Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.222-224
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2002
In proton and heavy ion radiotherapy, compensators are required to modify the energy of heavy ion, to compensate the local difference of tumor depth. Conventional compensators have to be created, exchanged, and stored for each patient and for each irradiation directions. A Cylinder Type Liquid Variable Compensator is and is under development. Hexagonal cylinders will be arranged in honeycomb structure. In which air and fluid are divided by hexagonal pistons. The position of each piston will be changed in each cylinder for adjusting the thickness of fluid for variable compensator. The location of each hexagonal piston is determined by each controlling cylinder connected to the hexagonal cylinder by inlet pipes of fluid. Each controlling cylinder includes controlling a piston, which is moved mechanically. Each controlling cylinder is to be moved by a motor driven by a computer.
With the advance of modern radiation therapy technique, radiation dose conformation and dose distribution have improved dramatically. However, the progress does not completely fulfi ll the goal of cancer treatment such as improved local control or survival. The discordances with the clinical results are from the biophysical nature of photon, which is the main source of radiation therapy in current field, with the lower linear energy transfer to the target. As part of a natural progression, there recently has been a resurgence of interest in particle therapy, specifically using heavy charged particles, because these kinds of radiations serve theoretical advantages in both biological and physical aspects. The Korean government is to set up a heavy charged particle facility in Korea Institute of Radiological & Medical Sciences. This review introduces some of the elementary physics of the various particles for the sake of Korean radiation oncologists' interest.
Na Hye Kwon;Hye Sung Park;Taehwan Kim;Sang Rok Kim;Kum Bae Kim;Jin Sung Kim;Sang Hyoun Choi;Dong Wook Kim
Progress in Medical Physics
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v.33
no.4
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pp.53-62
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2022
In this study, we have investigated the shielding evaluation methodology for facilities using kV energy generators. We have collected and analysis of safety evaluation criteria and methodology for overseas facilities using radiation generators. And we investigated the current status of shielding evaluation of domestic industrial radiation generators. According to the statistical data from the Radiation Safety Information System, as of 2022, a total of 7,679 organizations are using radiation generating devices. Among them, 6,299 facilities use these devices for industrial purposes, which accounts for a considerable portion of radiation. The organizations that use these devices evaluate whether the exposure dose for workers and frequent visitors is suitable as per the limit regulated by the Nuclear Safety Act. Moreover, during this process, the safety shields are evaluated at the facilities that use the radiation generating devices. However, the facilities that use radiating devices having energy less than or equal to 6 MV for industrial purposes are still mostly evaluated and analyzed according to the National Council on Radiation Protection and Measurements 49 (NCRP 49) report published in 1976. We have investigated the technical standards of safety management, including the maximum permissible dose and parameters assessment criteria for facilities using radiation generating devices, based on the NCRP 49 and the American National Standards Institute/Health Physics Society N.43.3 reports, which are the representative reports related to radiation shielding management cases overseas.
Hye Sung Park ;Na Hye Kwon ;Sang Rok Kim ;Hwidong Yoo;Jin Sung Kim ;Sang Hyoun Choi;Dong Wook Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.10
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pp.3854-3859
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2023
Background: This study aims to develop an evaluator that can quickly and accurately evaluate the shielding of low-energy industrial radiation generators. Methods: We used PyQt to develop a graphical user interface (GUI)-based program and employed the calculation methodology reported in the National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP)-49 for shielding calculations. We gathered the necessary factors for shielding evaluation using two libraries designed for Python, pandas and NumPy, and processed them into a database. We verified the effectiveness of the proposed program by comparing the results with those from safety reports of six domestic facilities. Results: After verifying the effectiveness of the program using the NCRP-49 example, we obtained an average error rate of 1.73%. When comparing the facility safety report and results obtained using the program, we found that the error rate was between 1.09% and 6.51%. However, facilities that did not use a defined shielding methodology were underestimated by 31.82% compared with the program (the final barrier thickness satisfied the shielding standard). Conclusion: The developed program provides a fast and accurate shielding evaluation that can assist personnel that work in radiation generator facilities and government officials in reviewing safety.
In order to solve the contradiction between requirements of high sampling rate for acquiring accurate energy information of pulses and large amount of data to be processed timely, the method with an algorithm to correct errors caused by reducing the sampling rate is normally used in front-end read-out system, which is conductive to extract accurate energy information from digitized waveform of pulse. The functions and effects of algorithms, which mainly include polynomial fitting with different fitting times, double exponential function fitting under different sampling modes, and integral area algorithm, are analyzed and evaluated, and some meaningful results is presented in this paper. The algorithm described in the paper has been used preliminarily in a prototype system of Positron Emission Tomography (PET) for heavy-ion cancer therapy facility.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.252-254
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2002
A new protocol for dosimetry in external beam radiotherapy is published by the Japan Society of Medical Physics (JSMP) in 2002. The protocol deals with proton and heavy ion beams as well as photon and electron beams, in accordance with IAEA Technical Report Series No. 398. To establish inter-institutional uniformity in proton beam dosimetry, an intercomparison program was carried out with the new protocol. The absorbed doses are measured with different cylindrical ionization chambers in a water phantom at a position of 30-mm residual range for a proton beam, that had range of 155 mm and a spread out Bragg peak (SOBP) of 60-mm width. As a result, the intercomparison showed that the use of the new protocol would improve the +/- 1.0 % (one standard deviation) and 2.7 % (maximum discrepancy) differences in absorbed doses stated by the participating institutions to +/- 0.3% and 0.9 %, respectively. The new protocol will be adopted by all of the participants.
