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LET measurements with a Liquid Ionization Chamber

Tegami, Sara

German Title: LET-Messungen mit einer Flüssigkeitsionisationskammer

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Abstract

Deep-seated tumors can be efficiently treated with heavy charged particles. The characteristic depth dose profile inside the tissue (Bragg peak) allows to deliver a high dose inside the tumor, while sparing the neighboring healthy tissue. As compared to protons, heavy ions like carbon or oxygen produce a higher amount of ionization events along their track (and in particular at the end of the ion beam path), resulting in an irreparable damage to the DNA of the tumor cells. The density of such ionization events is described in terms of Linear Energy Transfer (LET), an important physical quantity, but difficult to be measured directly. The aim of this work is to determine LET of hadrontherapy beams by using Liquid Ionization Chambers (LIC). The ionization signal in LICs is affected by recombination effects that depend on the LET of the incident radiation. Differences in recombination effects in LICs and air-filled ionization chambers can be exploited to obtain the recombination index, which can be related to the LET, calculated by Monte Carlo methods. We thus developed a method to construct a calibration curve, which relates the recombination index with the LET at each depth in water. The result of this work can be used for online monitoring of the ion beam quality.

Translation of abstract (UNSPECIFIED)

Tiefliegende Tumore k¨onnen mit schweren geladenen Teilchen effizient behandelt werden. Die Charakteristik der verursachten Energiedosis innerhalb des Gewebes (Bragg Peak) erlaubt es, eine hohe Energiedosis innerhalb des Tumors zu platzieren, w¨ahrend das umgebende gesunde Gewebe verschont bleibt. Verglichen mit Protonen verursachen schwere Ionen wie Kohlenstoff oder Sauerstoff eine h¨ohere Anzahl von Ionisationsereignissen entlang ihrer Bahn (und insbesondere am Ende der Ionenstrahlbahn), was zu irreparablen Sch¨aden in der DNS der Tumorzellen f¨uhrt. Die Dichte solcher Ionisationsereignisse wird mittels des linearen Energie¨ubertrags (engl. Linear Energy Transfer, LET) beschrieben, einer wichtigen physikalischen Gr¨oße, die jedoch schwer direkt zu messen ist. Das Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung des LET der Strahlen bei der Hadronentherapie unter Verwendung von Fl¨ussigkeitsionisationskammern (engl. Liquid Ionization Chambers, LIC). Das Ionisationssignal in LICs wird von starken Rekombinationseffekten beeinflusst, welche vom LET der eintreffenden Strahlung abh¨angen. Die unterschiedlichen Rekombinationseffekte in LICs und luftgef¨ullten Ionisationskammern k¨onnen ausgenutzt werden um den sogenannten Rekombinationsindex zu erhalten, welcher mit dem mit Monte Carlo Methoden berechneten LET verkn¨upft werden kann. Wir haben daher eine Methode entwickelt eine Kalibrationskurve zu erstellen, welche den Rekombinationsindex mit dem LET in jeder Tiefe innerhalb des Gewebes in Verbindung bringt. Das Ergebnis dieser Arbeit kann f¨ur die Online-¨Uberwachung der Ionenstrahlqualit¨at verwendet werden.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Ullrich, Prof. Dr. Joachim
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 8 February 2013
Date Deposited: 06 Mar 2013 14:45
Date: 2013
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
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