Neutron dOsimetry and Radiation quality
Measurements by Epr and Tl (NORMET)
Durata proposta: 3 anni (2012-2014)
Sezioni:
Catania (M. Marrale)
Padova (M. Brustolon)
Pavia (A. Buttafava)
Responsabile nazionale: Maurizio Marrale (CT)
Scopo della ricerca:
Implementazione di metodologie EPR e TL per la
caratterizzazione delle varie componenti di campi
misti in NCT
Neutron Capture Therapy (NCT)
• Somministrazione
farmaco con 10B o 157Gd
• Irraggiamento
con neutroni
• Reazione nucleare
B
B
B
B
B
Cellula
tumorale
B
Interesse Gruppo V INFN per NCT
 TAORMINA (Trattamento Avanzato ORgani Mediante Irraggiamento
Neutronico e Autotrapianto)
 WIDEST (WIDE Spread Tumours bnct) iniziato nel 2005 ha lo scopo di
studiare la fattibilità del trattamento BNCT dei tumori polmonari.
 NEUDOS si pone l’obiettivo di sviluppare dosimetri gel tridimensionali, con
capacità cioè di dare informazioni tridimensionali di dose assorbita per fasci
neutronici sia in aria sia in fantoccio.
SPES-BNCT
 NOE (NCT di organi espiantati)
 PHONES (PHOto NEutron Source)
 …etc.
Obiettivi del progetto
1) Nuovi dosimetri
2) Implementazione di metodologie di analisi
Obiettivo (1):
Implementazione di un sistema dosimetrico EPR e TL in grado di
fornire informazioni sulle varie componenti di campi misti di
radiazione solitamente utilizzate in NCT.
Implementazione un sistema dosimetrico per EPR che
permetta di caratterizzare un campo misto fotoni-neutroni
con le seguenti caratteristiche peculiari:
Elevata sensibilità
Capacità di discriminazione della componente
neutronica dalla componente gamma.
Capacità di fornire informazioni energetiche sul
campo neutronico.
Confronto con studi effettuati su dosimetri a
termoluminescenza
Perché EPR e TL?





Possibilità di produrre dosimetri di piccole dimensioni che
permettono un'elevata risoluzione spaziale nella
caratterizzazione del fascio.
Possibilità di effettuare dosimetria in vivo per misure della
dose effettivamente rilasciata al paziente.
Basso costo dei singoli dosimetri e dei film.
Possibilità di riutilizzo dei campioni per dosimetria TL.
Possibilità di seguire un'intero trattamento radioterapico per
dosimetri EPR.
Obiettivo (1): nuovi dosimetri
I MATERIALI
DOSIMETRICI ORGANICI
(COMPOSTI
PRINCIPALMENTE
DAGLI ATOMI
EVIDENZIATI IN
AZZURRO) NON SONO
ADATTI PER NCT A
CAUSA DELLA LORO
SCARSA SENSIBILITA'
AI NEUTRONI.
NECESSITA’ DI
INTRODURRE DEI
SENSIBILIZZANTI.
Abbondanza
naturale
20%
16%
15%
Obiettivo (1): nuovi dosimetri
Preparazione di dosimetri pellets e film di alanina,
di tartrato di ammonio ma anche altri composti
organici utili per dosimetria EPR (quali il formato di
litio) con l'utilizzo di additivi ad elevata sezione
d'urto per neutroni (quali 157Gd, 10B) (Sezioni CT,
PV)
Identificazione dei centri responsabili dei segnali
osservati per una comprensione di tipo
fondamentale (Sezioni PD,PV)
Studio delle proprietà dosimetriche di base (stabilità
del segnale, minima dose rivelabile) per fasci di
fotoni e campi misti (Sezioni CT, PV)
Obiettivo (1): nuovi dosimetri
 Sviluppo di metodi di calcolo per la separazione dei segnali
EPR radioindotti da diverse componenti in campi misti.
(Sezioni CT, PD)
Analisi della risposta di dosimetri a termoluminescenza
(quali TLD600 e TLD700) e confronto delle loro
caratteristiche dosimetriche con quelle dei dosimetri EPR.
(Sezioni CT)
Simulazioni Monte Carlo per la modellizzazione della
risposta EPR e TL dei dosimetri (Sezioni CT)
CALIBRAZIONE A NEUTRONI TERMICI - ALANINA
(50%)
Intensità EPR
(50%)
Gd sensitivity improvement
~ 30
10B
sensitivity improvement
~ 12
M. MARRALE
et al.
Radiat. Prot.
Dosim.
(2007)
Intensità EPR
Risposta in funzione della concentrazione di gadolinio
M. MARRALE et al.
Radiat. Meas.
43, 471-475
(2008)
Obiettivo (2)
Implementazione di metologie EPR per la misura della qualità della
radiazione:
studio della distribuzione spaziale dei radicali liberi prodotti dalle
radiazioni ionizzanti.
Implementazione di metodologie EPR per la
microdosimetria e per lo studio della distribuzione dei
radicali allo studio della formazione di radicali in dosimetri di
diversa natura irraggiati con fasci di radiazioni ionizzanti
Precedente esperienza gruppi di Palermo e Padova
Irradiations

