InterazioneRadiazione – Materia
dosimetria
1
dosimetria
RADIAZIONI IONIZZANTI
Radiazione: Trasferimento di energia da un punto ad unaltro nello spazio senza spostamento macroscopico dimateria e senza il supporto di un mezzo materiale
• Radiazione corpuscolare
• Radiazione elettromagnetica
:
Radiazione ionizzante: in grado di produrre la ionizzazionedegli atomi e delle molecole del mezzo attraversato
RADIAZIONI CORPUSCOLARI
particella simbolo carica (e) massa (u.m.a) massa (MeV)
elettroni o
particelle β-
e-, β- -1 5.5 x 10-4 0.511
elettroni o e+, β+ +1 5.5 x 10-4 0.511elettroni o
particelle β+
e+, β+ +1 5.5 x 10-4 0.511
protoni p +1 1.0072 938.3
deutoni d +1 2.0136 1875.6
particelle α α +2 4.0028 3727.3
neutroni n 0 1.0087 939.6
Direttamente ionizzanti: particelle cariche (elettroni, protoni,particelle α, etc.) la cui energia cinetica è sufficiente per produrreionizzazione per collisione
RADIAZIONI IONIZZANTI
Indirettamente ionizzanti: fotoni, particelle prive di caricaelettrica (neutroni) che, interagendo con la materia, possonomettere in moto particelle direttamente ionizzanti o dar luogo areazioni nucleari
Particelle cariche pesanti
Energia dell’ordine da qualche MeV a qualche decina di MeV,
(piccola rispetto alla loro massa a riposo mpc2 ≈ 938 MeV),
trattate in maniera non relativistica.
Interagiscono principalmente con gli elettroni del mezzo:
- Elettroni condotti a livelli superiori (eccitazione)
- Elettroni strappati all’atomo a cui appartengono (ionizzazione).
=
−
cm
MeV
I
cm
A
ZNz
cm
e
dx
Ed eA
e
22
2
2
2
4 2ln
14
β
β
ρπ
e = carica elettronica, mec2 = energia a riposo dell’elettrone,
z = numero di cariche elementari della particella incidente,
NA = numero di Avogadro, Z = numero atomico del mezzo, ρ = densità del mezzo,
A = massa atomica del mezzo, I = potenziale medio d’eccitazione degli elettroni.
forma semplificata della formula di Bethe, valida per
<<= 1
c
vβ
E’ conveniente esprimere lo stopping power mediante la coordinata:
ξ = ρρρρ x
dE
dξ- =
Z
AF (ββββ,I)
dE
dxρρρρ1
- = q2
mass stopping power
Mass Stopping Power
x → ξ
6
Z
A~ costante
dE
dξ- ~ indipendente dal materiale
per valori di Z non troppo diversi
Mass Stopping Power
Mass Stopping Power vs. Energia particella incidente
3
4
5
6
8
10
(MeV
g−1cm
2)
H2 liquid
He gas 3
4
5
6
8
10
(MeV
g−1cm
2)
H2 liquid
He gas
dE
dξ- ∝∝∝∝ ββββ
1
ββββ2
dE
dξ- ∝∝∝∝
ββββ < 0.2
0.2 < ββββ < 0.96
ββββ = 0.96
minimo di ionizzazione (m.i.p.)
~ costante per particelle di = carica:
7
1
2
3
1.0 10 100 1000 10 0000.1
Pion momentum (GeV/c)
Proton momentum (GeV/c)
1.0 10 100 10000.1
1.0 10 100 10000.1
1.0 10 100 1000 10 0000.1
−d
E/
dx (
Mβγ = p/Mc
Muon momentum (GeV/c)
He gas
CAl
FeSn
Pb
1
2
3
1.0 10 100 1000 10 0000.1
Pion momentum (GeV/c)
Proton momentum (GeV/c)
1.0 10 100 10000.1
1.0 10 100 10000.1
1.0 10 100 1000 10 0000.1
−d
E/
dx (
Mβγ = p/Mc
Muon momentum (GeV/c)
He gas
CAl
FeSn
Pb
m.i.p
7
ββββ > 0.96dE
dξ- ∝∝∝∝ ln ββββ
risalita relativisticaattenuata dall’effettodensità
~ costante per particelle di = carica:
q = 1 →→→→ ≅≅≅≅ 2 MeV · g-1 · cm2
Percorso della particella = distanza che questa percorre all’internodel mezzo prima d’aver perso tutta la propria energia:
∫ ∫==iniziale inizialeE E
dEdxdE
dxR0 0
1
.
