korreksjon for rekombinasjon i ionekammer, ks En del av ionene som dannes i ionekammeret vil rekombinere før disse blir detektert. I appendix C er rekombinasjonen belyst eksprimentelt og teoretisk. Korreksjonsfaktoren p.g.a. rekombinasjon kan bestemmes eksperimentelt for kontinuerlig stråling ved : (to*p =1 + (1-7) c < 15 > Hvor Ij og I 2 representerer strømmen fra ionisasjonskammeret ved henholdsvis normal spenning XJ ly og U 2 som er en lavere spenning. C er en konstant og avhengig av forholdet mellom U x og U 2. Med Uj/U 2 =3 er C - 0,1282 ± 0,0005. Verdien for C er hentet fra figur 13 i Andreo et al (1). Kammerspenningen, \J l standardiseres til +300 V. Kammerveggen har 0 V og sentralelektroden +300 V. Usikkerheten for eksprimentell bestemmelse av rekombinasjon er gitt ved: C s, = K 2 I N c der s u, s I2 og s c er usikkerhetene i henholdsvis I l5 I 2 og C Korreksjon for polaritetseffekt, k,,,,, Polariteteseffekt er forskjellen mellom strømmen ved måling med + og - spenning av samme absolutte verdi. Standard spenning vil bli +300 V med positiv spenning på sentralelektroden. Korreksjonen blir: I + og I. er henholdsvis strøm med +300 og -300V polaiitetsspenning. Usikkerheten for polaritetseffekten er gitt ved:

18 17 der s I+ og s^ er usikkerheten i strømmåling med + og - polaritet. På grunn av lav doserate og at kammeret stabiliserer seg sent blir ikke målingen av rekombinasjon og polaritetseffekt utført. Kammeret testcs noen minutter ved +, - og 1/3 spenning. Strømmåling gjøres hvert sekund og føres over i grafisk form. Denne testen vedlegges og kommenteres i kalibreringsbeviset Korreksjon for luftfuktighet, k h Er kalibreringsfaktoren relatert til tørr luft og målingenc utført mellom 20 % og 70 % relativ luftfuktighet, og i et temperaturintervall mellom 15 C og 25 C, kan en korreksjonsfaktor k h = benyttes for 60 Co gammastråling, Andreo et al (1) s.45. Vår N w er gitt ved 50 % luftfuktighet ved romtemperatur og tilfredsstiller følgelig disse kravene uten korreksjon Korreksjon for trykk- og temperaturforhold, k-rp Målingene ved BIPM er utført under standard forsøksbetingelser, og målingene må tilpasses disse. Korreksjonsfaktoren for trykk og temperatur, k TP, er derfor gitt ved fe - 1Q1 > 325. T M (19) TP ~ P M 293,15 Hvor P k3j og T kai henholdsvis refererer til trykk og temperatur under kalibreringen gitt i kpa og Kelvin.

19 5. Resultater Rekombinasjon. I tabell (3) h.h.v. er korreksjonsfaktorene for den eksperimentelle og den teoretiske rekombinasjonen (generelle) sammenholdt for ulike kamre. Tabell 3 Generell rekombinasjon. Kammer Capintec PR-06G NE 2561 NE 2505 (Grafitt) Eksperimentelt 1,001 Ikke målt 1,001 Teoretisk 1, , , Korreksjon for rekombinasjon, k^ bestemmes eksprimentelt ved ligning (15). Det vil ikke bli foretatt noen korreksjoner av kalibreringsfaktoren for rekombinasjon fordi korreksjonen er så liten. 5.2 Feltinhomogenitet. Feltflatheten i forskjellige dybder i vann er studert. I figurene 5 til 7 er resultatet av bestrålt film gjengitt. Det er et sentralt utsnitt på 50 x 50 mm 2 i dybdene 40, 50 og 60 mm som er gitt i figurene. På figurene er z-aksen svertningen av filmen som er proporsjonal med dosevariasjonen over flaten. Figur 5 Sentralt utsnitt (50 X 50 mm 2 ) av strålefeltet i 40 mm dybde i vann. Figur 6 Sentralt utsnitt (50 x 50 mm 2 ) av strålefeltet i 50 mm dybde. Hvis en antar at kammeret kan plasseres 5 mm "feil" i forhold til et sentralt felt, vil en

