Production and measurement of fast neutrons in a compact cyclotron for use in radiotherapy
Description
This paper relates the physical-technical fundamentals of fast neutron production for use in radiotherapy at the Deutsches Krebsforschungszentrum in Heidelberg. The available accelerator is a cyclotron of compact structure with relatively low particle energies, therefore the production of neutrons by the d → Be reaction performed usually with larger machines would not give satisfactory results with respect to dose rate and depth profile in the texture. A deuterium gas target is chosen which gives rise, besides the exothermal compound reaction, to only one competing endothermal process, when irradiated with deuterons. The gas target essentially consists of a deuterium-filled pressure vessel with a window for the ion beam which is directly cooled by circulating the target gas in a closed circuit. A computer code is described which allows the calculation of the neutron field in the beam axis on the basis of given cross-section and shopping power data, taking into account reaction kinematics and the spacial extention of the target. For different particle energies and target pressures spectral flux densities and integral quantities such as energy integrated flux densities, cerma doses, mean energies and mean cross sections are calculated. For the given deuteron energy of 11 MeV, a beam current of 100 μA and a target pressure of 13 atm (target length 30 cm) the neutron flux density amounts to 2 x 108 1/cm2s and the cerma rate is 60 rad/min in a distance of 1 m from the ion beam window. The measurement of the spectral flux density in the beam axis was performed using a recoil proton telescope with a thin radiator and semiconductor detectors.
Availability note (English)
MF available from INIS under the Report Number.Abstract (German)
Diese Arbeit bildet bezueglich der Neutronenerzeugung die physikalisch-technische Grundlage fuer die strahlentherapeutische Anwendung schneller Neutronen im Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Der zur Verfuegung stehende Beschleuniger ist ein Kompaktzyklotron mit vergleichsweise niedriger Teilchenendenergie, so dass die bei groesseren Geraeten uebliche d → Be-Reaktion zur Erzeugung der Neutronen hinsichtlich Dosisleistung und Tiefendosisverlauf im Gewebe keine zufriedenstellenden Ergebnisse liefern wuerde. Es wird ein Deuterium-Gas-Target gewaehlt, bei dem durch Beschuss mit Deuteronen neben der exothermen Compoundreaktion nur ein einziger konkurrierender endothermer Prozess moeglich ist. Das Gastarget besteht im wesentlichen aus einer mit Deuterium gefuellten Druckkammer, deren Eintrittsfenster fuer den Ionenstrahl durch Umwaelzen des Targetgases in einem geschlossenen Kreislauf direkt gekuehlt wird. Es wird ein Rechenprogramm beschrieben, das mit Hilfe bekannter Daten fuer Wirkungsquerschnitte und Bremsvermoegen unter Beruecksichtigung der Reaktionskinematik und der raeumlichen Ausdehnung des Targets die Berechnung des Neutronenfeldes auf der Strahlachse erlaubt. Fuer verschiedene Einschussenergien und Targetdrucke werden die spektrale Flussdichte und integrale Groessen, wie energieintegrierte Flussdichte, Kermadosis, mittlere Energie und mittlere Wirkungsquerschnitte fuer einige Neutronennachweisreaktionen, berechnet. Fuer die vorgegebene Deuteronenenergie 11 MeV ist z.B. bei 100 μA Strahlstrom in 1 m Abstand von Ionenstrahlfenster die Neutronenflussdichte 2,108 1/cm2s und die Kermarate 60 rad/min, wenn der Druck im 30 cm langen Target 13 atm betraegt. Die Messung der spektralen Flussdichte auf der Strahlachse erfolgt mit Hilfe eines Rueckstossprotonenteleskops mit duennem Radiator und Halbleiterdetektoren. (orig.)
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Additional titles
- Original title (German)
- Die Erzeugung und Messung schneller Neutronen an einem Kompaktzyklotron fuer die Anwendung in der Strahlentherapie
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 132 p.
- Report number
- GSF-S--465
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 8340788
- Subject category
- S07: ISOTOPES AND RADIATION SOURCES; S60: APPLIED LIFE SCIENCES;
- Descriptors DEI
- COMPARATIVE EVALUATIONS; CYCLOTRONS; DEPTH DOSE DISTRIBUTIONS; DEUTERIUM TARGET; DEUTERON BEAMS; ENERGY DEPENDENCE; NEUTRON DOSIMETRY; NEUTRON FLUX; NEUTRON SOURCES; NEUTRON SPECTROSCOPY; NEUTRON THERAPY; PERFORMANCE TESTING; PROTON RECOIL DETECTORS; RADIATION DOSES
- Descriptors DEC
- ACCELERATORS; BEAMS; CYCLIC ACCELERATORS; DOSIMETRY; ION BEAMS; MEASURING INSTRUMENTS; MEDICINE; NEUTRON DETECTORS; PARTICLE SOURCES; RADIATION DETECTORS; RADIATION DOSE DISTRIBUTIONS; RADIATION FLUX; RADIATION SOURCES; RADIOTHERAPY; SPATIAL DOSE DISTRIBUTIONS; SPECTROSCOPY; TARGETS; TESTING; THERAPY
Optional Information
- Notes
- With figs., tabs. and refs.