The measurements of X-ray production cross-sections for 0.5~1.2-MeV proton beam are carried out on Cu and Au. For this experiment, the proton tram generated from the SNU 1.5-MV Tandem Van do Graaff accelerator is Incident on the target. The X-rays and the backscattered protons from the irradiated target are detected simultaneously by the Si(Li) X-ray detector and the SSB (Silicone Surface Barrier) charged particle detector The measured values of X-ray production cross-sections are compared with other experimental values and theoretical values such as the PWBA (Plane Wave Born Approximation) and the ECPSSR(Perturbed Stationary State corrected Energy loss, Coulomb deflection, Relativistic effects) values. For measured cross-sections near 1.0- MeV proton energy, the ECPSSR (D.D. Cohenet al., 1985) shows better agreement than the PWBA. Particularly, that of Au for 1.2 MeV proton beam is 9.69$\pm$ 0.39 barns which deviates from the ECPSSR by less than 5%. and the experimental data for 0.5~1.2- MeV proton agree with most of other experimental values within 30%.
It is described that the proton beam induceds micro-size defects and electronic deep levels in n or p type single crystal silicon. Positron lifetime and Coincidence Doppler Broadening Positron Annihilation Spectroscopy were applied to study of characteristics of p type and n type silicon samples. In this investigation the numerical analysis of the Doppler spectra was employed to the determination of the shape parameter, S, defined as the ratio between the amount of counts in a central portion of the spectrum and the total counts of whole spectrum. The samples were exposed by 3.98 MeV proton beams ranging between 0 to ${\sim}10^{14}$ particles. The S-parameter values strongly depend on the irradiated proton beam, that indicated the defects generate more. Positron lifetime shows that positrons trapped in vacancies and lifetime ${\tau}_2$ increased according to proton irradiation.
Park, Chang-Hyun;Park, Dahl;Park, Dong-Hyun;Park, Sung-Yong;Shin, Kyung-Hwan;Kim, Dae-Yong;Cho, Kwan-Ho
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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pp.116-118
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2002
It has been noted that Monte Carlo simulations are the most accurate method to calculate dose distributions in any material and geometry. Monte Carlo transport algorithms determine the absorbed dose by following the path of representative particles as they travel through the medium. Accurate Monte Carlo dose calculations rely on detailed modeling of the radiation source. We modeled the effects of beam modifiers such as collimators, blocks, wedges, etc. of our accelerator, Varian Clinac 600C/D to ensure accurate representation of the radiation source using the EGSnrc based BEAM code. These were used in the EGSnrc based DOSXYZ code for the simulation of particles transport through a voxel based Cartesian coordinate system. Because Monte Carlo methods use particle-by-particle methods to simulate a radiation transport, more particle histories yield the better representation of the actual dose. But the prohibitively long time required to get high resolution and accuracy calculations has prevented the use of Monte Carlo methods in the actual clinical spots. Our ultimate aim is to develop a Monte Carlo dose calculation system designed specifically for radiation therapy planning, which is distinguished from current dose calculation methods. The purpose of this study in the present phase was to get dose calculation results corresponding to measurements within practical time limit. We used parallel processing and some variance reduction techniques, therefore reduced the computational time, preserving a good agreement between calculations of depth dose distributions and measurements within 5% deviations.
Background: There are several proton therapy facilities in operation or planned in Taiwan, and these facilities are anticipated to not only treat cancer but also provide beam services to the industry or academia. The simplified approach based on the Monte Carlo-based data sets (source terms and attenuation lengths) with the point-source line-of-sight approximation is friendly in the design stage of the proton therapy facilities because it is intuitive and easy to use. The purpose of this study is to expand the Monte Carlo-based data sets to allow the simplified approach to cover the application of proton beams more widely. Materials and Methods: In this work, the MCNP6 Monte Carlo code was used in three simulations to achieve the purpose, including the neutron yield calculation, Monte Carlo-based data sets generation, and dose assessment in simple cases to demonstrate the effectiveness of the generated data sets. Results and Discussion: The consistent comparison of the simplified approach and Monte Carlo simulation results show the effectiveness and advantage of applying the data set to a quick shielding design and conservative dose assessment for proton therapy facilities. Conclusion: This study has expanded the existing Monte Carlo-based data set to allow the simplified approach method to be used for dose assessment or shielding design for beam services in proton therapy facilities. It should be noted that the default model of the MCNP6 is no longer the Bertini model but the CEM (cascade-exciton model), therefore, the results of the simplified approach will be more conservative when it was used to do the double confirmation of the final shielding design.
Depth of prostate volume from the skin can vary due to intra-fractional and inter-fractional movements, which may result in dose reduction to the target volume. Therefore we evaluated the feasibility of automated depth determination-based adaptive proton therapy to minimize the effect of inter-fractional movements of the prostate. Based on the center of mass method, using three fiducial gold markers in the prostate target volume, we determined the differences between the planning and treatment stages in prostate target location. Thirty-eight images from 10 patients were used to assess the automated depth determination method, which was also compared with manually determined depth values. The mean differences in prostate target location for the left to right (LR) and superior to inferior (SI) directions were 0.9 mm and 2.3 mm, respectively, while the maximum discrepancies in location in individual patients were 3.3 mm and 7.2 mm, respectively. In the bilateral beam configuration, the difference in the LR direction represents the target depth changes from 0.7 mm to 3.3 mm in this study. We found that 42.1%, 26.3% and 2.6% of thirty-eight inspections showed greater than 1 mm, 2 mm and 3 mm depth differences, respectively, between the planning and treatment stages. Adaptive planning based on automated depth determination may be a solution for inter-fractional movements of the prostate in proton therapy since small depth changes of the target can significantly reduce target dose during proton treatment of prostate cancer patients.
Purpose: Particle beam therapy is advantageous over photon therapy. However, adequately delivering therapeutic doses to tumors near critical organs is difficult. Nanoparticle-aided radiation therapy can be used to alleviate this problem, wherein nanoparticles can passively accumulate at higher concentrations in the tumor tissue compared to the surrounding normal tissue. In this study, we investigate the dose enhancement effect due to gold nanoparticle (GNP) when Carbon-12, He-4, and proton beams are irradiated on GNP. Methods: First, monoenergetic Carbon-12 and He-4 ion beams of energy of 283.33 MeV/u and 150 MeV/u, respectively, and a proton beam of energy of 150 MeV were irradiated on a water phantom of dimensions 30 cm×30 cm×30 cm. Subsequently, the secondary-particle information generated near the Bragg peak was recorded in a phase-space (phsp) file. Second, the obtained phsp file was scaled down to a nanometer scale to irradiate GNP of diameter 50 nm located at the center of a 4 ㎛×4 ㎛×4 ㎛ water phantom. The dose enhancement ratio (DER) was calculated in intervals of 1 nm from the GNP surface. Results: The DER of GNP computed at 1 nm from the GNP surface was 4.70, 4.86, and 4.89 for Carbon-12, He-4, and proton beams, respectively; the DER decreased rapidly with increasing distance from the GNP surface. Conclusions: The results indicated that GNP can be used as radiosensitizers in particle beam therapy. Furthermore, the dose enhancement effect of the GNP absorbed by tumor cells can aid in delivering higher therapeutic doses.
Park, Jong Hoon;Lee, Han Rim;Kim, Sung Hun;Kim, Chan Hyeong;Shin, Dong Ho;Lee, Se Byeong;Jeong, Jonh Hwi
Progress in Medical Physics
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제27권1호
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pp.37-45
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2016
In proton therapy, in vivo proton beam range verification is very important to deliver conformal dose to the target volume and minimize unnecessary dose to normal tissue. For this purpose, a multi-slit prompt-gamma camera module made of 24 scintillation detectors and 24-channel signal processing system is under development. In the present study, we have developed and tested a dual-mode signal processing system, which can operate in the energy calibration mode and the fast data acquisition mode, to process the signals from the 24 scintillation detectors. As a result of performance test, using the energy calibration mode, we were able to perform energy calibration for the 24 scintillation detectors at the same time and determine the discrimination levels for the detector channels. Further, using the fast data acquisition mode, we were able to measure a prompt-gamma distribution induced by a 45 MeV proton beam. The measured prompt gamma distribution was found similar to the proton dose distribution at the distal fall-off region, and the estimated beam range was $17.13{\pm}0.76mm$, which is close to the proton beam range of 16.15 mm measured by an EBT film.
Kim, Jong-yeol;Kim, Young-woong;Ryu, Guk-been;Hwang, Young-gwan;Lee, Min-Woong;Song, Keun-young
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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한국정보통신학회 2022년도 추계학술대회
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pp.623-625
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2022
In this paper, the proton induced attenuation characteristics were evaluated for 5 types of commercial single-mode optical fibers using a proton accelerator. The proton beam used in the irradiation test has a high energy of 100 MeV class, and the test was performed by setting the uniformity of the beam irradiation area to 10% or less. According to the type of optical fiber (internal material, impurities), the radiation induced attenuation by the proton irradiation showed a noticeable difference.
Research about the proton nuclear reaction is actively achieving on the proton therapy including material development of fusion reactor. The proton induced gamma ray energy(2754, 1386 keV) spectrum of 27Al(p,3p+n)24Na reaction was measured with 100 MeV high energy proton beam. The proton beam in the experiment was derived from 100 MeV proton linear accelerator in the KOMAC. We measured the gamma ray intensity ratio of the decay level from the energy spectrum. The previous results have been compared with the current result. Strength of measured gamma rays will provide very important information though decide high energy gamma radiation detection efficiency.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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한국원자력학회 2005년도 추계학술발표회
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pp.915-916
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2005
The high power RF system for the PEFP 20MeV proton accelerator composed of the 3MeV RFQ and the 20MeV DTL has been installed. The klystron for the RFQ was tested up to 600kW and operated routinely to drive the RFQ in a pulse mode operation. The klystron for the DTL which consists of 4 tanks was tested up to 800kW in pulse mode operation. The pulse width and repetition rate was 50${\mu}s$ and 1Hz respectively. The high power RF system has been operated to drive each accelerating structure and will be used to accelerate 20MeV proton beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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