The role of a microDiamond detector in the dosimetry of proton pencil beams

In this work, the performance of a microDiamond detector in a scanned proton beam is studied and its potential role in the dosimetric characterization of proton pencil beams is assessed. The linearity of the detector response with the absorbed dose and the dependence on the dose-rate were tested. The depth-dose curve and the lateral dose profiles of a proton pencil beam were measured and compared to reference data. The feasibility of calibrating the beam monitor chamber with a microDiamond detector was also studied. It was found the detector reading is linear with the absorbed dose to water (down to few cGy) and the detector response is independent of both the dose-rate (up to few Gy/s) and the proton beam energy (within the whole clinically-relevant energy range). The detector showed a good performance in depth-dose curve and lateral dose profile measurements; and it might even be used to calibrate the beam monitor chambers—provided it is cross-calibrated against a reference ionization chamber. In conclusion, the microDiamond detector was proved capable of performing an accurate dosimetric characterization of proton pencil beams.

ZusammenfassungIn dieser Arbeit wird die Leistung eines microDiamond-Detektors in einem gescannten Protonenstrahl untersucht und es wird bewertet, welche Rolle dieser Detektor bei der dosimetrischen Charakterisierung von Protonen-Nadelstrahlen haben kann. Die Linearität des Detektors mit der Dosis und die Abhängigkeit des Ansprechvermögens von der Dosisleistung wurden getestet. Die Tiefendosiskurve und das laterale Dosisprofil eines Protonen-Nadelstrahls wurden gemessen und gegen Referenzdaten verglichen. Zusätzlich wurde untersucht, inwiefern sich die Monitorkammer des Strahls mittels des Diamant-Detektors kalibrieren lässt. Es zeigte sich, dass das Detektorsignal linear zur Wasserenergiedosis ist (bis herab zu wenigen cGy). Das Ansprechvermögen ist unabhängig sowohl von der Dosisleistung (bis zu einigen Gy/s) als auch der Energie (innerhalb des gesamten klinisch relevanten Bereichs) der Protonen. Der Detektor war gut zur Messung von Tiefendosiskurven und Querprofilen geeignet, und er kann sogar zur Kalibrierung der Monitorkammer verwendet werden – vorausgesetzt, er wurde gegen eine Referenzkammer kreuz-kalibriert. Zusammenfassend zeigt sich, der microDiamond-Detektor ist für die präzise Dosimetrie zur Charakterisierung von Protonen-Nadelstrahlen geeignet.