As part of IAEA CRP on "Compilation and evaluation of photonuclear data for applications", we evaluated photoproduction data of Mo, Zn, S and Cl isotopes for medical use and biological applications. Available experimental data were collected and their discrepancies were analyzed to select or reconstruct the representative data set. The photoabsorption cross sections were then evaluated tv applying the Giant Dipole Resonance (GDR) model for the energies below about 30 MeV and the quasi-deuteron model for energies below 140 MeV. The resulting representative photoabsorption data were given as input for the theoretical calculations for the emission process of light nuclei including neutron, proton, deuteron, triton, $^3He$, alpha particles and gamma rays by use of the Hauser-Feshbach and the preequilibrium model.
Background: Activation of air and water in the electron linear accelerator for medical use has not been considered severely. By the new Japanese regulation for protection of radiation hazard, it became indispensable to evaluate of activation of air and water in the accelerator room. The measurement of induced activity in air and water components in the electron energy region of 10 to 20 MeV is very difficult, because this energy region is close to the threshold energy region of photonuclear reactions. Then, we measured the photonuclear reaction yields of $^{13}N$, $^{15}O$, and $^{11}C$ by using the electron linear accelerator. Obtained data were compared with the data calculated by the Monte Carlo method. Materials and Methods: An activation experiment was performed at the Research Center for Electron Photon Science, Tohoku University. Highly purified $SiO_2$, $Si_3N_4$, and carbon disks were irradiated for 10 minutes by bremsstrahlung converted by a tungsten plate. Induced activity from C, N, and O was obtained. Monte Carlo calculation was performed using MCNP5 and AERY (DCHAIN-SP) to simulate the experimental condition. Cross section data were adopted the KAERI dataset. Results and Discussion: In our experiment in hospital, calculated values were not agreed with experimental values. It might be three possible reasons as the cause of this deference, such as irradiation energy, calculation procedure and cross section data. Obtained data of this work, calculated and experimental values were good agreement with each other within one order. In this work, we used KAERI dataset of photonuclear reaction instead of JENDL. Therefore, it was found that the photonuclear cross section data of light elements are most important for yield calculation in these reactions. Conclusion: Further improvement for calculation using a new dataset JENDL/PD-2015 and considering electron energy spreading will be needed.
Prompt gamma ray from the natural Indium sample was measured by using an assembly of BGO($Bi_4Ge_3O_{12}$) scintillation detectors in the neutron energy region from 1 to 300 eV. The assembly was composed of pieces of BGO. The spectrometer was composed geometrically as total energy absorption detector. 46-MeV electron linear accelerator which is located at Research Reactor Institute, Kyoto University used for neutron sources from photonuclear reaction. The measurement of the neutron capture resonances was performed to below neutron energy 1 keV, because of strong X-ray effect from photonuclear reaction in Ta target and short distance from the target to an assembly of detector. The distance of neutron flight path is $12.7{\pm}0.02m$. The large neutron capture resonances were measured from 1 to 400 eV. The energy in the capture resonance was compared with the evaluated values. The large resonances were seen in the present measurement. General agreement can be seen between the present measurement and the previous evaluated data in relevant energy region. In the present study, we measured the continues resonance structure above 1 keV neutron energy region. 91.49 eV new neutron capture resonance was found in present measurement.
In this study, the neutron capture cross section of $^{180}Ta$(natural existence ratio: 0.012 %) obtain by measuring has been compared with the evaluated data for the capture data. In generally, the neutron capture resonance is defined as Breit-Wigner formula. The formula consists of the resonance parameters such as neutron width, total width and neutron width. However in the case of $^{180}Ta$, these are very poor experimental neutron capture cross section data and resonance information in below 10 eV. Therefore, in the study, we analyzed the neutron resonance of $^{180}Ta$ with the measuring the prompt gamma-ray from the sample. And the resonance was compared with the evaluated data by Mughabghab, ENDF/B-VII, JEFF-3.1 and TENDL 2012. Neutron sources from photonuclear reaction with 46-MeV electron linear accelerator at Research Reactor Institute, Kyoto University used for cross section measurement of $^{180}Ta(n,{\gamma})^{181}Ta$ reaction. $BGO(Bi_4Ge_3O_{12})$ scintillation detectors used for measurement of the prompt gamma ray from the $^{180}Ta(n,{\gamma})^{181}Ta$ reaction. The BGO spectrometer was composed geometrically as total energy absorption detector.
