Novel silicon carbide dosimeter in radiation therapy and radiation protection for improved healthcare

SINTEF MiNaLab og UiO har innenfor rammen av Norfab den unike ekspertisen til å fremstille silisiumkarbid (SiC) strålingssensorer ved bruk av en kombinasjon av et Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) og Very-Large-Scale Integration (VLSI) teknologi. Et internasjonalt samarbeid bestående av eksperter innen medisinsk fysikk og nukleærvitenskap vil bringe denne teknologien til anvendelse innen områdene FoU, og industrier relatert til medisinsk fysikk, nukleærmedisin og strålevern. Våre partnere er Centre of Medical Radiation Physics (CMRP) ved University of Wollongong i Australia, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Frankrike, Institute of Experimental Applied Physics (IEAP) i Tsjekkia og Oslo Universitetssykehus (OUS) . Grunnleggende forskning på SiC-strålingssensorer vil betydelig forbedre statusen til halvlederdosimetri, og bringe dagens teknologi i forkant ved å tilby høy strålingstoleranse, evne til å operere ved høye temperaturer og forbedret nøyaktighet i radiobiologiske effektivitetsmålinger i menneskelig vev. Resultatene vil føre til en bedre karakterisering og forståelse av nye terapier, inkludert tungpartikkelterapi og synkrotronstrålebehandling, og dermed generere forbedrede behandlingsplanleggingssystemer (TPS) og kvalitetssikring (QA). Strålevern vil også være til nytte ved å forbedre sikkerheten i arbeids- og ulykkesfarer fra både kunstige og naturlige radioaktive kilder. Prosjektet skal dermed bidra til å gi bedre overlevelse og livskvalitet hos både kreftpasienter og befolkningen generelt. I dette prosjektet har vi laget de første diodene for testing i lab ved bruk av strålingskilder og høypresisjonsstrålelinje. Sensorene ble vist å ha utmerket respons mot ioniserende partikler. Det er også produsert sensorer med mer komplisert design som strippe detektorer og dosimetre. Vi undersøker nå i funksjonalitet til sensorer og hvordan vi kan optimalisere teknologien. Så langt har vi publisert flere artikler om prosessen og materialfysikken til SiC i forbindelser disse oppgavene. Vi har også presentert resultater av våre første sensorer på flere internasjonale konferanser. Neste år som er det siste året i prosjektet, skal vi undersøker hvordan disse detektorer skal brukes i dosimetri og stråling deteksjoner.

SINTEF MiNaLab and UiO within the framework of Norfab have the capability and unique expertise to fabricate Silicon Carbide SiC radiation sensors using a combination of Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) and Very-Large-Scale Integration (VLSI) Technology. The key Norwegian partners will collaborate with a team of international experts in medical physics and nuclear science, from the Centre of Medical Radiation Physics (CMRP) at University of Wollongong, the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), the Institute of Experimental Applied Physics (IEAP) in Prague and Oslo University Hospital (OUS). The project will carry out basic research on a radiation sensor that will be fabricated using a novel material, silicon carbide (SiC), that can significantly enhance the current status of semiconductor dosimetry, bringing today's technology to the forefront by offering high radiation tolerance, capability to operate at high temperature, and improved accuracy in radiobiological effectiveness measurement in human tissues. The outcomes will imply better characterisation and understanding of emerging therapeutic heavy particle therapy and synchrotron radiotherapy, thus generating improved Treatment Planning System (TPS) and Quality Assurance (QA). Radiation protection will also benefit by improving safety in occupational and accidental hazards from both artificial and natural radioactive sources. The project will hence contribute in providing better survival and quality-of-life in cancer patients and in the general population. A knowledge platform of SiC sensors will be generated through experimental characterisation, theoretical modelling and material investigations. Furthermore, the fabrication of SiC sensors is still at its infancy stage. The project results on micro-technology including state-of-the-art micromachining will pave avenues for the novel fabrication of SiC, a promising material in the electronic industry.