60Co
-photons
doses: 0.1, 1.0 and 5.0 kGy
effective LET ~ 0.35 keV/m

19.3 MeV protons
doses: 0.1, 1.0 and 5.0 kGy
LET ~ 4.6 keV/m

Thermal neutrons
doses: ~0.05 kGy
effective LET ~ 70 keV/m
Obiettivo (2): implementazione di metodologie
Free radicals distributions for radiations
with various LETs
Low LET radiation
Small local concentration
of free radicals
electrons
High LET radiation
High local concentration
of free radicals
Obiettivo (2): implementazione di metodologie
Two pulses ESR echo decay analysis
Local microscopic concentration
of free radicals
AT exposed to 5kGy of
gamma photons.
High LET radiations (protons and thermal
neutrons) are characterized by larger ratio
Cmicroscopic/Cmacroscopic values than low LET
radiations.
Decay (Tm phase memory time)
and modulation
M. Marrale, M. Brai, A. Barbon, M. Brustolon Radiat. Res. 2009
Obiettivo (2): implementazione di metodologie
Double Electron-Electron Resonance (DEER)
 detection
 pump
Obiettivo (2): implementazione di metodologie
Distance distributions of free radicals
The
distance
distributions
for
dosimeters of AT exposed to gamma
photons (red curve) exposed to
thermal neutrons are similar to the
simulation
with
isotropic
3D
distribution of spins.
The
distance
distribution
for
dosimeters exposed to protons (blue
curve) shows a peak which is related
to the size of the track of these heavy
charged particles.
M. Marrale, M. Brai, A. Barbon,
M. Brustolon Radiat. Res.
2009
Obiettivo (2): implementazione di metodologie
Free radicals distributions assumed for simulations
19.3 MeV Protons
60Co
-photons
Obiettivo (2): implementazione di metodologie




Analisi della concentrazione locale di radicali liberi prodotti
dalla radiazione ionizzante attraverso l'analisi dei
decadimenti dell'eco EPR con strumentazione in regime
pulsata (Sezioni PD, CT)
Analisi della distribuzione delle distanze tra radicali liberi
investigate attraverso la tecnica Double Electron-Electron
Resonance anche in campioni di cristallo singolo (Sezioni
PD, CT)
Determinazione della sensibilità e dei limiti di rivelazione di
queste tecniche per fasci di fotoni e campi misti (Sezioni PD,
CT)
Modellizzazione computazionale della distribuzione di
radicali prodotti da campi misti (Sezioni PD, CT)
Anagrafica
CT
PD
PV
Brai Maria 50%
A. Barbon 40%
A. Buttafava 70%
Bartolotta Antonio 50%
A. Brustolon 30%
D. Dondi 50%
Basile Salvatore 50%
A. Zoleo 30%
A. Zeffiro 20%
T.E.=1.0
T.E.=1.4
Carlino Antonio 100%
Longo Anna 100%
Marrale Maurizio 70%
Tomarchio Elio 50%
Tranchina Luigi 50%
T.E.=5.2
Preventivo di spesa 2012 (k€)
Struttura
interno
estero
consumo
Materiale
Invent.
TOTALI
CT
8
4
10
10
32
PD
3
2
3
20
28
PV
3
2
12
10
27
TOTAL
14
8
25
40
87
CONSUMO
EPR (CT, PD, PV)
Reagenti, spin trap, Vetreria EPR, Azoto liquido
Luminescenza (CT)
Reagenti e filtri preparazione campioni
Portacampioni TL
Reagenti per altre tecniche analitiche e
spettroscopiche (gas cromatografia, HPL,etc.)
(CT,PV,PD)
MATERIALE INVENTARIABILE
EPR (CT, PD, PV)
 CAVITA' DIELETTRICA EPR O
SORGENTE μw (PD)
 CAVITA' CW-EPR (CT)
 ESTRUSORE PER DOSIMETRI
DENTRO MATERIALI POLIMERICI
Preventivo di spesa globale
Preventivo di spesa globale progetto: 184 keuro
Capitolo
Descrizione spesa
2012
2013
2014
Totale
Interno
Riunioni con partner progetto e
congressi in Italia
14
14
14
42
Estero
Partecipazioni a congressi
internazionali estero
8
8
8
24
Consumo
Materiale preparazione campioni
EPR/TL
25
25
25
75
40
0
0
40
87
47
47
181
Si veda la trasparenza precedente
Materiale
inventariabile
Totale
Facilities di irraggiamento
•
IRRAGGIAMENTO A GAMMA
PALERMO IRRADIATORE GAMMA (UNIPA)
PAVIA
•
IRRADIATORE GAMMA (Sez. PV)
IRRAGGIAMENTO A NEUTRONI
PALERMO REATTORE AGN-201 (UNIPA)
PAVIA
REATTORE LENA (UNIPV,
S. ALTIERI)
Precedente esperienza gruppo di Palermo
COMPOSTO ORGANICO UTILIZZATO – ALANINA
FORMULA DI STRUTTURA
SPETTRO ESR