20 utfra malinger på filmene komme fram til at doseraten varierer fra - 0,22% til +0,10%. Dette er i et strålefelt som treffer et ionisasjonkammer (25 x 10 cm 2 ) i 50 mm dybde. Variasjonen er bestemt for 4 felt forskjøvet 5 mm opp, ned eller til sidene. Disse 4 felt ligger i middel på en dose som er 0,9995 ± 0,0017 i forhold til et sentralt plassert felt. I dybde 40 mm og 60 mm var tilsvarende forhold henholdsvis 0,9999 ± 0,0009 og 0,9998 ± 0,0007. Vårt oppsett har en usikkerhet i plasseringen på mindre enn 1 mm. Følgelig blir k rn = 1,0000 ± 0, Figur 7 Sentralt utsnitt (50 x 50 mm 2 ) av strålefeltet i 60 mm dybde. For ionisasjonskammer som awiker vesentlig i størrelse fra de normaler som benyttes så vil denne faktor en bli en annen. 5.3 Perturbasjon Korreksjonen for perturbasjon er beregnet for de mest brukte kamre i h.h.t. ligning (8) og s wa!la og (u cn /p) wwall er hentet fra henholdsvis tabell XX og XXI i Andreo et al (1), samt a som er hentet fra figur 15 i samme referanse. Tabell 4 Perturbasjonsfaktorer, kp. Kammer Vegg g/cm 2 a S wall,a (Uen/P)w,wll NE ,090 Gr 0,64 1,002 1,113 0,990 NE ,065 Gr 0,55 1,002 1,113 0,991 NE ,040 A-150 0,30 1,142 1,011 1,006 CAP PR-06C 0,050 C-552 0,40 0,995 1,110 0,990 EXRADIN T2 0,115 A-150 0,70 1,142 1,011 1,013 En modifisert perturbasjonsfaktor er gitt av Andreo (7) som tar hensyn til elektroner som har sitt opphav i den vanntette plastikkkonvolutten som omgir kammeret. Det er her ikke foretatt noen beregninger av denne ekstra effekten. I en henvendelse til Nahum er det spurt om bruk av perturbasjonsfaktorer. Nahum henviser til bruk av ligning 25 i Andreo et al (1), og oc-verdiene hentes fra figur 15 i samme referanse. Verdier av kp i siste kollonne i tabell (4) vil bli brukt i beregninger av N D.

21 Usikkerhetsregnskap Et usikkerhetsregnskap er utarbeidet for dosekalibrering i vann. Stråiefeltet er 60 Costråling fra Gammatron ved Strålevernet. Kalibreringsprosedyen beskrevet i kapittel 2 er benyttet, og kommentarer med henvisninger til de enkelte elementer følger her. Usikkerhetsregnskapet er gitt i tabell 5. Kvadratisk sumniasjon er benyttet ved sammenstilling av de enkelte usikkerheter. Alle usikkerheter er gitt med k=l (la). Der feil i avlesning o.l. er vurdert benyttes rektangelfordeling. Disse feilene er overført til usikkerhet ved å dele på roten av tre Kalibreringsfaktor for sekundasrnormalene. De opplysninger som gis her er har sitt opphav i kalibreringen ved BIPM N w Usikkerheten i kalibreringsfaktoren er gjengitt i Bjerke og Unhjem (8). Ved referanse til nyere kalibreringer så tas disse fra kalibreringssertifikatet. Usikkerheten i N w er 0,50%. Dette er både type A og B usikkerhet Arbeidsnormalen - doserate til vann i målepunkt. Usikkerhetselementer for arbeidsnormalen er sått opp nedenfor Drift i N w På bakgrunn av NRPAs egne erfaringer med kalibreringer strålefelt fra Gammatron siden 1976 og erfaringer med andre eksposisjons- og kermakalibreringsfaktorer settes usikkerheten pga. drift til 0,10% Strømmåling Keithley elektrometer har 0,10% usikkerhet over 5 år. Det er sporbart til National Institute for Standards and Technology, NIST. For strømmåling angis 0,20% + 2 tellinger i en utlesning på 20 bit (2 19 =524288). Type B usikkerhet for strømmåling er 0,22%, men da samme elektrometer både blir benyttet ved oppmåling av doserate og under kalibrering, vil type B usikkerheten være mindre og settes til 0,05%. Type A usikkerheten er 0,07%. Dette har en kommet fram til ved oppmåling av arbeidsnormalen. Total usikkerhet => 0,09% Temperatur. Temperaturen bestemmes med et kvikksølvtermometer med oppløsning som er 0,05 C. Avlesningen kan gjøres innenfor 3 av disse enhetene. Usikkerheten blir derfor 0,03% Trykk Lufttrykket avleses med et kvikksølvbarometer. Dette har 10 Pa oppløsning, og med et trykk nær 100 kpa antas usikkerheten i avlesning av trykk til å være 0,02%.