I
I 0
Ogni particella possiede una
traiettoria propria, tutte le
particelle aventi la stessa energia
iniziale hanno un percorso che le
differenzia statisticamente le une
R R m e t
Percorso medio Rm Re percorso estrapolato
Il percorso medio Rm è definito come lo spessore del mezzo assorbente necessario a ridurre a metà il numero di particelle iniziali I0 .
differenzia statisticamente le une
dalle altre.
La fluttuazione sul valore medio del percorso è detta straggling
Il numero di coppiecreate per unità dilunghezza di percorsoè proporzionale allafrazione dE/dxd’energia persa dallaparticella.
Curva di Bragg per particelle alfa
9
Quest’ultima aumentaman mano chel’energia dellaparticella diminuiscepassando per unmassimo alla fine delpercorso.
INTERAZIONI ELETTRONI-MATERIA
Interazioni fra particelle cariche: forza elettrostatica (Coulomb)
1. Interazioni con gli elettroni atomici (collisioni)
2. Interazioni con i nuclei atomici (frenamento)
1. L’elettrone incidente perde la sua energia cinetica soprattuttotramite numerosi piccoli trasferimenti di energia (rare le grosseperdite): ionizzazioni, eccitazioni, trasferimenti termici
2. Emissione di fotoni di frenamento
Perdita di energia per ionizzazione
La perdita di energia per unità di percorso è più fluttuante che nel caso delleparticelle pesanti; la lunghezza della traiettoria subisce quindi una dispersionestatistica più importante.
La formula Bethe e Bloch è data per due domini di energia dell’elettrone incidente:
Non relativistico
)5.0(2
16.1ln
1306.0
22
2<
=
− β
β
β
ρper
cm
MeV
I
cm
A
ZN
dx
Ed eA
)1(2
)(ln
1153.0
22
222
2≈
+≅
− β
β
β
ρper
cm
MeV
cmI
cmEE
A
ZN
dx
Ed
e
eA
Nel caso non relativistico il potere dirallentamento decresce in funzionedell’energia E dell’elettrone come
avveniva per le particelle cariche
pesanti, mentre nel caso relativisticoil potere di rallentamento crescelentamente con ln E.
Non relativistico
Relativistico
Perdita di energia per irraggiamento
Nelle vicinanze di un nucleo pesante gli elettroni deviano dalla loro traiettoria
incidente; tale cambiamento di direzione equivale ad una accelerazione → essi
rilasciano una certa quantità della loro energia sotto forma di radiazione
elettromagnetica. L’emissione di fotoni attraverso questo processo è chiamato
irraggiamento da frenamento o bremsstrahlung.
Eγγγγ = hνννν
Ze
p
p
γγγγ
−
++≅
−
cm
MeV
cm
cmEcmEr
A
ZN
dx
Ed
e
e
ee
A
3
4)(2ln4)(
137
12
2
222 ρ
2
2
cm
er
e
e =Con : raggio classico dell’elettrone che vale re = 2.817 fm
Ze
Fotoni
Consideriamo i seguenti processi:
-Effetto fotoelettrico
-Diffusione Compton
-Produzione di coppie
Altre interazioni (Diffusione Rayleigh , Reazioni fotonucleari )
µ = coefficiente di attenuazione, dipende sia dall’energia del fotone sia dalle caratteristiche del mezzo attraversato.
