Attività ISS dall ultima riunione

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1 1 Tesi Monica Mancone / 2014 Attività ISS dall ultima riunione Camera di monitor: Misure estese su fascio di elettroni Prime misure su fascio di protoni Studio aggiornamento elettronica Sistema Misura Energia Studio di fattibilità e primo disegno di massima del sistema Fascio verticale Definizione portacampioni e acquisizione componenti Simulazioni monitor realtime con silici ENEA Radiobiologia Misure irraggiamento su fascio verticale Dosimetria Supporto a misure in ENEA e Legnaro

2 2 Tesi Monica Mancone / 2014 Stato Amministrativo/Finanziario Impegnato grossomodo 50% di quanto finanziato Impegno su personale in parte formalmente «discutibile» In corso definizione contratto elettronica, seconda camera monitor, realizzazione portacampioni, sistema misura energia Impossibilità ad acquisire nuovo personale (nonostante i fondi ci siano)

3 3 Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica Sistema di misura dell'energia (del fascio di protoni) Relatore: Prof. Ing. Franco Marinozzi Candidata: Monica Mancone Correlatori: Prof. Ing. Carlo Marchiori Dott. Evaristo Cisbani S. Frullani, E. Basile, F. Ghio Estratto dalla tesi di M. Mancone

4 4 LA MISURA DELL ENERGIA DEL FASCIO Perché è importante conoscere l energia del fascio? A questa è legata la profondità di penetrazione del fascio e quindi la dose erogata Y Angolo Energia P' Come si può misurare l energia? Sfruttando le leggi dell urto elastico tra i protoni del fascio e nuclei atomici di un bersaglio fisso. V P' V P = cos 2 θ P ' b 2 4(ac) E P = b± 2a P B θb' a= E 2 P' + M 2 B 2 E P' M B P 2 2 P ' cos θp' b= 2M 2 P M B M 2 P E P' + M B E 2 P' 2M 2 B E P' c= M 4 P + M 2 B E 2 P' 2M 2 P M B E 2 P ' + M P P 2 2 P ' cos θp' θp' B' X

5 5 La scelta del Bersaglio Un esempio di simulazione Necessario H per E>80 MeV La scelta dell angolo di misura Tesi 30 Monica Mancone / MeV Max energia rivelabile da un silicio da 5 mm

6 Un esempio dei risultati 6 σ Km n = 336; K m = 26.4 (energia cinetica media depositata); σ = (deviazione standard ). Errore sulla media: σ Km = = La risoluzione energetica : R= = L'errore relativo commesso risulta: Err= =

7 Definizione delle condizioni ottimali di misura Si vuole ottenere una risoluzione energetica relativa di 0.1 % corrisponde ad incertezza sul picco di Bragg di ¼ mm a 25 cm, da confrontare con la larghezza del picco di qualche mm 7 Studio del raggio dell area sensibile del rivelatore Studio delle diverse energie: MeV Alle varie distanze bersaglio-sensore: mm Condizioni Ideali e di Progetto Tempi tipici di misura 1 min

8 8 Valutazione accuratezza meccanica Si vuole ottenere una risoluzione energetica relativa di 0.1 % A 30 MeV L accuratezza nella posizione angolare pesa molto di più della precisione. A 250MeV L accuratezza minima necessaria è di 0.05 gradi

9 9 Le componenti meccaniche impiegate L accuratezza nella posizione angolare del rivelatore: ENCODER IN QUADRATURA Encoder ppr-> in quadratura: posizioni per giro Risoluzione di gradi Sistema di movimentazione: MOTORE CC giri/min rapporto di trasmissione τ1 = 1/300 CUSCINETTI A ROTOLAMENTO Mantenere stabilità asse di rotazione RIDUTTORE EPICICLOIDALE

10 10 Progetto meccanico della camera di diffusione C1 Si B R E M Estrazione aria In sezione: Si : rivelatore di Silicio C1: collimatore 1 B: bersaglio E: encoder in quadratura M-R: complesso motoriduttore Si C1 O-ring In pianta: C2: collimatore 2 K: finestra di Kapton in ingresso C2 K Ingresso della camera

11 11 CONCLUSIONI Si intende utilizzare il processo di diffusione elastica protone-nucleo per una misura precisa dell energia di un fascio di protonterapia innovativo, basato su acceleratore lineare ; E stata effettuata un analisi Monte Carlo dettagliata per verificare la fattibilità del sistema e definire le specifiche del progetto meccanico ; E stato realizzato un progetto preliminare di camera di diffusione con supporto rotante per il sistema di rivelazione e supporto fisso per il sistema bersaglio rimovibile; Il progetto della camera soddisfa i requisiti richiesti per la misura di energia. Link tesi: