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Study of the charge collection efficiency in air vented ionization chambers in UHDR proton beams

par Gérard, Pierre
Promoteur De Lentdecker, Gilles
Co-Promoteur Flandroy, Quentin
Publication Non publié, 2024-06-04

Mémoire

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Résumé :

We have studied the measurement of delivered dose in medical physics, particularly in the context of the challenges posed by FLASH proton therapy. Using plane- parallel gaseous detectors, we address the complications due to ionic recombination that can affect the accuracy of dose measurement. Ion recombination results in charge neutralization and reduced current measurements. To address this, we have tried to extend J. W. Boag’s model, commonly used in conventional proton therapy, to account for the higher doses up to 400 pC per pulse required by FLASH therapy. Based on IBA’s measurements, we analyzed the impact of the beam profile, which proved to be minor, and the free electron fraction (FEF) on recombinations. Using Garfield++ simulation software, we studied the case of a variable FEF and partially validated the use of the software for simulating air-vented ionization chambers. We found a discrepancy between the simulation and the literature, likely due to incorrect attachment cross sections, which we referred to the authors of the software. Finally, we propose a protocol to measure the FEF in plane parallel ionization chambers independently from Hochhäuser’s 1994 works.

Nous avons étudié la mesure de la dose délivrée en physique médicale, en particulier dans le contexte des défis posés par la protonthérapie FLASH. En utilisant des détecteurs à gaz plan parallèles, nous avons abordé les complications dues à la recombinaison ionique qui peuvent affecter la précision de la mesure de la dose. La recombinaison des ions entraîne une neutralisation de la charge et une réduction de la mesure du courant. Pour répondre à cette question problématique, nous avons essayé d’étendre le modèle de J. W. Boag, courament utilisé en protonthérapie conventionnelle, afin de prendre en compte les doses plus élevées, jusqu’à 400 pC par impulsion, requises par la thérapie FLASH. Sur la base des mesures d’IBA, nous avons analysé l’impact du profil du faisceau, qui s’est avéré mineur, et de la fraction d’électrons libres (FEF) sur les recombinaisons. En utilisant le logiciel de simulation Garfield++, nous avons étudié le cas d’une FEF variable et validé partiellement l’utilisation du logiciel dans le cas de la simulation de chambres à ionization à air. Nous avons trouvé une divergence entre la simulation et la littérature probablement due à une section efficace d’attachement erronée que nous avons signalée aux auteurs du logiciel. Enfin, nous proposons un protocole de mesure de la FEF pour des chambres d’ionisation plan parallèles, indépendamment des travaux de Hochhäuser de 1994.