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Experimental consolidation and absolute measurement of the $$^\text {nat}$$ nat C(p,x) $$^{11}$$ 11 C nuclear activation cross section at 100 MeV for particle therapy physics
The European Physical Journal A ( IF 2.6 ) Pub Date : 2021-08-02 , DOI: 10.1140/epja/s10050-021-00557-x
Claus Maximilian Bäcker 1, 2, 3, 4 , Christian Bäumer 1, 2, 3, 4, 5 , Marcel Gerhardt 1 , Kevin Kröninger 1 , Jens Weingarten 1 , Nico Verbeek 2, 3, 4, 6 , Jörg Wulff 2, 3, 4, 7 , Beate Timmermann 2, 3, 4, 5, 8 , Walter Jentzen 4, 9 , Sandra Laura Kazek 4, 9 , Felix Horst 7, 10 , Christoph Schuy 10 , Wihan Adi 11
Affiliation  

The \(^\text {nat}\)C(p,x)\(^{11}\)C reaction has been discussed in detail in the past [EXFOR database, Otuka et al. (Nuclear Data Sheets 120:272–276, 2014)]. However, measured activation cross sections by independent experiments are up to 15% apart. The aim of this study is to investigate underlying reasons for these observed discrepancies between different experiments and to determine a new consensus reference cross section at 100 MeV. Therefore, the experimental methods described in the two recent publications [Horst et al. (Phys Med Biol https://doi.org/10.1088/1361-6560/ab4511, 2019) and Bäcker et al. (Nuclear Instrum Methods Phys Res B 454:50–55, 2019)] are compared in detail and all experimental parameters are investigated for their impact on the results. For this purpose, a series of new experiments is performed. With the results of the experiments a new reference cross section of (68±3) mb is derived at (97±3) MeV proton energy. This value combined with the reliably measured excitation function could provide accurate cross section values for the energy region of proton therapy. Because of the well-known gamma-ray spectrometer used and the well-defined beam characteristics of the treatment machine at the proton therapy center, the experimental uncertainties on the absolute cross section could be reduced to 3%. Additionally, this setup is compared to the in-beam measurement setup from the second study presented in the literature (Horst et al. 2019). Another independent validation of the measurements is performed with a PET scanner.



中文翻译:

用于粒子治疗物理学的 $$^\text {nat}$$ nat C(p,x) $$^{11}$$ 11 C 核活化截面在 100 MeV 的实验合并和绝对测量

\(^ \ {文本NAT} \) C(P,X)\(^ {11} \)C反应过去已经详细讨论过[EXFOR数据库,Otuka et al. (核数据表 120:272–276, 2014)]。然而,通过独立实验测得的活化横截面相距高达 15%。本研究的目的是调查不同实验之间观察到的这些差异的根本原因,并在 100 MeV 确定新的一致参考横截面。因此,在最近的两篇出版物中描述的实验方法 [Horst et al. (Phys Med Biol https://doi.org/10.1088/1361-6560/ab4511, 2019) 和 Bäcker 等人。(Nuclear Instrum Methods Phys Res B 454:50–55, 2019)]进行了详细比较,并研究了所有实验参数对结果的影响。为此,进行了一系列新的实验。根据实验结果,在 (97±3) MeV 质子能量下推导出 (68±3) mb 的新参考截面。该值与可靠测量的激发函数相结合,可以为质子治疗的能量区域提供准确的横截面值。由于所使用的众所周知的伽马射线光谱仪和质子治疗中心治疗机的明确光束特性,绝对横截面的实验不确定性可以降低到 3%。此外,将此设置与文献中第二项研究中的光束内测量设置进行了比较(Horst 等人,2019 年)。使用 PET 扫描仪对测量值进行另一项独立验证。该值与可靠测量的激发函数相结合,可以为质子治疗的能量区域提供准确的横截面值。由于所使用的众所周知的伽马射线光谱仪和质子治疗中心治疗机的明确光束特性,绝对横截面的实验不确定性可以降低到 3%。此外,将此设置与文献中第二项研究中的光束内测量设置进行了比较(Horst 等人,2019 年)。使用 PET 扫描仪对测量值进行另一项独立验证。该值与可靠测量的激发函数相结合,可以为质子治疗的能量区域提供准确的横截面值。由于所使用的众所周知的伽马射线光谱仪和质子治疗中心治疗机的明确光束特性,绝对横截面的实验不确定性可以降低到 3%。此外,将此设置与文献中第二项研究中的光束内测量设置进行了比较(Horst 等人,2019 年)。使用 PET 扫描仪对测量值进行另一项独立验证。绝对横截面的实验不确定度可以降低到 3%。此外,将此设置与文献中第二项研究中的光束内测量设置进行了比较(Horst 等人,2019 年)。使用 PET 扫描仪对测量值进行另一项独立验证。绝对横截面的实验不确定度可以降低到 3%。此外,将此设置与文献中第二项研究中的光束内测量设置进行了比较(Horst 等人,2019 年)。使用 PET 扫描仪对测量值进行另一项独立验证。

更新日期:2021-08-03
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