22 Luftfiiktighet Korreksjon for luftfuktighet er gitt i ICRU (9). Variasjon i luftfuktighet mellom 25% og 70% medfører en korreksjon som varierer mindre enn 0,02%. Usikkerhet i kalibreringsfaktoren angitt for 50% luftfuktighet settes til 0,01% Avstand og oppsett Dette bidraget er sammensatt av 6 ulike komponenten På/Avslag av Gammatron Slakk i blendermekanismen Posisjon av lengdestav i blendergaffel og lengdestav mot fantom Diameter av konvolutt lengde av målestav Posisjonering av kammer mot målestav i fantom Avstanden som skal måles er 1 m, og pga. kvadratloven vil lengdeusikkerheter fordobles. I vannfantomet er attenuasjonskoeffisienten 0,571%/mm. En lengdeusikkerhet på 1 mm vil gi 0,57% i usikkerhet. På/Avslag av Gammatron er 180 vending av kildebarrc med evt. liten forskyvning av kilde. Det er ikke mulig å måle hvorvidt kildens posisjon varierer fra en vending til neste. Slakk i blendermekanismen er mekaniske plater skrudd mot hverandre. Usikkerhet = 0,002%. Posisjon av lengdestav i blendergaffel og posisjon av lengdestav mot fantom ved å forskyve fantomets underlag med en skrue, mens en sikter mot en lys bakgrunn gjøres med +0,15 mm. Usikkerhet => 0,02%. Oppmåling av kammerets konvoluttdiameter skjer med mikrometerskrue med oppløsning 0,01 mm, usikkerhet = 0,01%. Oppmåling av målestav gjøres med samme utstyr, usikkerhet = 0,01%. Lysspalten mellom kammer og målestav gjøres så liten som mulig. Innstilling av avstandspinnen mot frontveggen har usikkerhet ± 0,09 mm => 0,055%. Total usikkerhet for avstand og oppsett i vannfantom => 0,06%. Arbeidsnormal - måling av doserate. Total usikkerhet => 0,15% Måling og beregning av strøm fra oppdragsgivers kammer. Usikkerheter som påvirker bestemmelse av strøm fra ionisasjonskammer til oppdragsgiver finnes her Feltinhomogenitet. Usikkerheten er diskutert i kapittel 5.2 og er lik 0,10% Strømmåling for testkammer. Type B usikkerhet er 0,05% (se ovenfor). Usikkerhet av type A gis i målingene Temperatur. Usikkerheten blir 0,03%. (se ovenfor)

23 Trykk Usikkcrheten blir 0,02%. (se ovenfor) Luftfuktighet Usikkerheten blir 0,01%. (se 5.4.2,5 ovenfor) Avstand og oppsett. Usikkerheten blir 0,06%. (se ovenfor) NRPA-fantom. Usikkerhet for at NRPAs fantom ikke er likt IAEA i maretialrenhet og tykkelse i frontvindu m.v. 0,04%. Måling med testkammer. Total usikkerhet er 0,14% Beregningsfaktorer Perturbasj onsfaktorer. Her er teorigrunnlaget og uttesting av verdien årsaker til stor usikkerhet. Andreo (10) oppgir usikkerheten i kc,,^ til 0,50% Stoppeevneforholdet vann/luft. Også her medfører den teoretisk og praktiske bestemme Ise relativ stor usikkerhet. Andreo (10) oppgir usikkerheten i stoppeevneforholdet vann/luft for 60 Co stråling til 0,40% Korreksjon for effektivt målepunkt. Beregning av korreksjon for effektivt målepunkt er beskrevet i kapittel 4.3. Her er konklusjonen at de mest sannsynlige metoder gir verdier som awiker 0,15%. Med rektangelfordeling gir dette usikkerhet lik 0,09% Resultatfaktorer N w for testkammer. Total usikkerhet => 0,54% N P for testkammer. Total usikkerhet => 0,84%. I tillegg til usikkerheter som er angitt her kommer type A usikkerheter i strømmålinger.

24 23 Tabell 5 Usikkerhetsregnskap ved dosekalibrering i vann Gruppering av usikkerhet Kommentar nr. Parametre Referanse Type A+Type B (la, %) Gr. sum % Kalibrering BIPM N w ( normal) Bjerke: og Unhjcm (8) 0,50 0,50 Oppmåling av doseraten i vann Drift i N w Strømmåling Temperatur Trykk Luftfuktighet, k h Avstand, oppsett ICRU(9) 0,10 0,09 0,03 0,02 0,01 0,06 Arbeidsnormal Doserate (korrigert) 0,15 Måling med testkammer Feltinhomogenitet Strømmåling Temperatur Trykk Luftfuktighet k h Avstand, oppsett NRPA-fantom, k NRPA 0,10 0,05 0,03 0,02 0,01 0,06 0,04 Måling med testkammer Strøm (korrigert) 0,14 Beregningsparametre kco-60 Eff. målepkt., k eff Andreo (10) Andreo (10) 0,40 0,50 0,09 Resultatsfaktorer N w ( testkammer) N D (testkammer) 0,54 0,84 Alle usikkerheter er angitt med k=l, et standardavvik. Usikkerhetene er kvadratisk summert. Ved angivelse av usikkerhet i kalibreringsfaktor vil type A usikkerhet for strøm legges til.

25 Oppmåling av dose til vann for 60 Co - arbeidsnormalen. Doseraten til vann bestemmes med et kalibrert kammer fra BIPM (8). Doseraten bestemmes ikke bare før en kalibrering, men gjøres regelmessig for å ha oversikt over usikkerheten ved kalibrering i vann. En kan følge doseraten som en konstant verdi over tid ved å beregne fall i doseraten fram til et valgt tidspunkt. 1. januar 2000 er beregningstidspunkt Oppsett - program. Et av ionisasjonskamrene (sekundærnormalene) med kjent N w for 60 Co stråling fra BIPM settes i målepunkt 50 mm vanndyp med fronten av fantomet 1 m fra kilden i 10X10 cm 2 strålefelt. Termometer settes i vann. Kammer knyttes til elektrometer og dette kobles til datamaskin. Labview programmet Doserate i vann.vi startes. Det velges riktig kammer, og trykk og temperatur legges inn. Stråling settes på kammer. Det kjøres en prøvemåling med 3 serier å 30 tastinger som ikke lagres. Trykk og temperatur måles på nytt og en starter minst 20 serier å 30 tastinger. Programmet lagrer resultatet med usikkerheter, avvik, dato, trykk og temperatur på fil. Doserate i vann.vi vil beregne I middd og I std. Klimakorreksjon eller ADCF og Fall i doseraten fram til 1. januar 2000 beregnes. Halveringstiden for 60 Co er 5,271 år (1925,5 dager). Arbeidsnormalen er 1106 ugy/s for doseraten 1. januar Denne verdi har en kommet fram til ved gjentatte malinger. Dette programmet vil også beregne avviket i forhold til arbeidsnormalen Resultat - awiksvurdering Denne måling skal utføres hver tredje måned og når det gjøres dosekalibrering. Resultatet av målingene presenteres i en rapport for hver måling og i en løpende grafisk presentasjon av målingene. Avviket i målingen skal ligge innenfor ±0,3%. Hvis avviket er større skal det utføres ny måling og evt. korrigerende tiltak iverksettes før kalibrering kan starte. 5.6 Kalibrering i vann. Kalibreringsfaktoren N D for et ionisasjonskammer bestemmes ved å plassere kammeret i samme punkt som en kjenner doseraten fra oppmåling slik som beskrevet i punkt 5.e her Oppsett- program. Brukers ionisasjonskammer plasseres i 50 mm vanndyp med fronten av fantomet 1 m fra kilden i et 10 X 10 cm 2 strålefelt. Termometer settes i vann. Kammer knyttes til elektrometer og dette kobles til datamaskin. Labview programmet Dose vann cal.vi startes. Identitet til kammer og eier skrives inn sammen med riktig trykk og temperatur.