As medical facilities are usually built at urban areas, special concrete aggregates and evaluation methods are needed to optimize the design of concrete walls by balancing density, thickness, material composition, cost, and other factors. Carbon treatment rooms require a high radiation shielding requirement, as the neutron yield from carbon therapy is much higher than the neutron yield of protons. In this case study, the maximum carbon energy is 430 MeV/u and the maximum current is 0.27 nA from a hybrid particle therapy system. Hospital or facility construction should consider this requirement to design a special heavy concrete. In this work, magnetite is adopted as the major aggregate. Density is determined mainly by the major aggregate content of magnetite, and a heavy concrete test block was constructed for structural tests. The compressive strength is 35.7 MPa. The density ranges from 3.65 g/cm3 to 4.14 g/cm3, and the iron mass content ranges from 53.78% to 60.38% from the 12 cored sample measurements. It was found that there is a linear relationship between density and iron content, and mixing impurities should be the major reason leading to the nonuniform element and density distribution. The effect of this nonuniformity on radiation shielding properties for a carbon treatment room is investigated by three groups of Monte Carlo simulations. Higher density dominates to reduce shielding thickness. However, a higher content of high-Z elements will weaken the shielding strength, especially at a lower dose rate threshold and vice versa. The weakened side effect of a high iron content on the shielding property is obvious at 2.5 µSv=h. Therefore, we should not blindly pursue high Z content in engineering. If the thickness is constrained to 2 m, then the density can be reduced to 3.3 g/cm3, which will save cost by reducing the magnetite composition with 50.44% iron content. If a higher density of 3.9 g/cm3 with 57.65% iron content is selected for construction, then the thickness of the wall can be reduced to 174.2 cm, which will save space for equipment installation.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.183-185
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2002
Heavy ion and proton therapy necessitate range weeks, which are time consuming. Three types of variable compensator, membrane type liquid variable compensator, are proposed by some of the authors to overcome the difficulties, by those arbitrarily thickness distribution of compensator obtained from treatment planning is created at the site of treatment. None of the ideas, however, is yet realized. In this research, we are trying to construct prototype membrane-type liquid variable compensator. This variable compensator partitions air and liquid with elasticity membrane and changes the surface of the elasticity membrane with the thread. The air and oil move through holes to and from the out of beam side of two boxes in which they are contained. The boxes are made of Plexiglas(PMMA), the thread which is made of nylon, the elasticity film which is made from latex for the moment.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.199-201
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2002
Cancer therapy using high-energy $^{12}$ C ions is successfully under way at HIMAC, Japan. An alternative beam to $^{12}$ C is $^{11}$ C ions. The merit of $^{11}$ C over $^{12}$ C is its capability for monitoring spatial distribution of the irradiated $^{11}$ C by observing the $\beta$$^{+}$ decay with a good position resolution. One of the several problems to be solved before its use for therapy is the amount of nuclear interaction that deteriorates the dose concentration owing to the Bragg curve. Utilizing the dedicated secondary beam course for R&D studies at HIMAC, we measured the total energy loss of $^{11}$ C ions in a scintillator block that simulates the soft tissue in human bodies. In addition to the total absorption $^{11}$ C peak, non-negligible bump-shaped contribution is observed in the energy spectrum. The origin of the bump contribution can be nuclear interaction of the incident $^{11}$ C ions with hydrogen and carbon atoms. Further studies to reduce the ambiguity in dose distribution are mentioned.
Background: Carbon ion therapy has achieved satisfactory results. However, patients have a risk to get a secondary cancer. In order to estimate the risk, it is essential to understand particle transportation and nuclear reactions in the patient's body. The particle transport Monte Carlo simulation code is a useful tool to understand them. Since the code validation for heavy ion incident reactions is not enough, the experimental data of the elementary reaction processes are needed. Materials and Methods: We measured neutron production double-differential cross-sections (DDXs) on a carbon bombarded with 430 MeV/nucleon carbon beam at PH2 beam line of HIMAC facility in NIRS. Neutrons produced in the target were measured with NE213 liquid organic scintillators located at six angles of 15, 30, 45, 60, 75, and $90^{\circ}$. Results and Discussion: Neutron production double-differential cross-sections for carbon bombarded with 430 MeV/nucleon carbon ions were measured by the time-of-flight method with NE213 liquid organic scintillators at six angles of 15, 30, 45, 60, 75, and $90^{\circ}$. The cross sections were obtained from 1 MeV to several hundred MeV. The experimental data were compared with calculated results obtained by Monte Carlo simulation codes PHITS, Geant4, and FLUKA. Conclusion: PHITS was able to reproduce neutron production for elementary processes of carbon-carbon reaction precisely the best of three codes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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