• Simulazione della testata dell’acceleratore
di elettroni VARIAN CLINAC 2100 C
• Simulazione della testata del Linac di
Elettra - Sincrotrone
• Simulazione del bunker per le sostanze
radioattive di Elettra - Sincrotrone
Davide Fontanarosa
Roma, 24 gennaio 2005
Simulazione della testata
dell’acceleratore di elettroni
“VARIAN 2100C”
Collimatore primario.
Materiale: Piombo.
Target.
Materiale:
Tungsteno.
Flattening
filter.
Materiale:
Acciaio
Hardening
filter.
Materiale:
Piombo
Collimatori
secondari
(“JAWS”).
Materiale:
Tungsteno.
Fascio di
elettroni da
15 MeV di
1 mm di
diametro
Il Flattening Filter e la
distribuzione spaziale
dei fotoni all’isocentro
Senza filtri
Cono Al
Cono Acciaio
2 cm
2.4 cm
Lo spessore del
Flattening Filter
2.1 cm
L’Hardening Filter e lo spettro energetico dei
fotoni all’isocentro
Senza alcun filtro
FF senza HF
tot,C 100keV 1. 3barn
tot,Pb 100keV 1. 1kbarn
g
Pb 
100keV 0. 1 2
cm
g
Pb 
1MeV 10 2
cm
Con 1 mm di Pb:
 I 100keV I 0 e
 I 1MeV I 0 e
t

t

I 0 e
I 0 e
11.35
0.10.1
11.35
0.110

I0
10 5
0. 9 I 0
t
x
0.01111
0.01832
0.0302
0.04979
0.08208
0.1353
0.2231
0.3679
0.6065
1
E Ph 1MeV
E Ph 0. 15MeV
3.727e-6
1.389e-11
t  0. 1cm
5.176e-17
t
x
1
0.08208
0.1353
0.2231
0.3679
0.6065
0.8825
E Ph 100keV
1.929e-22
e
yt11.35

0.7788
E Ph 1MeV
0.6873
0.6065
e
t
y11.35
10
A t = 0.1 ho ancora il 90% dei
fotoni da 1 MeV
A t = 0.5 ne perdo già la
metà!!
HF Alluminio
6 cm
Prima del FF
HF Piombo 1 mm
Misure singolo dosimetro fast all’isocentro
I P 10mA
t bunch 3s
f 200Hz
Carica prodotta per secondo:
Q 200
I Δt6 10 6 C
Numero di elettroni prodotti per secondo:
6
N  610 19C 4 10^13
1.610
•
•
C
Campo dei fotoni: 5x5 cm^2
Esposizione da 10 UM a 240 UM/min della durata di 2.5 secondi
2. 5 4 10 13 10 14 elettroni
• Efficienza nella produzione dei neutroni: circa 0.4%
10 14 0. 4% 4 10 11 neutroni
•
Dividendo sulla sfera con raggio pari alla distanza fino
all’isocentro:
410 11
n
1.210 5 cm 2
3. 3 10 6
n
cm 2
Superficie di un dosimetro:
1. 6 5cm 2 8cm 2
Mi aspetto circa 10 7 neutroni in un dosimetro
posto all’isocentro
La simulazione dà 12 neutroni con 510 7 elettroni
10 14
510 7
2. 0 10 6
10 7
12
0. 8 10 6
•Considerando la bassa statistica nelle simulazioni, e le incertezze sulla struttura
della testata dell’acceleratore, i risultati possono essere considerati in buon
accordo
Misure Ospedale
Maggiore
Muretto di piombo di superficie 30×30 cm2 e 5 cm di spessore, seguito dal fantoccio
di polietilene, posizionato con l’isocentro centrato sulla superficie della lastra 1.
Campo sul muretto di piombo di 20×20 cm2.
Simulazione fantoccio
Laplaciano
Simulazione
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Misure Ospedale Maggiore
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Neutroni
all’isocentro
Apertura jaws:
Ombra
delle
“jaws”
5x5 cm^2
10x10 cm^2
20x20 cm^2
I coefficienti
per la
conversione
fluenza - dose
n 3600s 
n h

cm 2 s mSv
cm 2 s mSv
3600 n
cm 2 mSv
La dose
all’isocentro
Confronto con
la letteratura
“In-phantom dosimetry and spectrometry of
photoneutrons from an 18 MV
linear accelerator”, d’Errico et al., 1997
Simulazione Geant4 Varian 2100C – 15 MeV
A
C
B
D
A/B = 3.46
C/D = 3.30
Elettroni
diretti?
No filtri
neutroni nel fantoccio
450
400
350
300
Testata completa
No filtri – No target
250
conteggi
200
150
Elettroni
diretti?
100
50
0
filtri
no filtri
no filtri no target
Elettroni
Linac Elettra
su targhetta Pb
Rivelazione delle particelle in
uscita: fotoni, neutroni,
elettroni e protoni
Massa
/MeV
Energia
/MeV
Direzione
Posizione
rivelazione
Processo
Coordinate
generazione
200000
180000
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500
MeV MeV MeV MeV MeV MeV MeV MeV MeV MeV MeV MeV MeV
100000
conteggi neutroni
90000
80000
70000
60000
20 MeV
50000
50 MeV
40000
100 MeV
30000
20000
200 MeV
10000
0
300 MeV
El ectroNuc lear
PhotonInel as
tic
NeutronIne last
ic
Rindi:
Y = 0.25*E[GeV](n/e)
Bunker sorgenti
gamma
Generazione di gamma a
662 keV (Cesio 137) con
direzione casuale e vertice
casuale all’interno del volume
occupato dalla sorgente
Lettura dei gamma in sei
boxes di 1 cm^3
Bunker
S = 1 .902 34 00 2
r = 0 .9 99 98 796
966
Conteggi
805
.60
.55
.5
644
483
322
161
0
r^-2.05
.45
.40
.35
0
0.3 1.0
37.3
73.7
110.0
146.3
182.7
219.0
Distanza (cm)
Senza mura
Bunker sorgenti
neutroni
Generazione di neutroni con
direzione casuale e vertice
casuale all’interno del volume
occupato dalla sorgente,
secondo lo spettro energetico
specifico:
Am - Be
CONCLUSIONI
• La simulazione della testata dell’acceleratore VARIAN CLINAC 2100C è
stata effettuata, ottimizzata e confrontata con le misure in tutte le sue
componenti in maniera accurata. Un confronto con le specifiche tecniche è a
questo punto fondamentale.
• Le simulazioni della testata hanno confermato l’affidabilità di Geant4 nel
confronto con le misure e, soprattutto, con la letteratura. Inoltre sembrano
suggerire un notevole vantaggio nell’utilizzo di elettroni diretti.
• Le simulazioni del LINAC di Elettra confermano la legge empirica di Rindi e
la candidano come una sorgente molto potente di neutroni.
• Le simulazioni del bunker, al momento senza riscontro nelle misure, sono
importanti per stabilire l’affidabilità degli strumenti di misura e le loro migliori
condizioni d’uso. Anche nell’ottica di un possibile futuro dosimetro real-time
per neutroni…