Protonlar İçin Bazı Biyolojik Materyallerde Durdurma Gücü ve Doz Hesaplamaları

Abstract

Bu çalışmada protonlar için insana ait farklı organ dokularının durdurma gücü, menzil ve doz hesaplamaları gerçekleştirildi. Durdurma gücü orta ve yüksek enerji bölgesinde, menzil ve doz değerleri ise orta enerji bölgesinde ayrı ayrı incelendi. Orta ve yüksek enerji bölgelerinde bu dokuların durdurma gücü değerleri dielektrik teori, Bethe-Bloch teorisi içerisinde etkin yük ve etkin ortalama uyarma enerjisi yaklaşımı ve farklı Monte Carlo yöntemlerini içeren FLUKA, Geant4 ve MCNPX programları kullanılarak hesaplandı. Bu amaçla, dielektrik teori için Drude tipi fonksiyon ile dokuların optik enerji kaybı fonksiyonları (OELF) oluşturulurken, etkin yük yaklaşımında ise yük yoğunluğu için Hartree-Fock-Roothaan (HFR) atomik dalgafonksiyonları kullanılarak analitik hesaplamalar yapıldı. Elde edilen durdurma gücü değerleri ile sürekli yavaşlama yaklaşımı (CSDA) kullanılarak menzil değerleri hesaplandı ve sonuçlar diğer teorik verilerle karşılaştırıldı. Bunu takiben, proton terapide kullanılan enerji aralığı için FLUKA, Geant4, MCNPX programlarıyla elde edilen durdurma gücü sonuçları ve analitik olarak elde edilen durdurma gücü sonuçlarının Geant4 içerisinde kullanılmasıyla bu dokuların doz hesaplamaları yapıldı. Hesaplanan doz ve menzil değerleri, in vivo doz ve menzil doğrulama yöntemlerinden biri olan ve FLUKA programıyla gerçekleştirilen ani gama sayımları sonuçlarıyla karşılaştırıldı. Referans değerlerle en iyi uyum oranını orta enerji bölgesinde dielektrik teori değerleri, orta ve yüksek enerji bölgesinde ise FLUKA değerleri verdi. Analitik ve Monte Carlo yöntemleri kullanılarak elde edilen menzil değerleri SRIM programı sonuçlarıyla genel olarak uyumlu olup, enerjiyle doğrusal olarak değiştiği gözlendi. Gama menzil değerleriyle en iyi uyumu MCNPX programının verdiği bulundu. Bu uyum oranını sırası ile FLUKA, Geant4, etkin yük yaklaşımı ve dielektrik teori değerleri gösterdi.In this study, the stopping power, range and dose calculations of the various human organ tissues were performed for protons. Stopping power was analyzed in medium and high energy region while range and dose values were analyzed separately in medium energy region. The stopping power values of which one tissues were calculated using the dielectric theory, effective charge and average excitation energy approach into Bethe- Bloch theory, and the FLUKA, Geant4 and MCNPX programs containing different Monte Carlo method in medium and high energy regions. For this purpose, the analytical calculations were performed that the charge density was made using Hartree-Fock-Roothaan (HFR) atomic wavefunctions in the effective charge approximation while the optical energy loss function (OELF) of the tissues with Drude type function were occurred for dielectric theory. The range values were calculated by continuous slowing down approach (CSDA) with the obtained stopping power values and the results were compared with other theoretical data. Subsequently, the dose calculation of these tissues for the range of the energy used in proton therapy were performed using the FLUKA, Geant4, MCNPX programs, as the analytically obtained stopping power results put into Geant4. The calculated dose and the range values were compared with the prompt gamma counting results which one of the in vivo dose and range verification method and performed by FLUKA program. The best compliance rate with the reference value, the dielectric theory of values gave in the intermediate energy region and the FLUKA values in the intermediate and high energy region. The obtained range values using analytical and Monte Carlo methods are generally agree with the SRIM program results, it was observed that changes linearly with energy. It was found that the MCNPX program give to the best fit with the gamma range value. This compliance rate showed with the order FLUKA, Geant4, the effective charge approach and the dielectric theory.