Praca doktorska
Nanodosimetric characteristic of carbon ion beam - experiments and Monte Carlo simulations
| dc.abstract.en | PL Celem pracy są nanodozymetryczne badania jonów węgla z wykorzystaniem podejścia eksperymentalnego i teoretycznego. Podstawowym układem doświadczalnym wykorzystywanym w badaniach jest nanodozymetr Jet Counter, który działa na zasadzie zliczania pojedynczych jonów utworzonych przez cząstki jonizujące w milimetrowej objętości gazu o małej gęstości. Objętość ta jest modelem targetu biologicznego o rozmiarze porównywalnym do krótkiego odcinka nici DNA. W pracy przedstawiono nowe techniki i koncepcje dotyczące zarówno pomiarów nanodozymetrycznych, jak i analizy danych eksperymentalnych zebranych z wykorzystaniem akceleratorowych źródeł lekkich jonów. Urządzenie Jet Counter zostało zainstalowane na linii badawczej akceleratora w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie służyło do pomiaru klastrów jonizacyjnych wytwarzanych przez jony węgla o energii kinetycznej z zakresu od 12 MeV do 84 MeV. Dodatkowe testy przeprowadzono przy użyciu źródła ameryku Am-241 emitującego cząstki α. Jako uzupełnienie pomiarów zbudowano model numeryczny nanodozymetru Jet Counter przy użyciu zestawu narzędzi Geant4-DNA opartych na metodach Monte Carlo. W niniejszej pracy po raz pierwszy przedstawiono nowe metody analizy oparte na uogólnionym rozkładzie Poissona (GPD) jako modelu rozkładu wielkości klastrów jonizacyjnych (ICSD). Obejmują one procedurę odwikłania funkcji odpowiedzi detektora (DRF), jak również wskazują możliwość wykorzystania danych ze zdarzeń wielocząstkowych, zwykle traktowanych jako bezużyteczne pile-upy. Opracowano również i zastosowano nową technikę pomiarów nanodozymetrycznych z dwoma targetami, co umożliwiło po raz pierwszy otrzymanie dwuwymiarowych rozkładów ICSD zaprezentowanych w tej pracy. Technika ta pozwala na badanie korelacji przestrzennych tworzenia klastrów jonizacyjnych w dwóch sąsiadujących targetach nanometrowych. Poza uzyskaniem wyników dla różnych warunków eksperymentalnych, zebranie nowych danych umożliwiło przetestowanie niektórych właściwości Jet Countera, takich jak prędkość strumienia gazu i jednorodność targetu, które wcześniej nie były zbadane. Zaproponowano również nowe podejście do interpretacji rozkładów ICSD w objętościach nanometrowych w kategoriach prawdopodobieństwa pierwotnych uszkodzeń radiacyjnych. Dzięki nowemu podejściu pomiar nanodozymetryczny można postrzegać jako poprawny model uszkodzeń DNA wywołanych promieniowaniem jonizującym. |
| dc.abstract.en | EN The goal of the study is nanodosimetric research on carbon ions using experimental and theoretical approaches. The basic experimental setup used in the study is the Jet Counter nanodosemeter, which is based on the principle of counting single ions formed by ionising particles in a millimetre volume of low-density gas. The volume is a model for a biological target comparable in size to a short segment of a DNA strand. The work presents new techniques and concepts regarding both nanodosimetric measurements and data analysis regarding experiments on accelerator-based sources of light ions. The Jet Counter device has been installed at the accelerator beamline in the Heavy Ion Laboratory, University of Warsaw, where it was used to measure the ionisation clusters produced by carbon ions with kinetic energies ranging from 12 MeV to 84 MeV. Additional tests were performed using Am-241 Americium source of α particles. To complement the measurements, a numerical model of the Jet Counter was created using the Geant4-DNA Monte Carlo toolkit. New methods of analysis based on Generalised Poisson Distribution (GPD) as the model of Ionisation Cluster Size Distribution (ICSD) are presented in this work for the first time. This includes the unfolding procedure of the Detector Response Function (DRF) as well as a possibility to utilise data from multi-projectile events usually considered useless pile-ups. A novel technique of two-target nanodosimetric measurements is devised and applied, resulting in the first presentation of two-dimensional ICSDs. The technique allows for the studies of the spatial correlation of the creation of ionisation clusters in two neighbouring nanometric targets. Besides obtaining results for different experimental conditions, new data allowed for the test of some Jet Counter features, like the gas jet's speed and the target's homogeneity, that had not previously been verified. Also, a novel approach is proposed regarding the interpretation of the ICSDs in nanometric volumes in terms of the probability of initial radiation damage. With the new approach, a nanodosimetric measurement can be seen as a correct model of radiation-induced damage to the DNA. |
| dc.affiliation.department | Wydział Fizyki |
| dc.contributor.author | Pietrzak, Marcin Jan |
| dc.date.accessioned | 2023-11-16T10:50:22Z |
| dc.date.available | 2023-11-16T10:50:22Z |
| dc.date.defence | 2023-11-27 |
| dc.date.issued | 2023-11-16 |
| dc.description.promoter | Szefliński, Zygmunt |
| dc.description.promoter | Brzozowska, Beata (promotor pomocniczy) |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/4761 |
| dc.language.iso | en |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.en | carbon ion therapy |
| dc.subject.en | proton therapy |
| dc.subject.en | radiotherapy |
| dc.subject.en | heavy ions |
| dc.subject.en | light ions |
| dc.subject.en | biological effectiveness |
| dc.subject.en | radiation quality |
| dc.subject.en | DSB |
| dc.subject.en | double-strand break |
| dc.subject.en | SSB |
| dc.subject.en | single-strand break |
| dc.subject.en | radiobiological cross sections |
| dc.subject.en | DNA damage |
| dc.subject.en | radiobiology |
| dc.subject.en | ionising radiation |
| dc.subject.en | microdosimetry |
| dc.subject.en | ionisation cluster size distribution |
| dc.subject.en | ionisation cluster |
| dc.subject.en | particle track structure |
| dc.subject.en | Monte Carlo simulation |
| dc.subject.en | carbon ions |
| dc.subject.en | nanodosimetry |
| dc.subject.en | terapia jonami węgla |
| dc.subject.en | terapia protonowa |
| dc.subject.en | radioterapia |
| dc.subject.en | ciężkie jony |
| dc.subject.en | lekkie jony |
| dc.subject.en | efektywność biologiczna |
| dc.subject.en | jakość promieniowania |
| dc.subject.en | pęknięcie podwójnoniciowe |
| dc.subject.en | pęknięcie pojedynczoniciowe |
| dc.subject.en | przekroje radiobiologiczne |
| dc.subject.en | uszkodzenia DNA |
| dc.subject.en | radiobiologia |
| dc.subject.en | promieniowanie jonizujące |
| dc.subject.en | mikrodozymetria |
| dc.subject.en | Geant4-DNA |
| dc.subject.en | ICSD |
| dc.subject.en | rozkład wielkości klastra jonizacyjnego |
| dc.subject.en | klaster jonizacyjny |
| dc.subject.en | struktura toru cząstki |
| dc.subject.en | symulacja Monte Carlo |
| dc.subject.en | Jet Counter |
| dc.subject.en | jony węgla |
| dc.subject.en | nanodozymetria |
| dc.title | Nanodosimetric characteristic of carbon ion beam - experiments and Monte Carlo simulations |
| dc.title.alternative | Nanodozymetryczna charakterystyka wiązki jonów węgla - doświadczenia i symulacje Monte Carlo |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |