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Corso: Fisica
Anteprima dell’appunto:
Attualmente i trattamenti di radioterapia utilizzano fasci di fotoni ed elettroni per la cura dei tumori. Nonostante gli ottimi risultati ottenuti nel corso degli anni ancor oggi alcune neoplasie non sono curabili con i tradizionali fasci radioterapici. E’ necessario trovare nuove tecniche di radioterapia che utilizzino un fascio di particelle in grado di penetrare nella materia e rilasciare tutta la sua energia in punti ben focalizzati. Le particelle capaci di risparmiare i tessuti sani sono gli adroni carichi che rilasciano la maggior parte della dose in punti ben definiti;radiazione utile per tumori localizzati. Esistono neoplasie non localizzabili, accompagnate da metastasi,per i quali i trattamenti locoregionali non sono possibili e la chemioterapia risulta inadeguata.Si è sviluppato negli anni un trattamento che sfrutta la cattura dei neutroni termici da parte del 10B,la BNCT.Questa terapia prevede due fasi fondamentali:introduzione del 10B nelle cellule tumorali e l’irraggiamento dell’area interessata con un fascio di neutroni. La reazione che si genera induce l’apoptosi della cellula.Attualmente le strutture adibite a trattamenti di BNCT sono limitate alle uniche sorgenti neutroniche disponibili:i reattori nucleari.Adeguare un reattore nucleare alla sperimentazione e all’uso clinico è molto complicato e costoso.Da qui nasce l’esigenza di utilizzare sorgenti alternative.I vantaggi legati all’inserimento di tali sorgenti all’interno di una struttura ospedaliera risulterebbero molteplici.Primo fra tutti, la possibilità di effettuare trattamenti direttamente in un normale reparto di radioterapia.Questo lavoro di tesi è sviluppato nell’ambito del progetto PhoNeS (Photon Neutron Source) dell’INFN. Il progetto PhoNeS prevede la realizzazione di una sorgente di neutroni per BNCT ospedaliera utilizzando i fotoneutroni prodotti dalla conversione della radiazione γ generata dagli acceleratori lineari attualmente in uso nei reparti di radioterapia.Viene quindi sviluppato un fotoconvertitore facilmente applicabile agli acceleratori. Tale strumento è composto da materiale ad alto Z, per assorbire la componente γ e generare neutroni per GDR e materiale a basso A per ridurre l’energia cinetica dei neutroni prodotti.I fasci di neutroni prodotti da acceleratori hanno una caratteristica che li distingue da quelli dei reattori:sono fasci pulsati:pacchetti prodotti a frequenza predefinita.Questa caratteristica è il parametro che permette lo sviluppo di uno spettrometro/dosimetro real time. Una categoria di rivelatori inesplorata per neutroni lenti, ma real time è rappresentata dagli scintillatori che sfruttano la reazione di cattura di neutroni lenti da parte dell’idrogeno contenuto nel polistirene.In questa tesi è stato realizzato un prototipo di scintillatore letto da due fotomoltiplicatori in coincidenza che permette di misurare un flusso di neutroni e di ricavare informazioni sullo spettro energetico di tale fascio.Il fascio di neutroni è il risultato della fotoproduzione di un fascio di fotoni a 18 MV generato da un acceleratore Clinac 1800. I neutroni sono stati misurati direttamente e in presenza del moderatore. Il fascio, pulsato a 150 Hz e della durata di 5 µs per bunch, produce i neutroni che essendo caratterizzati da uno spettro che si estende verso le energie molto basse(0.025 eV) e quindi lenti, arrivano sul rivelatore molto dopo il termine del bunch.Se lo scintillatore viene fatto funzionare in anticoincidenza con il bunch, può rivelare i neutroni misurandone il loro istante di arrivo e quindi funzionando come un sistema TOF. Come rivelatore di riferimento per la valutazione del flusso neutronico prodotto dall’acceleratore, è stato utilizzato il metodo dell’attivazione neutronica sfruttando l’attivazione di una pasticca di Al. Il campione è stato posto in prossimità di un sistema di rivelazione in grado di misurare l’attivazione indotta:uno scintillatore (NaI(Tl)) per la rivelazione delle particelle γ emesse nel decadimento dei nuclei attivati; un fotomoltiplicatore, collegato allo scintillatore, che converte il segnale, lo amplifica e lo trasmette all’elettronica di lettura.I dati acquisiti hanno permesso di valutare il flusso neutronico e considerare le prime geometrie ottimali per massimizzarlo.Successivamente è stato utilizzato il prototipo realizzato nell’ambito del progetto PhoNeS finalizzato all’incremento del flusso di neutroni lenti (necessari per un trattamento di BNCT).Il metodo dell’attivazione ha permesso di realizzare una mappatura del flusso neutronico attorno al prototipo.I valori ottenuti dimostrano che il prototipo incrementa il flusso di almeno un ordine di grandezza.I due sistemi, attivazione e TOF, sono complementari: il primo è in grado di fornire una misura assoluta del flusso mentre il secondo è capace di rispondere real-time e di misurare uno spettro.
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Tag: Accelerators, detection, Neutrons, production, Radiotherapy
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