ファーマーイオン化チャンバ内の温度分析を用いた温度平衡時間の定量化

Quantifying temperature-equilibrium time using temperature analysis inside a Farmer ionization chamber.

• Hiraku Fuse
• Tatsuya Fujisaki
• Shinji Abe
• Kenji Yasue
• Satoshi Oyama

抄録

本研究では、モデル化されたイオン化チャンバの温度分布を解析し、水ファントムの熱影響を考慮した温度・圧力補正係数(PTP)の温度決定方法を提案する。さらに、測定を実施するための適切な温度平衡時間を提示した。空洞内の時間応答は、Farmerイオン化チャンバとエレクトロメータを用いて20秒間隔で取得した。水ファントムの初期温度は20〜25℃であり、連続的な加熱/冷却を行う。時間応答は、温度平衡が確認されるまで、具体的には、イオン化チャンバと水ファントムの間に1〜5℃の温度差が観察されたときに測定されます。イオン化室モデルを用いて、周囲の媒体からの加熱と冷却を受けるように様々なパラメータを設定し、20〜25℃の間で温度分布をシミュレーションした。その結果、イオン化室の時間応答は、先端部と中間部の温度変化と本質的に一致しており、さらに、時間応答の予測温度変化と模擬水の温度変化は、先端部では〜0.16℃、底部では〜0.79℃異なることがわかった。全体として、吸収線量測定の温度平衡化時間は、空洞壁と空洞のステム側の2つの要因に影響され、さらに、水ファントム内で完全な温度平衡を得るためには400秒が必要であることがわかった。この解析的研究は、これまでの研究で得られた実験値を支持するものである。その結果、イオン化室内の温度分布を解析的に表現することが可能となった。

In this study, we propose a methodology for temperature determination of the temperature and pressure correction factor, PTP, by analyzing the temperature distribution of the modeled ionization chamber taking into account the thermal effect of a water phantom on neighboring materials in the process. Additionally, we present an appropriate temperature-equilibrium time for conducting measurements. The temporal response in the cavity is acquired at 20-s intervals using a Farmer ionization chamber and an electrometer. The initial temperature of the water phantom is 20-25°C with continuous heating/cooling. The temporal response is measured until temperature equilibrium is confirmed, specifically when a temperature difference of 1-5°C is observed between the ionization chamber and the water phantom. Using an ionization-chamber model, temperature distribution is simulated between 20 and 25°C with various parameters set to receive heating and cooling from surrounding media. The results suggest that the temporal response of the ionization chamber essentially coincides with the temperature change at the tip and middle; moreover, the predicted temperature change for temporal response and the simulated temperature of water are different by ~0.16°C at the tip and ~0.79°C at the bottom. Overall, the temperature-equilibration time for absorbed dosimetry is affected by two factors: the cavity wall and the stem side of the cavity; moreover, 400 s is required to obtain complete temperature equilibrium in the water phantom. This analytical study supports the experimental value obtained in previous research. Therefore, analytical representation of the temperature distribution in the ionization chamber is possible.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of The Japanese Radiation Research Society and Japanese Society for Radiation Oncology.