Monte Carlo transport of swift protons and light ions in water: The influence of excitation cross sections, relativistic effects, and Auger electron emission in w-values

Autor: Michael Beuve, Veronica Tessaro, Floriane Poignant, M E Galassi, Benoit Gervais
Přispěvatelé: Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I Lyon), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Phys.Medica
Phys.Medica, 2021, 88, pp.71-85. ⟨10.1016/j.ejmp.2021.06.006⟩
ISSN: 1120-1797
Popis: Purpose To develop a particle transport code to compute w-values and stopping power of swift ions in liquid water and gases of interest for reference dosimetry in hadrontherapy. To analyze the relevance of inelastic and post-collisional processes considered. Methods The Monte Carlo code MDM was extended to the case of swift ion impact on liquid water (MDM-Ion). Relativistic corrections in the inelastic cross sections and the post-collisional Auger emission were considered. The effects of introducing different electronic excitation cross sections were also studied. Results The stopping power of swift ions on liquid water, calculated with MDM-Ion, are in excellent agreement with recommended data. The w-values show a strong dependence on the electronic excitation cross sections and on the Auger electron emission. Comparisons with other Monte Carlo codes show the relevance of both the processes considered and of the cross sections employed. W and w-values for swift electron, proton, and carbon ions calculated with the MDM and MDM-Ion codes are in very close agreement with each other and with the 20.8 eV experimental value. Conclusion We found that w-values in liquid water are independent of ion charge and energy, as assumed in reference dosimetry for hadrontherapy from sparse experimental results for electron and ion impact on gases. Excitation cross sections and Auger emission included in Monte Carlo codes are critical in w-values calculations. The computation of this physical parameter should be used as a benchmark for micro-dosimetry investigations, to assess the reliability of the cross sections employed.
Databáze: OpenAIRE