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Using the Blue/Green Emission in Fluorescent Nuclear Track Detectors for Ion Beam Therapy Research

Rösch, Thomas Federico

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Download (1MB) | Lizenz: Creative Commons LizenzvertragUsing the Blue/Green Emission in Fluorescent Nuclear Track Detectors for Ion Beam Therapy Research by Rösch, Thomas Federico underlies the terms Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Deutschland

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Abstract

For studies on the mechanisms of proton and ion radiotherapy it is necessary to have a detector able to quantify local energy deposition on nano- to micrometer scales. Fluorescent nuclear track detectors (FNTDs) based on biocompatible doped alumina single crystals fulfill these criteria. However, the concentration of fluorescent color centers can vary from detector to detector and even within the same sample. This can hamper severely the application of FNTDs. This work's purpose was therefore to investigate the relations between (usually used) red/near IR and (hitherto unused) blue/green fluorescence and corresponding color center concentrations and their influence on the detector sensitivity as well as to assess the feasibility of employing the blue-greenish fluorescence (blue channel) for quantification and normalization. The study was mainly done on a set of 20 differently colored, hand-selected unirradiated FNTDs representing the span of coloration found during the crystal growth process. We found out that is feasible to read out the blue channel consistently with our standard equipment. The blue/green fluorescence before irradiation (and after until 10 Gy) is a good measure for the total color center concentration. Both the sensitivity and the background (before irradiation) were found to correlate significantly with the blue signal after irradiation, allowing for normalization of intersample variability. We did not find saturation of blue signal for doses up to 10 kGy which might open the use of FNTD for high dose measurements. New laser dependent color center depletion was discovered with yet unclear implications for dosimetry. We also found that simple optical absorption measurements for coloration do not replace blue channel measurements.

Translation of abstract (German)

Zur Erforschung der Mechanismen der Protonen- und Ionentherapie benötigt man Detektoren, die in der Lage sind Energiedepositionen auf Skalen von Mikro- bis Nanometern zu quantifizieren. Auf dotiertem Aluminiumoxid basierende Fluoreszierende Kernspurdetektoren (FNTDs) sind dazu fähig. Die Tatsache, dass deren Konzentration an fluoreszierenden Farbzentren sowohl von Detektor zu Detektor, als auch innerhalb eines Detektors stark schwanken kann, kann die Anwendung der FNTDs erschweren. Deshalb befasst sich diese Arbeit mit dem Zusammenhang zwischen der häufig genutzten Fluoreszenz mit roter Absorptionsbande und der bisher ungenutzten Fluoreszenz mit blauer Absorption und den dazugehörigen Farbzentren, sowie mit dessen Einfluss auf die Detektorsensitivität. Es soll auch die Möglichkeit eingeschätzt werden die bisher ungenutzte blau-grüne Fluoreszenz (blauer Kanal) zur Quantifizierung und Normalisierung zu benutzen. Die Versuche wurden hauptsächlich an einer Reihe von 20 handverlesenen FNTDs durchgeführt, die das während der Kristallzüchtung auftauchende Spektrum an Kristallfarben abdecken. Es wurde gezeigt, dass ein konsistentes Auslesen des blauen Kanals mit den Standardmethoden möglich ist. Das blaue Signal vor Bestrahlung (und bis zu einer Dosis von 10 Gy) ist ein gutes Maß für die Gesamtkonzentration an Farbzentren. Sowohl Detektorsensitivität als auch der Hintergrund (vor Bestrahlung) sind signififikant mit dem blauen Signal nach Bestrahlung korreliert und erlauben dadurch eine Normalisierung unterschiedlicher Proben. Außerdem wurde eine neue laserabhängige Signalabnahme gefunden, dessen Folgen für die Dosimetrie noch nicht eingeschätzt werden können. Auch konnte beobachtet werden, dass einfache optische Absorptionsmessungen der Farbe der Detektoren nicht direkte Messungen des blauen Kanals ersetzen können.

Item Type: Bachelor thesis
Supervisor: Bachert, Prof. Dr. Peter
Date of thesis defense: 18 August 2013
Date Deposited: 13 Jan 2014 12:50
Date: 2013
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 530 Physics
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