26 25 Dose vann cal.vi vil beregne I middcl (I' c i ligning 2) og I std. Klimakorrcksjonen, k Tp eller ADCF i programmet korrigerer strømmen til riktig verdi I c i ligning 2. Det vil bli gjort en test av lekkasjestrøm, rekombinasjon og polaritetseffekt for kammeret. Under vanlige betingelser er denne effekten så liten for våre doserater at k, og kp Ol settes lik 1,000. Fallet i doseraten benyttes sammen med arbeidsnormalen til å bestemme doseraten under målingen. Denne settes sammen med I. i ligning 6 for å bestemme dosekalibreringsfaktoren. Resultatet lagres, og det skrives ut en rapport med kalibreringsbevis der usikkerheten i faktoren er angitt på grunnlag av usikkerhetsregnskapet i tabell 5. Eksempel på kalibreringsbevis ligger i appendiks.

27 26 6. Diskusjon og kommentarar. Kalibrering i vannfantom gir en mulighet for å måle samme størrelse på kalibreringslaboratoriet under like forhold som de som blir benyttet ute hos bruker. Dette gir sporbarhet mening, og mange av de problemer som oppleves hos bruker vil også være aktuelle problemer for de som kalibrerer. Det er ikke lett å kalibrere i vann, og mange av de korreksjoner som gjøres skal være vel gjennomtenkt før de tas i bruk. Etter kalibreringen ved BIPM i 1991 foretok Bjerke og Unhjem (8) en beregning av N D på grunnlag av N w Denne verdien av N D var noe høyere enn beregninger av den på grunnlag av N K. Usikkerheten i dosekalibreringsfaktoren, N D er sammenlignet med usikkerheten for N D basert i kermakalibreringsfaktoren, N K. Med referanse til Andreo (10) for k^n, k,,,, s wa og k Co60 blir usikkerheten i N D meget nær den samme på disse to måter å kalibrere. en V1SS Ved kalibrering i vann vil usikkerheten i perturbasjonsfaktorene p u og k^-eo i grad utlignes fordi de inngår i beregning av dose hos bruker i.h.h.t. ligning 7. Sammen med kalibrering i samme medium blir dette derfor en fordel som ikke er klart uttrykt i usikkerhetsregnskapet. Andreo (17) foreslår en ny omregningsfaktor k^ som defineres k tøa P Q W Q (20) der Q er den aktuelle stråleenergi og Q o er kalibreringsenergi ( 60 Co). I tillegg til stoppevneforholdet (S) og perturbasjonen (P) tar han også med energiavhengigheten som kan være i dannelsen av ioner i luft (W). I dag antar en at energien er 33,97±0,04 ev for å danne et ionepar i luft for alle energier av elektroner og fotoner. ICQ er ikke innført dosimetrien her fordi den da ville bryte med Andreo et al (1). Om denne korreksjonsformen vil slå igjennom gjenstår å se. Vi vil vente på en revisjon av Andreo et al (1) før vi endrer praksis. En nordisk eller annen international gjennomgang av dosimetrien spesielt med henblikk på metode for tabellering og valg av perturbasjonsfaktor og stoppeevneforholdet er aktuelt. Dette vil senke usikkerheten i dosimetrien. Innledningsvis ble bestemmelse av dose i høyenergetisk stråleterapi beskrevet. Det vil bli utarbeidet et tilsynsopplegg for å måle absorbert dose i det beskrevne vannfantom. Beregning av dose vil her skje etter Andreo et al (1). Alle behandlingsmaskiner vil bli regelmessig testet med dette utstyret. Når dette tilsynsopplegget er etablert vil det sammen med dosimetriske sammenligningsmålinger med International Atomic Energy Agency (IAEA) danne et fullstendig kvalitetssikret dosimetrisystem for Norge.