Effetto fotoelettrico
Interazione di un fotone con un elettrone atomico.
Durante l’interazione il fotone cede tutta la sua energia all’elettrone.
beEhE −=− ν
Coefficiente di attenuazione per effetto fotoelettrico:
A
Zfoto
5
ρµ ≈
Effetto Compton
Interazione di un fotone con un elettrone “libero”
La differenza di energia tra fotone incidente e fotone diffuso sarà impartita all’elettrone sotto forma di energia cinetica.
A differenza dell’effettofotoelettrico il fotone non cedehν‘ fotoelettrico il fotone non cedetutta la sua energia in una solainterazione, ma rilascia solo unafrazione della propria energiadeviando rispetto alla direzioneincidente.
θ
ϕ
e-
hν
hν
‘
Sezione d’urto per effetto Compton (trattazione non relativistica) :
A
ZCompton ρµ ≈
Produzione di coppie
Un fotone può creare una coppia elettrone-positrone, se possiede un’energia maggiore dellasomma delle masse a riposo delle due particelleprodotte Eγγγγ ≥ 1.022 MeV
L’eccesso di energia del fotone incidente è trasformato in energia cinetica del positrone e dell’elettrone:
e-
hν
e+
2
022.1)( −=
MeVEEcinetica
γ
Il processo inverso è l’annichilazione :
e+
γγ +→+ −+ee si producono due fotoni, di energia
pari a 511 keV
Sezione d’urto per produzione di coppie:
A
Zpp
2
ρµ ≈
Fotone gamma di alta energia → Creazione di una coppia elettrone-positrone. In campo magnetico il positrone curva in senso opposto rispettoall’elettrone. Visualizzazione mediante camera a nebbia.
Evidenza sperimentale della produzione di una coppia
17
Cascata elettromagnetica
Gli elettroni/positroni dialta energia emettono perirraggiamento → fotoni
I fotoni di alta energia
creano coppie →
Cascata
elettromagnetica
18
creano coppie →
elettroni/positroni
Il processo ha termine non appena l’energia scendeal di sotto dell’energia critica
Attenuazione dei fotoni
Il coefficiente di attenuazione totale µtot, è la somma dei coefficienti dei tre processi considerati, e cioè:
ppComptonfototot µµµµ ++=
Il numero di fotoni diffusi oassorbiti nello spessore dx éproporzionale al flusso di fotoniproporzionale al flusso di fotoniincidenti Φ(x) ed alla probabilitàtotale d’interazione µtot:
dxxxd tot ⋅⋅=− µφφ )()(
xtotex⋅−⋅= µφφ )0()(
Andamento dell’intensità di radiazione elettromagneticaall’interno del mezzo:
xeIxI
µ−= 0)(
FOTONI
SPESSORE DI DIMEZZAMENTO
Gli effetti biologici delle radiazione possono essere raggruppatiin due categorie: effetti deterministici (reazioni tissutali) edeffetti stocastici (cancro ed effetti ereditari).
La grandezza fisica di base utilizzata in radioprotezione per glieffetti stocastici è la dose assorbita media in un organo o in untessuto: energia depositata nell'organo divisa per la massa diquell'organo o di quel tessuto.
Per gli effetti deterministici (reazioni tissutali), la dose assorbita è
DOSE ASSORBITA
21
Per gli effetti deterministici (reazioni tissutali), la dose assorbita èmediata sulla porzione del tessuto maggiormente irradiata, comeil volume di pelle irradiata nel fascio diretto di radiazione.
“Radiological Protection in Medicine”
Annals of the ICRP Volume 37 Issue 6, 2007
Dose assorbita D = Energia/Massa
Unità di misura: 1Gy = 1J/kg
Alcune radiazioni sono più efficaci di altre nel provocare gli effettistocastici.
Per tener conto di questo, è stata introdotta la grandezza doseequivalente: dose assorbita media in un organo o in un tessutomoltiplicata per il Fattore di Qualità = fattore adimensionale diponderazione della radiazione.
Per tutti i principali tipi di radiazioni utilizzati in medicina (fotoni ed
DOSE EQUIVALENTE
22
Per tutti i principali tipi di radiazioni utilizzati in medicina (fotoni edelettroni), si assegna un fattore di ponderazione della radiazione paria 1, così che la dose assorbita e la dose equivalente sononumericamente uguali.
Per le particelle alfa e gli ioni pesanti, il fattore di ponderazione dellaradiazione è 20, per i protoni il fattore di ponderazione è 2, mentre peri neutroni il fattore di ponderazione della radiazione è una funzionecontinua dell’energia del neutrone incidente sul corpo.
Unità di misura della dose equivalente è il sievert (Sv).
FATTORE DI QUALITA’
Confronto distribuzione di dose per diverse radiazioni in funzione della profondità in acqua
24
L’esposizione alle radiazioni dei diversi organi e tessuti dell’organismodetermina differenti probabilità di danno e diversi livelli di gravità. Peresprimere il detrimento combinato derivante dagli effetti stocastici dovutoalle dosi equivalenti in tutti gli organi e i tessuti del corpo, la doseequivalente in ogni organo e tessuto è moltiplicata per un fattore diponderazione tissutale, i risultati sono sommati sull’intero corpo, perfornire la dose efficace.
DOSE EFFICACE
Ht = Qt Dt Dose media equivalente ad un organo
25
Unità di misura della dose efficace è ancora il sievert (Sv).
*ICRP, 2007b. Quantities used in radiological protection. Annex B to 2007 Recommendations.
HE = Dose EfficaceT
T
TE HwH ∑=
Valori limiti annuali raccomandati da ICRP 60 per la Dose Efficace:
Intera Popolazione: 1 mSv
Lavoratori Esposti: 20 mSv
ORDINI DI GRANDEZZA
• Dose totale assorbita in un trattamento radioterapico 60 Gy(es. 30 frazioni da 2 Gy, 5 volte alla settimana)
• Dose assorbita in un esame RX diagnostico qualche mGy (in superficie) Dose Efficace dell’ordine dei 100µSv/mGy
• Dose assorbita in esame di Medicina Nucleare (es.scintigrafia ossea)
Dose superfici ossee 10.5 mGyDose superfici ossee 10.5 mGy
Midollo osseo 1.22 mGy
Dose (total body) 1.03 mGy
Dose efficace 1.82 mSv
• Dose efficace annuale da sorgenti di radiazione naturale 2.0 mSv
(in aree particolari si può arrivare a circa 17 mSv)
Un po’ di numeri
• Sono circa 2 milioni gli italiani che nel corso della loro
vita hanno avuto una diagnosi di tumore.
• La mortalità per tumore rappresenta in Italia il 30% circa
del totale dei decessi annui, ma migliora costantemente la
sopravvivenza a cinque anni dalla diagnosi, pari secondo
gli ultimi dati disponibili al 47% (in linea con la media
europea).europea).
• Il protocollo di trattamento delle patologie neoplastiche
prevede la radioterapia nel 70% circa dei casi.
Radioterapia
la soluzione fisica a un problema biologico
Radioterapia con fasci esterni
Fasci di radiazioni di alta energia (normalmente
X, γ, elettroni ed, in alcuni centri, protoni o ioni)
prodotti da radionuclidi o da acceleratori di
particelleparticelle
Brachiterpia
Sorgenti radioattive sigillate introdotte in via permanente o temporanea all’interno del corpo
Radioterapia metabolica
Sorgenti radioattive non sigillate veicolate all’interno del corpo da farmaci o da anticorpi
Per non vanificare le potenzialità offerte da queste tecniche,
Radioterapia conformazionaleCon la radioterapia conformazionale si utilizzano tecniche di imaging CTper identificare con adeguata precisione sia il bersaglio del trattamentoche gli organi a rischio prossimali. La pianificazione del trattamento vieneeseguita utilizzando sistemi computerizzati (Treatment Planning SystemTPS) che effettuano sia il calcolo della dose, che la procedura dipianificazione del trattamento.
29
offerte da queste tecniche, l’accuratezza deve essere elevata in ogni fase del processo radioterapico, in particolare nella valutazione della dose assorbita dal paziente.
TPS IMRT per prostata
Sezione assiale del corpo
IMRT: Intensity Modulated Radiation
Therapy
Dose campo standard
Dose campo a modulazione di intensità
31
U. Amaldi
PROBLEMATICHE DOSIMETRICHE
I problemi principali derivanti dall’introduzione di modalità di
trattamento ad alta conformazionalità (IMRT, stereotassi, proton
therapy) sono legati a:therapy) sono legati a:
• piccoli campi di irraggiamento;
• alti gradienti di dose;
• variazione del dose rate nello spazio e nel tempo;
• variazione dello spettro energetico del fascio nello spazio e nel
tempo.
Caratteristiche richieste ai rivelatori
• Elevata risoluzione spaziale (sensori di piccole
dimensioni e breve distanza tra gli elementi della matrice)
• Risposta indipendente dal dose rate, dall’energia e dal
LET della radiazione
• Risposta veloce e stabile nel tempo• Risposta veloce e stabile nel tempo
• Buona linearità
• Ampio range dinamico
• tessuto equivalenza
La tessuto-equivalenza
materiale Z
aria 7.78
acqua 7.51
muscolo 7.64
Il materiale del dosimetro deve
interagire con la radiazione in modo
simile al tessuto umano, quindi avere
Z simile → acqua, aria, carbonio
34
muscolo 7.64
grasso 6.46
ossa 12.31
carbonio 6
silicio 14
SiC ∼10
Dosimetri per la rivelazione delle radiazioni
- camere a ionizzazione
- emulsioni fotografiche
- Dosimetri a termoluminescenza(TLD)
Off-line
On-line
35
- A giunzione / barriera Schottky susemiconduttore (Si, Diamante)
On-line
Una emulsione fotografica viene impressionata dalla radiazione, la densità
ottica rilevata e’ proporzionale alla dose. Si ottiene così la misura della dose
assorbita dalla pellicola durante l’intero periodo di esposizione.
film-badge
36
film-badge
Struttura a bande di un isolante
Banda valenza
Banda conduzione
Banda proibitaE
nerg
ia
L’energia impartita dalla radiazione libera l’elettrone dal legame
Dosimetri a termoluminescenza (TLD)
37
Atomico e lo parta nella banda di conduzione.
Termoluminescenza = emissione di luce, a seguito di riscaldamento da
parte di alcuni materiali isolanti (CaF2, LiF, BeO, CaSO4, Li2B4O7)
Struttura a bande di un isolante
Banda valenza
Banda conduzione
Banda proibitaE
nerg
ia
L’energia impartita dalla radiazione libera l’elettrone dal legame
38
La maggior parte degli elettroni ritornano a legarsi alle lacune
dopo aver migrato nel cristallo (luminescenza)
Atomico e lo parta nella banda di conduzione.
Struttura a bande di un isolante
Banda valenza
Banda conduzione
Banda proibitaE
nerg
iatrappola
L’energia impartita dalla radiazione libera l’elettrone dal legame
39
Qualcuno resta intrappolato in livelli metastabili della banda proibita
La maggior parte degli elettroni ritornano a legarsi alle lacune
dopo aver migrato nel cristallo (luminescenza)
Atomico e lo parta nella banda di conduzione.
Struttura a bande di un isolante
Banda valenza
Banda conduzione
Banda proibitaE
nerg
iatrappola
L’energia impartita dalla radiazione libera l’elettrone dal legame
40
Finche’ il cristallo non viene riscaldato (lettura). L’energia termica
somministrata libera l’elettrone dalla trappola. Esso ritorna alla banda
di valenza e nel processo viene emessa luce (Termoluminescenza)
Qualcuno resta intrappolato in livelli metastabili della banda proibita
La maggior parte degli elettroni ritornano a legarsi alle lacune
dopo aver migrato nel cristallo (luminescenza)
Atomico e lo parta nella banda di conduzione.
La fase di lettura del dosimetro consiste
quindi nel suo riscaldamento
Un fotomoltiplicatore legge la luce emessa,
proporzionale al numero di elettroni
intrappolati
41
Misura della dose assorbita
Dosimetro TLD
Principio di funzionamento generale di un rivelatore
particella di energia E →→→→ trasferimento di energia fE (f ≤≤≤≤ 1) al rivelatore →→→→ conversione in forma d’energia accessibile
f E convertita in impulsi elettrici →→→→ necessaria elettronica per il
Dosimetri on-line
42
trattamento dell’informazione
segnale analogico
elettronica
uscita digitale
fEE
Caratteristiche GeneraliA. Sensibilità
capacità di produrre un segnale S utilizzabile per un dato tipo di
radiazione di una data energia (non esiste rivelatore sensibile a tutte
le radiazioni di qualunque energia)
• rumore rivelatore, NR: la minima ionizzazione in grado di produrre
segnale utilizzabile S è determinata dal rumore del sistema rivelatore
⊕⊕⊕⊕ elettronica →→→→ deve essere S » NR
B. Risposta
43
B. Risposta
interazione di una particella nel rivelatore →→→→ rilascio di carica
elettrica Q nel volume sensibile del rivelatore →→→→ raccolta tramite
campo elettrico
risposta del rivelatore: impulso di corrente
∫0
tc
Q = i(t) dt
t
i
tc
I
Il dosimetro misura la corrente media prodotta dal rivelatore
t
i
I (t)I (t)Dosimetro
44
t
∫t - T
t
dt’ i(t’)I (t) =1
T
T = tempo di risposta del circuito di misura
T ~ 1 s →→→→ misuro corrente media I ~ r̄ Q̄
rate media
carica media per
interazione
Principio di funzionamento dei rivelatori a gas
45
La radiazione ionizza le molecole del gas, ioni ed elettroni sonoaccelerati dal campo elettrico interno al rivelatore e raccolti allearmature
gas
funzionano con questo principio:
Contatori Geiger
Camere ad ionizzazione
Penne dosimetriche individuali
46
Giunzione p-n
Dosimetro a Si
47
Configurazione tipica rivelatore a
silicio. In generale la
configurazione utilizzata è n+/p.
Caratteristica I-V di un dosimetro a Si al buio ed esposto a radiazione pari a 1.5Gy/min
Caratteristiche Operative:
-Tensione applicata nulla per minimizzare la corrente di buio
- tempo di campionamento
48
sensibilità
dD
dIs =
- tempo di campionamento intorno a T≥10ms
-Misura carica integrata
Regione attiva del dosimetroW = larghezza di svuotamento Rp = range delle particelle
L = lunghezza di diffusione
49
Si puo’ avere contributo al segnale per la diffusione dei portatori minoritari che vengono
creati in Rp all’interno della regione neutra
Dispositivo commerciale a matrice planare di diodi Si
MapCHECK ( Sun Nuclear Corp.)
Caratteristiche del MapCHECK
• 445 diodi al silicio di tipo n preirradiati di area
0.8 mm x 0.8 mm disposti in una regione
quadrata di lato 22 cm
• Doppia risoluzione spaziale:
campo 10 cm x 10 cm
dir. verticale e orizzontale 10 mm
50
dir. verticale e orizzontale 10 mm diagonale 7.1 mm
campo 20 cm x 20 cm
dir. verticale e orizzontale 20 mm diagonale 14.1 mm
Buildup inerente in acrilico 2.0 cm acqua eq.
Backscatter inerente in acrilico 2.27cm acqua eq.
