Water calorimetry for proton therapy:Implementing a primary dose measurement standard

Dit proefschrift beschrijft het gebruik van een watercalorimeter als meetstandaard voor protonen-stralingsdosis. Protonentherapie is een geavanceerde radiotherapeutische behandeling voor kanker die in de komende tijd breder beschikbaar zal komen. Deze nieuwe behandeling maakt gebruik van protonen, dat wil zeggen: de positief geladen atoomkernen uit waterstofgas. De unieke eigenschappen van protonen stellen ons in staat om de stralingsdosis in gevoelige gezonde lichaamsweefsels te beperken, zodat de kans op ernstige complicaties afneemt. De schade aan het weefsel is gerelateerd aan de stralingsdosis die wordt uitgedrukt in de eenheid “Gray” (één Gray is één Joule per kilogram). Voor een betrouwbare behandeling moet de onzekerheid in toegediende stralingsdosis kleiner zijn dan 3%. Daartoe moet de stralingsmeetapparatuur in de kliniek gekalibreerd zijn tegen een primaire meetstandaard voor stralingsdosis die zelf een nauwkeurigheid heeft die beter is dan 1%. Een watercalorimeter stelt de stralingsdosis vast door de minieme temperatuurstijging te meten die samenhangt met de afgegeven energie. Voordat een meetstandaard in bedrijf genomen kan worden moet deze ook onderworpen worden aan validatiemetingen. In dit proefschrift worden de effecten van chemische reacties in het water ten gevolge van de inwerking van de stralingsdosis, van de neutron stralingsdosis en van het langzame weglekken van warmte uit het meetpunt door warmtegeleiding in het water op de betrouwbaarheid van deze meetmethode onderzocht. Door het uitvoeren van gerichte en tijd-efficiënte experimenten kon de modellering van deze effecten gevalideerd worden. Daardoor kunnen nu protonen-dosis kalibraties gedaan worden met een nauwkeurigheid die vergelijkbaar is met de reeds bestaande kalibratie technieken voor bestralingen in de conventionele radiotherapie