28 27 Takk. Morten Bremer Mærli var engasjert i oppstarten av prosjektet. Han har bl.a. lagt ned arbeid for å beskrive rekombinasjon. Kaus Ennovv fra Statens institut for strålehygiejnc i Danmark har gitt viktige tilbakemeldinger etter gjennomgang av dokumentet. Videre har Alan Nahum fra The Institute of Cancer Research, Royal Cancer Hospital (London), Joint Department of Physics bidratt i bestemmelse av perturbasjon. Takk til alle for verdifulle bidrag og diskusjoner.

29 7. Appendix Liste med symboler. D K N D N K N w I c I' c k^kj,, g kj kp ()1 k TP k h k,. ff kp f kjn kp S kp s wa kco60 ICQ p u p ccl M u z p~ z Peff p cff dose (med prikk over doserate, med indekser som air eller w, i luft eller i vann) kerma dosekalibreringsfaktor (dose til luft) kermakalibreringsfaktor vanndosekalibreringsfaktor (dose til vann) korrigert strøm fra ionisasjonskammer avlest strøm fra ionisasjonskammer korreksj oner for kammervegg fraksjon bremsestråling korr. for rekombinasjon korr. for polaritetseffekt korr. for ikke-ideel temperatur og trykk korr. for luftfuktighet korr. for effektivt målepunkt korr. for PMMA-front i vannfantom korr. for radiell ikke-likhet korr. for PMMA "konvolutt" for ionekammer korr. for perturbasjon stoppeevneforholdet mellom vann og luft perturbasjonsfaktor for 60 Co-stråling korr. for omregning fra kalibreringsenergi ( 60 Co) til bruker energi perturbasjonsfaktor for brukers (user) energi korreksjon for sentralelektrode korrigert måleverdi hos bruker radiell forflytning av kammer effektivt målepunkt

30 7.2. Tallverdier på korreksjonsfaktorene ("quick reference"). A.Material- og oppsettspesifikke korreksjoner for IAEA-vannfantom 29 kp f : korr. for PMMA front i vannfantom = ,0001, Perroche og Boutillon (11). B.Lokale korreksjoner for vannfantom (k HPJA ) k eks k,. n kp S : korr. for "utbuling" av vannfantom fylt med vann = l,000±0,0002 : korr. for radial ikke-likhet = 1,0000+0,0010 : korr. for PMMA "konvolutt" for ionekammer i vannfantom = 0,9999±0,0001, Perroche og Boutillon (11). C.Korreksjoner for kammermateriale og -størrelse kp k eff : korr. for pertubasjon p.g.a. kammerets tilstedeværelse i strålefelt = gitt i tabell 3. : korr. for effektivt målepunkt = benytt ligning (11) og (12) som funksjon av r-r cd. D.Strøm- og strålingsspesifikke korreksjoner kj kp ()1 : korr. for rekombinasjon i ionekammer = så liten effekt at den ikke males, kan beregnes etter ligning (15) : korr. for polaritetseffekt = beregnes i hvert tilfelle etter ligning (17) k h : korr. for luftfuktighet ICRU (9) = l,000±0,0015 k TP : korr. for trykk- og temperaturforhold = beregnes i hvert tilfelle

