Characterisation of a pure LaCl3-based detector for proton therapy application

Abstract

Proton therapy is an increasingly used technique for cancer treatment worldwide. However, the uncertainty in proton range verification requires the use of wide safety margins in proton doses, limiting its full potential. This project aims to test the feasibility of using a pure LaCl3 scintillator, in coaxial configuration with a proton beam. The goal is to determine the position of the Bragg peak with a substantial improvement in its spatial uncertainty by detecting the gamma-rays and neutrons emerging from the patients. The concept relies on the solid angle effect, where closer sources result in higher counting rates in the detector. Pure LaCl3 scintillators, currently not available in the market, offer excellent discrimination between neutrons and gamma-rays, surpassing the limitations of current detectors. Moreover, they enable double real-time verification of the proton range. To assess the sensitivity of the pure LaCl3 detector, several studies have been conducted aiming to measure the variation in the count rate in response to millimetre-scale displacements of the Bragg peak.

La protonterapia es una técnica cada vez más utilizada para el tratamiento del cáncer. Sin embargo, la incertidumbre en la verificación del rango de los protones implica la necesidad de utilitzar ámplios márgenes de seguridad en las dosis, limitando su potencial total. Este proyecto tiene como objetivo comprobar la viabilidad del uso de un centelleador de LaCl3 puro, en configuración coaxial con un haz de protones. Se busca determinar la posición del pico de Bragg, con una mejora sustancial en su incertidumbre espacial, mediante la detección de los rayos gamma y neutrones emitidos por los pacientes. El concepto se basa en el efecto del ángulo sólido, donde las fuentes más cercanas resultan en mayores tasas de conteo en el detector. Los centelladores de LaCl3 puro, que no se encuentran actualmente en el mercado, ofrecen una excelente discriminación entre neutrones y rayos gamma, superando las limitaciones de los detectores actuales. Además, permiten la doble verificación en tiempo real del rango de protones. Para evaluar la sensibilidad del detector de LaCl3 puro, se han llevado a cabo varios estudios donde se pretende medir la variación en la tasa de cuentas ante desplazamientos milimétricos del pico de Bragg.