Kwon, Na Hye;Jang, Young Jae;Kim, Jinsung;Kim, Kum Bae;Yoo, Jaeryong;Ahn, So Hyun;Kim, Dong Wook;Choi, Sang Hyoun
Progress in Medical Physics
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v.32
no.4
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pp.145-152
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2021
Purpose: During the treatments of cancer patients with a linear accelerator (LINAC) using photon beams with energies ≥8 MV, the components inside the LINAC head get activated through the interaction of photonuclear reaction (γ, n) and neutron capture (n, γ). We used spectroscopy and measured the dose rate for the LINAC in operation after the treatment ended. Methods: We performed spectroscopy and dose rate measurements for three units of LINACs with a portable high-purity Germanium (HPGe) detector and a survey meter. The spectra were obtained after the beams were turned off. Spectroscopy was conducted for 3,600 seconds, and the dose rate was measured three times. We identified the radionuclides for each LINAC. Results: According to gamma spectroscopy results, most of the nuclides were short-lived radionuclides with half-lives of 100 days, except for 60Co, 65Zn, and 181W nuclides. The dose rate for three LINACs obtained immediately in front of the crosshair was in the range of 0.113 to 0.129 µSv/h. The maximum and minimum dose rates measured on weekends were 0.097 µSv/h and 0.092 µSv/h, respectively. Compared with the differences in weekday data, there was no significant difference between the data measured on Saturday and Sunday. Conclusions: Most of the detected radionuclides had half-lives <100 days, and the dose rate decreased rapidly. For equipment that primarily used energies ≤10 MV, when the equipment was transferred after at least 10 minutes after shutting it down, it is expected that there will be little effect on the workers' exposure.
In this study, we analyzed the incidence of side effects of photoneutron dose according to the number of beams during intensity-modulated radiotherapy of prostate cancer using 15 MV. The radiation treatment plan design for intensity-modulated radiation therapy for prostate cancer was established with a prescription dose of 220 cGy per dose and a total of 7260 cGy for 33 treatments. The linear accelerator used in the experiment is Varian's True Beam STx (Varian, USA). Photoneutron dose was generated by using 15 MV energy in the planning target volume (PTV). The treatment plan was designed with IMRT 5, 7, and 9 portals using the Eclipse System (Varian Ver 10.0, USA). An optically stimulated luminescence albedo neutron dosimeter (Landauer Inc., USA) was used to measure photoneutron dose. IMRT 5 portals, 1.7 per 1,000, 7 portals, 1.8 per 1,000, 9 portals, 2.0 per 1,000 were calculated as the probability of experiencing side effects on the thyroid gland due to photoneutron dose. This study studies the risk of secondary radiation exposure dose that can occur during intensity-modulated radiation therapy, and it is considered that it will be used as useful data in relation to stochastic effects in the future.
Park, Byoung Suk;Ahn, Jong Ho;Kwon, Dong Yeol;Seo, Jeong Min;Song, Ki Weon
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.25
no.1
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pp.9-14
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2013
Purpose: High-energy radiotherapy with 10 MV or higher develops photoneutron through photonuclear reaction. Photoneutron has higher radiation weighting factor than X-ray, thus low dose can greatly affect the human body. An accurate dosimetric calculation and consultation are needed. This study compared and analyzed the dose change of photoneutron in terms of space according to the size of photon beam energy and treatment methods. Materials and Methods: To measure the dose change of photoneutron by the size of photon beam energy, patients with the same therapy area were recruited and conventional plans with 10 MV and 15 MV were each made. To measure the difference between the two treatment methods, 10 MV conventional plan and 10 MV IMRT plan was made. A detector was placed at the point which was 100 cm away from the photon beam isocenter, which was placed in the center of $^3He$ proportional counter, and the photoneutron dose was measured. $^3He$ proportional counter was placed 50 cm longitudinally superior to and inferior to the couch with the central point as the standard to measure the dose change by position changes. A commercial program was used for dose change analysis. Results: The average integral dose by energy size was $220.27{\mu}Sv$ and $526.61{\mu}Sv$ in 10 MV and 15 MV conventional RT, respectively. The average dose increased 2.39 times in 15 MV conventional RT. The average photoneutron integral dose in conventional RT and IMRT with the same energy was $220.27{\mu}Sv$ and $308.27{\mu}Sv$ each; the dose in IMRT increased 1.40 times. The average photoneutron integral dose by measurement location resulted significantly higher in point 2 than 3 in conventional RT, 7.1% higher in 10 MV, and 3.0% higher in 15 MV. Conclusion: When high energy radiotherapy, it should consider energy selection, treatment method and patient position to reduce unnecessary dose by photoneutron. Also, the dose data of photoneutron needs to be systematized to find methods to apply computerization programs. This is considered to decrease secondary cancer probabilities and side effects due to radiation therapy and to minimize unnecessary dose for the patients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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