Mappa
delle
posizioni
dei diodi
Problema: bassa risoluzione spaziale
Silicon segmented sensor, n-type implant onan epitaxial p-type layer. Each element is 2x2mm2 and the distance center-to-center is 3mm. The sensor is composed of 21x21 pixels.Area 6.29x6.29 cm2.
Rivelatore a Si epitassiale sviluppato a
Firenze
51
Geometry of the 441
channels Si module.
Risultati misure sotto fascio
radioterapico
Almost all the channels exhibit a repeatability < 0.5%, reproducibility < 1%
•deviation from linearity is 0.3% in the dose range 10-550 cGy, andthe fraction of channels which have a deviation better than 1% is 98%the fraction of channels which have a deviation better than 1% is 98%
•Measurements in the dose rate range 40-350 cGy/min indicate thatthere is no dose rate dependence.
Mean sensitivity = 1.248 ± 0.004 nC/cGy
•The energy dependence was assessed for different beam quality. TPRat different depths and OF were measured (1-2% ) As expected a slightenergy dependence was observed since silicon is not water equivalent
Sig
na
l (C
)
Dose maps Profiles
Profile along the central column
for different field size
(0.8X0.8, 1.6x1.6, 2.4x2.4, 3.2x3.2, 4x4, 4.8x4.8)
Sig
na
l (C
)
6MV photon beam at Careggi Hospital
IMRT Field
Inserire mappa focus
10MV photon beam at Careggi Hospital
Confronto misura dose conformata con IMRT per la cura del tumore della prostataeffettuata con MAPCHECK e con il dispositivo sviluppato a Firenze
55
Depth dose measurements (protons)
0.8
1
1.2
1.4
CATANA:
Spread Out Bragg Peak
0 5 10 15 20 25 300
0.2
0.4
0.6
0.8
depth (mm)
Sig
nal (n
C) CATANA:
62 MeV proton beam
Measurements in PMMA
Signal normalized at 12.5 mm
Overview of the large scale detectordesign.
In progress: Sviluppo su scala 18x18cm2
57
Details of connection between the
kapton flexible circuit (pale green)
and central silicon module.
Possibilità di tesi di laurea in questo settore
Dosimetro a diamante
� it is almost tissue equivalent
it doesn’t perturb the radiation field → small fields
the energy is absorbed as in the water → no correction factors
� high radiation hardness → long term stability
☺
58
� high density → high sensitivity → small dimensions
� non toxic
� it can be used as TL dosimeter (off-line) or for on-line applications
♠� high defect density - priming effects – instability of the signal
� high voltage required
� high production costs
Commercial Devices:
PTW Natural Diamond
20 mm20 mm
7.3mm7.3mm
PTW NATURAL DIAMONDFirst dosimetric applications: Natural Diamond
59
A potentially low-cost material:
Chemical Vapour Deposited
polycrystalline Diamond
After polishing and
Material removal
60
50 µm
200µm Courtesy of Element Six
- Columnar growth –
increased quality at
growth side
DEF Florence
Barriera Schottky realizzata evaporando contatto Cr/Au o Ti/Au sudiamante pCVD.
Uso a zero bias per ridurre l’effetto della difettosità di bulk che incidenegativamente sulla dinamica di risposta.
Primi dispositivi bidimensionali con diamante policristallino realizzati a Firenze
rivelatore a diamante
61
rivelatore a diamantepolicristallino 2.5cmx2.5cm,spessore 300µµµµm con contattiCr/Au prodotto a Firenze perradioterapia stereotassica
Prove sotto fascio al LINACdell’ospedale di careggi.
Possibilita’ attivita’ di tesi.
pCVD and PTW diamonds in 10 MV IMRT field
(26 segments in 160 s)
Primi risultati con fasci IMRT molto promettenti
M. Bruzzi, C. De Angelis, M. Scaringella, C. Talamonti, D. Viscomi
and M. Bucciolini: “Zero-bias Operation of polycrystalline Chemically
Vapour Deposited Diamond films for Intensity Modulated
RadioTherapy”, submitted to Diamond and Related Materials, May-
2010.
62
63