Abstract The purpose of this work was to investigate the use of a commercial cadmium-telluride detector as an absolute thermal neutron measurement device on a proton therapy unit. Experimental measurements were performed on water phantoms using a 25 mm2, 1 mm thick uncollimated CdTe spectrometer. The detector was shielded using sheets of borated polyethylene minimizing the measured direct neutron spectrum from the treatment nozzle. For each measurement a significant 95.9 keV prompt gamma-ray peak resulting from 113Cd thermal neutron capture within the CdTe detector was observed. For comparison, and to identify relevant trends, all setups were simulated within the Monte Carlo code MCNP6. For a dose of 21.0 Gy to a 100 mL water phantom, 0–5 cm spread out Bragg peak (SOBP), 7760 ± 299 counts (corrected for dead-time) were measured at the detector location 10 cm from the water surface and perpendicular to the proton beam, which corresponds to an absolute fluence of 1.5 × 106 thermal neutrons/cm2. The delivery of 8.3 Gy, 1.5 to 6.5 SOBP within a water tank phantom resulted in 2522 ± 233 counts or 4.9 × 105 thermal neutrons/cm2 with the detector located 5 cm away from the surface of the water tank phantom. Using MCNP6, the simulated thermal neutron fluence was determined to be within the same order of magnitude and within a factor of 3 for all configurations. This research demonstrates the first use of cadmium-telluride (CdTe) as an absolute slow neutron detector for the application of proton therapy and neutron dosimetry.

中文翻译：

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在质子治疗装置上使用 CdTe 光谱仪测量中子

摘要 这项工作的目的是研究商用碲化镉探测器作为质子治疗装置上的绝对热中子测量装置的用途。使用 25 mm2、1 mm 厚的非准直 CdTe 光谱仪对水体模进行实验测量。探测器使用硼酸聚乙烯片进行屏蔽，以最大限度地减少从处理喷嘴测得的直接中子谱。对于每次测量，观察到由 CdTe 探测器内的 113Cd 热中子俘获产生的显着 95.9 keV 瞬发伽马射线峰。为了进行比较并确定相关趋势，所有设置都在蒙特卡罗代码 MCNP6 中进行了模拟。对于 100 mL 水体模 21.0 Gy 的剂量，布拉格峰 (SOBP) 展开 0-5 cm，在距离水面 10 cm 并垂直于质子束的检测器位置测量了 7760 ± 299 个计数（已校正死区时间），这对应于 1.5 × 106 热中子/cm2 的绝对注量。8.3 Gy、1.5 至 6.5 SOBP 在水箱体模内的传输产生 2522 ± 233 个计数或 4.9 × 105 热中子/cm2，探测器距离水箱体模表面 5 cm。使用 MCNP6，模拟的热中子注量被确定为在同一数量级内，并且对于所有配置都在 3 倍之内。这项研究首次将碲化镉 (CdTe) 作为绝对慢中子探测器用于质子治疗和中子剂量测定。这对应于 1.5 × 106 热中子/cm2 的绝对注量。8.3 Gy、1.5 至 6.5 SOBP 在水箱体模内的传输产生 2522 ± 233 个计数或 4.9 × 105 热中子/cm2，探测器距离水箱体模表面 5 cm。使用 MCNP6，模拟的热中子注量被确定为在同一数量级内，并且对于所有配置都在 3 倍之内。这项研究首次将碲化镉 (CdTe) 作为绝对慢中子探测器用于质子治疗和中子剂量测定。这对应于 1.5 × 106 热中子/cm2 的绝对注量。8.3 Gy、1.5 至 6.5 SOBP 在水箱体模内的传输产生 2522 ± 233 个计数或 4.9 × 105 热中子/cm2，探测器距离水箱体模表面 5 cm。使用 MCNP6，模拟的热中子注量被确定为在同一数量级内，并且对于所有配置都在 3 倍之内。这项研究首次将碲化镉 (CdTe) 作为绝对慢中子探测器用于质子治疗和中子剂量测定。9 × 105 热中子/cm2，探测器距离水箱体模表面 5 cm。使用 MCNP6，模拟的热中子注量被确定为在同一数量级内，并且对于所有配置都在 3 倍之内。这项研究首次将碲化镉 (CdTe) 作为绝对慢中子探测器用于质子治疗和中子剂量测定。9 × 105 热中子/cm2，探测器距离水箱体模表面 5 cm。使用 MCNP6，模拟的热中子注量被确定为在同一数量级内，并且对于所有配置都在 3 倍之内。这项研究首次将碲化镉 (CdTe) 作为绝对慢中子探测器用于质子治疗和中子剂量测定。