Studio della Risposta TL e TSC con Fasci di Protoni
G.A.P. Cirrone3,6, M.G. Sabini3,6, M. Bruzzi7, M. Bucciolini1,4 , G. Cuttone3 , A. Guasti2,4,
S. Lo Nigro6, S. Mazzocchi1,4, S. Pirollo7, L. Raffaele5,3, S. Sciortino7
1 Dipartimento di Fisiopatologia Clinica, Università degli Studi di Firenze
2 U.O.Fisica Sanitaria, Ospedale di Careggi, Firenze
3 INFN-Laboratori Nazionali del Sud, Catania
4 INFN-Sezione di Firenze
5 Istituto di Radiologia,Università di Catania
6 Centro Siciliano di Fisica Nucleare e Struttura della Materia - Catania
7 Dipartimento di Energetica, Università di Firenze
DOSIMETRI A TERMOLUMINESCENZA
• E’ stato utilizzato un gruppo di 300 dosimetri (3 x 3 x 0.88 mm) del tipo LiF:Mg,Ti, normalmente chiamati TLD-100, prodotto da Harshaw Company.
• I campioni dopo la preventiva valutazione del fattore individuale di sensibilità e calibrazione con fasci  da 60Co, sono stati divisi in tre gruppi:
Gruppo (A) considerato come riferimento; Gruppo (B) danneggiato termicamente con 3h a 400 °C e raffreddamento lento in forno; Gruppo (C) danneggiato con con 500 Gy di protoni da 22 MeV presso i Laboratori Nazionali
del Sud (INFN-LNS) di Catania.
• Le curve di risposta in dose sono state misurate nell’intervallo 0.05 -15 Gy, sia con fasci  da 60Co utilizzando come riferimento una camera a ionizzazione tipo Farmer che con fasci di protoni da 62 MeV utilizzando come
riferimento una camera a ionizzazione tipo Markus.
• La caratterizzazione dei TLD-100 con fasci di protoni è stata effettuata sulla linea OPTIS al Paul Scherrer Institute di Villigen (CH), utilizzando un fascio pienamente modulato ad un profondità di 15 mm in PMMA, corrispondente
ad un’energia residua effettiva di 40 MeV.
• Tutti i TLD sono stati letti con un lettore Harshaw 5500 con una rampa lineare di 15°C/sec in un intervallo fra 50-300°C e l’integrale del quarto e quinto picco della Glow-Curve è stato considerato come segnale dosimetrico.
Confronto fra le curve di risposta con fasci  da
e con fasci di
protoni per i campioni A e B ed A e C.
Tutte le curve di risposta possono essere interpolate con un
polinomio di secondo grado, mettendo così in evidenza l’atteso
andamento sovralineare della risposta TL per alte dosi.
Entrambi i due gruppi B e C, ma soprattutto quest’ultimo,
mostrano nell’intervallo di dose studiato una risposta TL più
bassa rispetto a quella del gruppo di riferimento A.
Dall’analisi dei dati è possibile vedere come la maggior variazione
nella risposta e nella dipendenza dal LET della radiazione
utilizzata, è stata ottenuta per il gruppo danneggiato con 500 Gy
di protoni (C). Questi dati permettono anche di valutare il
comportamento lineare/sovralineare dei TLD-100.
Gruppo A - protoni
Gruppo A - Co60
Gruppo B - Co60
Segnale TL (C)
150
200
60Co
Gruppo B - protoni
100
50
Gruppo C - protoni
Gruppo C - Co60
150
Segnale TL (C)
200
Gruppo A - protoni
Gruppo A - Co60
100
50
0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
2
4
6
8
Dose (Gy)
10
12
14
16
Dose (Gy)
DOSIMETRI A EMISSIONE DI CORRENTE STIMOLATA TERMICAMENTE (TSC)
Sono stati utilizzati campioni di DIAMANTE sintetico cresciuto con la tecnica Chemical Vapour Deposition (CVD). I Film di diamante CVD possono essere realizzati in piccole dimensioni, a potenziale basso costo, sono in buona
approssimazione tessuto-equivalente, robusti, resistenti alla radiazione e presentano elevata sensibilità.
Sono interessanti per applicazioni radioterapiche nella misura delle distribuzioni della dose e nella dosimetria in vivo  alternativa interessante ai dosimetri a termoluminescenza (TL) attualmente utilizzati nel campo della dosimetria
off-line.
E’ stata studiata la risposta in TL ed in Thermally Stimulated Current (TSC) di una serie di diamanti CVD di area 0.25 - 1 cm2 , spessore 300 - 600 mm, in funzione della dose assorbita da fasci di elettroni e protoni.
FASCI DI RADIAZIONE UTILIZZATI
Elettroni di energia nominale 20 MeV da LINAC presso il Dipartimento di Fisiopatologia Clinica dell’Università di Firenze e Protoni di energia effettiva di 22 MeV prodotti dall’acceleratore TANDEM presso i Laboratori Nazionali del Sud (INFN) di Catania.SISTEMI DOSIMETRICI
Carica Integrata [mC]
Per elettroni la dose in acqua è stata determinata utilizzando una camera a ionizzazione di tipo Farmer NE2571, per protoni la dose è stata determinata con una camera a ionizzazione Markus e con un elettrometro PTW UNIDOS
Le misure in TSC vengono effettuate con un
sistema di misura costruito ad hoc che permette
una lettura della corrente con una precisione
dello 0.1 pA,
La rampa lineare di riscaldamento (variabile da
0.1 K/s a 1 K/s) è ottenuta per mezzo di una
resistenza MINCO fissata al portacampione ed
isolata con uno strato di mica
Il sensore di temperatura è costituito da una
resistenza al platino calibrata, di tipo Pt100
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
protoni
elettroni
0
2
4
6
8
10
12
Dose assorbita [Gy]
Tutto il sistema di misura è interfacciato
interamente a PC tramite moduli IEEE-488
Apparato per la lettura in TSC
Risposta TSC di un campione CVD irraggiato con protoni da 22
MeV per dosi da 3 Gy a 10 Gy. Gli spettri presentano una
componente dominante con temperatura di picco a 530 K e
mostrano una forma simile nell’intervallo di dosi investigato.
I valori della carica totale emessa durante la lettura TSC sono
riportati in funzione della dose assorbita, per irraggiamento
con protoni ed elettroni. L’incertezza sulle misure di carica è
stata valutata al 4% per dosi superiori a 3 Gy mentre per dosi
inferiori intorno al 10%.