31 Rekombinasjon i ionekammer. En del av ionene som dannes i ionekammeret vil rekombinere før disse blir detektert. Burns og Rosser (12) beskriver to hovedmåter som ioner kan rekombinere på: "Initial rekombinasjon" og "generell rekombinasjon". Total rekombinasjon er summen av disse to komponentene. Initial eller start rekombinasjon inntreffer når positive og negative ioner som er dannet i samme sekundærelektron-spor møtes og rekombinerer. Initial rekombinasjon er uavhengig av doseraten. Generell rekombinasjon inntreffer når ioner som er produsert i forskjellige spor, støter på hverandre som om de knytter seg til to elektroder. Grad av generell rekombinasjon vil være avhengig av ionetettheten og feltstyrken i kammeret, m.a.o. doserate og kammerspenning. Videre vil kammerets geometri være av betydning. Eksperimentell bestemmelse av rekombinasjon i ionekamre Den totale ionestrømmen generert i kammeret p.g.a. strålingseksponering kan bestemmes eksperimentelt ved å utføre måleserier med stor feltstyrke i kammeret, slik at rekombinasjonen er neglisjerbar : hor Hvor R representerer fraksjonen av ioner som ikke detekteres p.g.a rekombinasjon.

32 31 Når måleserier med lavere feltstyrke i kammeret sammen lignes med måleserier under normale forsøksbetingelser far en følgende: R ^TOT Imdlt ^TOT, h 1 målt målt målt 2 Hvor I x og I 2 representerer strømmen fra ionisasjonskammeret ved henholdsvis normal spenning U l5 og U 2 som er en lavere spenning. C er en konstant avhengig av UJ/UJ. Fra dette kan korreksjonsfaktoren p.g.a. rekombinasjon bestemmes eksperimentelt ved: - 1 ) C (23) *2 Med dette som utgangspunktet har Sociedad Espanola de Fisica Medica (13) utført malinger som gir korreksjonsfaktor p.g.a. rekombinasjon for ulike kammerspenninger som funksjon av forholdet mellom ionestrømmer ved de aktuelle spenninger. Med Ui/U 2 =3 er C = 0,1282 ± 0,0005. Verdien for C er hentet fra figur 13 i Andreo et al (1). Kammerspenningen, \J l standardiseres til +300 V. Teoretisk bestemmelse av rekombinasjonen i ionekamre Fraksjonen av ioner, R, som ikke blir detektert i sylindriske ionekamre p.g.a. generell rekombinasjon kan uttrykkes ved [ Mærli (14)] : a Mr/rJ] 2 2 ( r - r 0 l **h U er spenningen på ionekammeret, L er lengden av dette og I TOT er den totale strømmen i kammeret uten rekombinasjon.

33 32 Den teoretiske korreksjonsfaktor p.g.a. generell rekombinasjon kan derfor uttrykkes : ljot 1 TOT - (25) Koeffisienten (26) er blitt eksperimentelt bestemt lik (6.73 ± 0.80) * [Greening (15)], hvor k n,kp er ionemobilitetene til h.h.v. negativt og positivt ladde ioner, e er elementærladningen og a er rekombinasjonskoeffisient. Innsettes verdier for de ulike radier, kan korreksjonsfaktoren p.g.a. generell rekombinasjon for de ulike kamre bestemmes ut fra (27> Samlet vurdering av rekombinasjon. Burns og Rosser (12) tallfester initial og generell rekombinasjon under kalibrering i kontinuerlig stråling til (1+0,0014). (1+7, K[cGy/min]). Der leddet for generell rekombinasjon tilsvarer det som er gitt i ligning (27). Kermaraten under kalibrering er ved NRPA mellom 0,1 og 0,2 Gy/min, og rekombinasjonen blir 0,14%. Generell rekombinasjon er ubetydelig. I kalibreringsbetingelsene opplyser Perroche og Boutillon (11) at ingen korreksjon for rekombinasjon er utført under kalibreringen. Det er slik innebygget en initial rekombinasjon og en generell rekombinasjon i kalibreringsfaktorene som er gjengitt i Bjerke og Unhjem (8). Det vil ikke under kalibrering ved Strålevernet bli foretat: korreksjoner for rekombinasjon da den generelle rekombinasjonen er ubetydelig både ved BIPM og Strålevernet. De kalibreringsfaktorer som gis vil derfor ikke ha korreksjon for rekombinasjon. Dette vil bli angitt i kalibreringssertifikatcne.

