Simulation and validation of scatter radiation measurements in Ultra High Dose Rate (UHDR) irradiations

Abstract

Ultra-High Dose Rate (UHDR)-radiotherapie , bekend om het verminderen van schade aan gezond weefsel via het FLASH-effect, brengt verschillende uitdagingen met zich mee op het gebied van dosimetrie en stralingsbescherming. Een accurate modellering van strooistraling is essentieel, met name vanwege de bremsstrahlungfotonen die ontstaan wanneer elektronen interageren met materialen. In deze thesis worden drie softwareprogramma’s geëvalueerd: MicroShield, RayXpert en PHITS, met als doel te bepalen welke het meest geschikt is voor dosisberekeningen in UHDR-scenario’s. Een benchmarkgeometrie werd in alle drie de softwarepakketten gesimuleerd om de resultaten en rekentijden te vergelijken. MicroShield, dat gebaseerd is op analytische berekeningen, leverde snelle maar onnauwkeurige resultaten op. RayXpert en PHITS maken gebruik van Monte Carlo-methodes, en gaven meer betrouwbare resultaten. PHITS bleek, wanneer geoptimaliseerd met weight windows, niet alleen nauwkeurige dosissen te berekenen, maar deed dit ook sneller dan RayXpert. Op basis van deze resultaten werd PHITS geselecteerd om de volledige simulatie uit te voeren van de bunker waarin de ElectronFLASH (ELF) geïnstalleerd is. Om deze simulatie te valideren, werden ook experimentele metingen uitgevoerd.