Yaklaşık doku eşdeğeri olan BC-408 plastik sintilatörün radyolojik bölgedeki 40-120 keV X-ışınlarına ve 60-1333 keV gama ışınlarına karşı tepkisinin incelenmesi
Investigation of energy response of approximate tissue equivalence BC-408 plastic scintillator to the X-rays of 40-120 keV region used in radiology and the gamma rays of 60-1333 keV region
Yazar: YAPRAK ENGİN
Danışman: PROF. DR. HALUK YÜCEL
Ankara Üniversitesi / Nükleer Bilimler Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Son yıllarda, plastik sintilatörlerin(PS), yüksek duyarlılıkları ve yaklaşık doku eş değeri olmaları nedeniyle radyolojideki X-ışını ve radyoterapide gama ışını uygulamalarında, medikal dozimetre olarak kullanımları artmıştır. Bu tez çalışmasında, ticari olarak elde edilebilir, poliviniltoluen(PVT) esaslı BC-408 (Bicron Corp) plastik sintilatörün enerji bağımlılığının incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, X-ışın tüpü kendi filtrelemesi ve ilave fitlreler eklenerek elde edilen ISO dar demet serisi X-ışını demet kaliteleri ve IEC RQA serisi demet kalitelerindeki X-ışınlarıyla, mobil 3D-radyometrik bir benç üzerine yerleştirilen BC-408 PS dedektörü ışınlanmıştır. Önce, bu demet kaliteleri, hava kerma doz hızları biriminde ISO ve IEC protokollerine uygun olarak 28 cm3 ve 30 cm3 iyon odaları ile birlikte bir elektrometre (UNIDOS, PTW tipi) kullanılarak kalibre edilmiştir. Daha sonra, puls sayım yöntemiyle kalın (7.62cmx7.62cm) bir BC-408 dedektörün radyasyon doz bağımlılığı, filtresiz ve filtreli demet kalitelerinde ve bir standard ISO su- vücut fantomu gerisinde ölçümler yapılarak ölçülmüştür. Ayrıca, PS dedektörün foton enerji tepkisi, raddyoizotop kaynaklarından yayınlanan ve kolüme edilen gama ışınlarının 60-1332,5 keV enerji aralığında ölçülmüştür. Bir BC-408 sintilatörünün tepkisinin enerji bağımlılığı bilgisini elde edilmesinde, tüm ölçümler fotoçoğaltıcının aynı gerilim ve aynı kazanç ayarlarında yapılmıştır.BC-408 PS malzemesi, diagnostik radyolojide kullanılan X-ışınlarıyla ışınlandığında, beklenen enerji bağımlılığı yaklaşık lineerdir, ancak düşük foton enerjilerindeki iyonlaşmanın sönümlenmesi nedeniyle, soğurulan doza karşı ölçülen sayım hızlarındaki düşüş için uygun bir dönüştürme faktörüne gereksinim vardır. Puls sayım tekniği ile kalın bir PS dedektörünün enerji tepkisi, filtresiz ve filtreli X-ışını demetlerinde su vücut fantomu ile 40-120 keV X-ışını aralığında ölçüldüğünde, enerji bağımlılığı fikri desteklenmektedir. Diğer yandan, 60-1332,5 keV gama ışını enerji aralığında BC-408 tepkisi düzgün bir davranış göstermiştir, ancak kalın bir PS içinde çoklu Compton saçılmaları nedeniyle sayım hızlarında bazı değişmeler gözlenmiştir. Bu sonuçlar, özellikle yüksek enerjili gama ışınlarının kullanılacağı plastik sintilasyon dozimetresinde, daha küçük boyutlu ve ince PS BC-408 ile daha uygun yapılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
As a medical dosimeter, plastic scintillators(PS) for the X-ray applications used in radiology and high energy gamma rays in radiotherapy has increasingly used in recent years because of their high sensitivity and nearly tissue equivalence. In this thesis, it is aimed at investigating the energy dependence of a commercially available BC-408 PS (Bicron Corp.), based on polyvinyletoluene (PVT) For this purpose, several X-ray beam qualities such as ISO narrow series and of IEC RQA series,obtained from an X-ray tube with additional filtrations. They were used for the irradiations of the present PS detector placed in a mobile 3D-radiometric bench. First, the radiation beam qualities were calibrated in terms of air kerma rates, using the well-defined protocols according to particular ISO and IEC standards by employing a 28 cm3 and a 30 cm3 PTW-type ion-chambers with an electrometer (UNIDOS, PTW). Then, the response of a thick BC-408 (7.62cmx7.62cm) PS detector were measured with the X-ray beams with additional filtrations and with no filtration (inherent filtration), and using the ISO water body phantom by pulse counting method. Additionally, the energy response of the present PS detector was measured by using the collimated gama rays of 60-1332.5 keV from the radioisotope sources. All measurements were made using the same photomultiplier tube voltage and gain settings to obtain information on the energy dependence of BC-408 scintillator.The present BC-408 PS material showed desirable linear energy dependence behaviour when exposed to X-ray beams used in diagnostic radiology, however, it should be noted that an appropriate conversion factor requires for the response of the PS detector deviated from the linear dependence in the measured pulse rate versus the absorbed dose due to ionization quenching at low energies. When the X-ray beams with additional filtrations and with no filtration in the 40-120 keV energy range were used for the irradiations of the PS detector behind the ISO water body phantom, the measured results for the response of the PS detector by pulse counting method also supports the above argument, that is, there is still an energy dependence in that energy range. In addition, the measured responses of BC-408 to various gamma rays between 60 to 1332.5 keV energies show good energy linearity, thus resulting in a flat response up to 1.33 MeV. However some variations were observed in the measured responses, due to multiple Compton scatterings in our case of thick plastic scintillator. This implies that the thin and small size BC-408 PS materials might be suitable for plastic scintillation dosimetry for the measurement of the high doses from the high energy gamma rays