34 1A KALIBRERINGSBEVIS gitt av SSDL CALIBRATION CERTIFICATE issued by a SSDL 33 Statens strålevern Norwegian Radiation Protection Authority Dosimetry Group Dato (date) 15. november 1995 Kalibreringsbevis nr. RiT 7 Kalibrering av instrument for måling av ioniserende stråling Oppdragsgiven Ivar Yrke, RiT Måleinstrument: fabrikat: type: serienr.: NE Technology NE

35 34 KALIBRERINING AV DOSE TIL VANN 1 60 Co-y-STRÅLEFELT RESULTAT Kalibreringsfaktoren for dose til vann, N w ble for ionisasjonskammeret: N w = 58,65 ± 0, Gy/C Kalibreringsfaktoren for dose til luft i kammer målt i vann, N D ble for ionisasjonskammeret: N D = 51,9 ± 0, Gy/C Kalibreringsfaktoren gjelder ved 20 C Pa, 50% luftfuktighet og polarisasjonsspenning +300 V på sentralelektroden. Doseraten under kalibreringen var 2,0 mgy/s i 50 mm dybde i vann med feltstørrelse 100 x 100 mm 2 på 1 m avstand fra koboltkilden. Ionisasjonskammerets lekkasjestrøm var mindre enn 10 fa. Malingen foregikk 18/8/95 ved 33,09 ± 0,01 pa, 100,5 kpaog21,l C. Den totale måleusikkerheten er angitt i NRPA Rapport, Kalibrering av ionekammer i IAEA vannfantom og angis med et standardavvik. Kalibreringsmetode. Kalibreringsmetoden er beskrevet i et sammendrag i vedlegget. Sporbarhet. Koboltstrålfeltets doserate er sporbar til Internasjonale kontoret for vekt og mål (BIPM). Meknader. Kammeret skulle vært kalibrert i luft for kermarate til luft. Kalibreringsfaktoren, ND er derfor noe mer usikker enn det som er angitt i beviset. Ved kalibrering av dette kammer i kermarate i luft i februar 1992 ble ND=50,8 106 Gy/flC for PMMA buildup hette. Hans Bjerke Ansvarlig for SSDL Gudrun Udiaug Paulsen

36 1. Sporbarhet. 35 Koboltstrålefeltets doserate (arbeidsnormalen) er bestemt med to sekundærnormaler sporbare til det Internasjonelle kontoret for vekt og mål (BIPM). Den siste kalibrering ble foretatt i Doseraten til vann i strålefeltet beregnes ved BIPM fra ionisasjonen i kammer i vann der W/e = 33,97±0,04 J/C Koboltkildens doserate kalibreringsdagen beregnes med korreksjon for radioaktivt fall mellom 1. januar 2000 og måledagen. Halveringstiden 5,272 år benyttes. 2. Kalibreringsmetode. Ved kalibrering var normalen doseraten i 5 g/cm 2 dybde vann i et 100 x 100 mm 2 stort felt på 1 m avstand fra en 6l) Co-Y-strålekilde (ca. 35 Tbq) på dosimetrilaboratoriet. I sammenheng med kalibreringen kontrolleres beregningen av doseraten ved hjelp av en sekundærnormal. Avvik mindre enn ± 0,2% medfører ingen endringer. Ionekammeret som kalibreres plaseres i en vanntett kovolutt i vannfantomet med kammersentrum i målepunktet og referanseretning vendt mot kilden. Kalibreringsfaktoren bestemmes fra to uavhengige malinger med hver sin oppstilling. Avviket mellom disse malinger skal være mindre enn ± 0,2%. Hver måling besto av minst fem måleserier. Måleverdien er korrigert for eventuelle lekkasjestrømmer. 3. Beregning av kalibreringsfaktorer. Fra den beregnede doseraten, D wakr, og den oppmålte ionisasjonsstrøm, I c korrigert for lufttetthetsawik fra referansevilkåret (20 C og Pa) beregnes kalibreringsfaktoren som N w = D watcr /I c Dosekalibreringsfaktoren, N D beregnes som der s watcrair er stoppeevneforholdet mellom vann og luft for 60 Co (1,133) k Co60 er perturbasjonsfaktoren til ionekammeret som kalibreres for 60 Co (1,006) og k. ff er korreksjon for effektivt målepunkt i vann for 6 'Co(0,991).