Dose-response of Fricke- and PAGAT-dosimetry gels in kilovoltage and megavoltage photon beams: Impact of LET on sensitivity

Abstract

Purpose: Dosimetry of ionizing radiation quantifies the energy deposited by an incident beam to the medium. This study presents the relative response of two types of gel dosimeters describing their differences by estimating radiation chemical yields produced in water radiolysis. Methods: Two types of gel dosimeter were used, namely an acid ferrous ion solution infused with xylenol orange known as Fricke gel and a polymer gel based on acrylamide and N,N’-methylenebis(acrylamide) known as PAGAT. Samples were irradiated using two photon beam energies, one from a conventional X-ray tube operated at 44 kV and the other one from a LINAC operated at 6 MV. The dosimeters were analyzed by optical absorbance and magnetic resonance imaging. Additionally, the linear energy transfer of each beam was calculated using Monte Carlo simulations for further estimation of the radiation chemical yields produced during water radiolysis. Results: Obtained results for both gel dosimeters indicate that their response at 44 kV and 6 MV are different, regardless of the read-out technique. On average, the sensitivity at 44 kV was found to be 65 % of the response at 6 MV. The calculated radiation chemical yields are in agreement with the observed experimental results. Conclusions: The main reason for the difference in the response of the dosimeters may be related to the linear energy transfer of each photon beam, which varies the production of primary chemical species during water radiolysis.

Finalidad: La dosimetría de la radiación ionizante cuantifica la energía depositada por un haz incidente al medio. Este estudio presenta la respuesta relativa de dos tipos de dosímetros de gel describiendo sus diferencias mediante la estimación de los rendimientos químicos de radiación producidos en la radiólisis del agua. Métodos: Se utilizaron dos tipos de dosímetros de gel, a saber, una solución de iones ferrosos ácidos infundida con xilenol naranja conocida como gel de Fricke y un gel de polímero a base de acrilamida y N, N'-metilenbis (acrilamida) conocido como PAGAT. Las muestras se irradiaron utilizando dos energías de haz de fotones, uno de un tubo de rayos X convencional operado a 44 kV y el otro de un LINAC operado a 6 MV. Los dosímetros se analizaron mediante absorbancia óptica y resonancia magnética. Además, la transferencia de energía lineal de cada haz se calculó utilizando simulaciones de Monte Carlo para una estimación adicional de los rendimientos químicos de radiación producidos durante la radiolisis del agua. Resultados: Los resultados obtenidos para ambos dosímetros de gel indican que su respuesta a 44 kV y 6 MV son diferentes, independientemente de la técnica de lectura. En promedio, se encontró que la sensibilidad a 44 kV era del 65% de la respuesta a 6 MV. Los rendimientos químicos de radiación calculados están de acuerdo con los resultados experimentales observados. Conclusiones: La razón principal de la diferencia en la respuesta de los dosímetros puede estar relacionada con la transferencia de energía lineal de cada haz de fotones, que varía la producción de especies químicas primarias durante la radiolisis del agua.