A Study of Dosimetric Characteristics of a Diamond Detector for Small Field Photon Beams

광자선 소조사면에 대한 다이아몬드 검출기의 선량특성에 관한 연구

It is difficult to determine dosimetric characteristics for small field photon beams since such small fields do not achieve complete lateral electronic equilibrium and have steep dose gradients. Dosimetric characteristics of small field 4, 6, and 10 MeV photon beams have been measured in water with a diamond detector and compared to measurements using small volume cylindrical and plane parallel ionization chambers. Percent depth dose (PDD) and beam profiles for 6 and 10 MeV photon beams were measured with diamond detector and cylindrical ion chamber for small fields ranging from $1{\times}1\;to\;4{\times}4cm^2$. Total scatter factors($S_{c,p}$) for 4, 6, and 10 MeV photon beams were measured with diamond detector, cylindrical and plane parallel ion chambers for small fields ranging from $1{\times}1\;to\;4{\times}4cm^2$. The $S_{c,p}$ factors obtained with three detectors for 4, 6, and 10 MeV photon beams agreed well ($\pm1.2%$) for field sizes greater than $2{\times}2,\;2.5{\times}2.5,\;and\;3{\times}3\;cm^2$, respectively. For smaller field sizes, the cylindrical and plane parallel ionization chambers measure a smaller $S_{c,p}$ factor, as a result of the steep dose gradients across their sensitive volumes. The PDD values obtained with diamond detector and cylindrical ionization chamber for 6 and 10MeV photon beams agreed well ($\pm1.5%$) for field sizes greater than $4{\times}4\;cm^2$. For smaller field sizes, diamond detector produced a depth-dose curve which had a significantly shallower falloff than that obtained from the measurements of relative depth-dose with a cylindrical ionization chamber. For the measurements of beam profiles, a distortion in terms of broadened penumbra was observed with a cylindrical ionization chamber since diamond detector exhibited higher spatial resolution. The diamond detector with small sensitive volume, near water equivalent, and high spatial resolution is suitable detector compared to ionization chambers for the measurements of small field photon beams.

고 에너지 광자선 소조사면에 대한 선량 특성은 조사면내의 급격한 선량 변화와 측면 전자 평형상태하의 측정이 어려우므로 정확하게 파악하기 어렵다. 다이아몬드 검출기를 이용하여 광자선 에너지 4, 6, 그리고 10 MeV에 대한 소조사면의 선량특성을 측정하였고 그 값들을 작은 용적의 원통형과 평행평판형 이온함의 선량특성과 비교하였다. 다이아몬드 검출기와 원통형 이온함을 이용하여 의료용 선형가속기에서 방출되는 광자선 에너지 6 MeV X-선, 10 MeV X-선에 대한 소조사면($1{\times}1,\;1.5{\times}1.5,\;2{\times}2,\;3{\times}3,\;4{\times}4\;cm^2$)에 대하여 심부선량백분율, 측면 선량분포를 측정하였다. 또한 다이아몬드 검출기, 원통형 이온함 및 평행평판형 이온함을 이용하여 광자선 에너지 4 MeV X-선, 6 MeV X-선 및 10 MeV X-선으로 소조사면의 크기를 $1{\times}1\;cm^2$에서 $0.5\;cm^2$간격으로 $4{\times}4\;cm^2$까지 변화하면서 출력계수를 측정하였다. 세 가지 측정기에 대한 출력계수를 비교한 결과 광자선 에너지 4 MeV X-선은 조사면의 크기 $2{\times}2\;cm^2$, 6 MeV X-선은 $2.5{\times}2.5\;cm^2$ 그리고 10 MeV X-선은 $3{\times}3\;cm^2$이상에서 출력계수가 $\pm$1.2% 내외로 잘 일치하였으나 원통형과 평행평판형 이온함에 대한 출력계수는 조사면의 크기가 작아질수록 다이아몬드의 검출기와 비교하여 낮게 평가되었는데 이는 원통형과 평행평판형 이온함의 측면전자평형상태가 이루어지지 않아 낮게 평가되었다. 광자선 에너지 6 MeV X-선과 10 MeV X-선에 대한 심부선량백분율은 다이아몬드 검출기와 원통형 이온함이 조사면의 크기 $3{\times}3\;cm^2$까지 $\pm$1.5% 내외로 잘 일치하였으나 조사면의 크기가 작고 깊이가 깊어짐에 따라 다이아몬드의 심부선량백분율이 크게 평가되었다. 측면 선량분포는 원통형 이온함의 반음영의 크기가 측정된 소조사면에 대하여 다이아몬드 검출기보다 크게 나타났다. 측면 선량분포는 다이아몬드 검출기가 상대적으로 이온함에 비해 민감 용적이 작고 높은 분해능을 가지므로 반음영이 작은 것으로 사료된다. 따라서 고 에너지 광자선 소조사면에 대한 선량 측정시 검출기의 민감 용적이 작고 분해능이 우수하며 물과 등가인 다이아몬드 검출기는 이온함에 비해 상대적으로 우수한 것으로 생각된다.