CARATTERIZZAZIONE DOSIMETRICA DI

RIVELATORI A DIAMANTE SINTETICO CVD

SU FASCI DI PROTONI TERAPEUTICI DA 62

AMeV

Cirrone G.A.P., Cuttone G., Lo Nigro S.,

Raffaele L., Rovelli A.,. Sabini M.G.

INFN-Laboratori Nazionali del Sud, Via S. Sofia 44, 95100 Catania

Dipartimento di Fisica Università di Catania, Corso Italia 57, 95123 Catania

Istituto Superiore di Sanità, Roma

Policlinico Universitario, Università di Catania

REM Radioterapia, Catania

Tessuto equivalenza:

<Z> = 6

<Z/A> = 0.5

Alta sensibilità

Resistente al danneggiamento da radiazione

PROPRIETA’ DEL

DIAMANTE:

IN PARTICOLARE

IL DIAMANTE SINTETICO

Basso costo di produzione

Proprietà simili al diamante naturale

Piccole dimensioni Alta risoluzione spaziale

Possibilità di controllo delle concentrazioni di difetti

100Corrente di fondo [pA]

16Superficie sensibile [mm2]

6,4Volume sensibile

[mm3]

0,4Spessore volume sensibile [mm]

Tensione operativa [V] 400

CARATTERISTICHE DEL RIVELATORE STUDIATO

Misure in corrente ed in carica con segnale

acquisito dai quattro contatti centrali

Vsens è 1,6mm3

ISOCENTRO

Asse del Fascio

Fantoccio di PMMA

ALIMENTATORE

HV ed ELETTROMETRO

Una radiazione incidente su un materiale favorisce le transizioni tra stati in banda di valenza e stati in banda di conduzione

+

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

A

L’aumento della conduttività si traduce in un aumento della corrente misurata quando al materiale è applicata una tensione di polarizzazione

Aumento della conduttivita’ (Fotoconduttività indotta)

)( pn pne

)( pn pne

Misure in fantoccio di PMMA

CONFIGURAZIONE DI IRRAGGIAMENTO

Fasci di protoni da 62 AMeV

Corrente di fascio nominale [nA] 4

Intervallo dose rate [Gy/min] 2 - 15

Intervallo di dose [Gy] 2 - 20

CARATTERISTICA I - V

RISPOSTA IN CORRENTE

Tensione di lavoro 400 V

corrente 6%

Corrente di Fondo 100 pA

PREIRRAGGIAMENTO

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40 60 80 100 120

Dose accumulata [Gy]

Ca

rica

no

rma

lizz

ata

[u

.a]

Riproducibilità a breve termine: 5% su dieci misure ripetute dopo 10 Gy

4% su dieci misure ripetute dopo 13 Gy

Il segnale in corrente del rivelatore non raggiunge immediatamente la stabilità per effetto dell’iniziale riempimento delle trappole nella banda proibita

RISPOSTA CON LA DOSE ASSORBITA

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

0 5 10 15 20 25

Dose Assorbita [Gy]

Car

ica

[uC

]

Sensibilità 12 nC/CGy

Sensibilità specifica 7,5 nC/CGy*mm3

RISPOSTA AL VARIARE DEL RATEO DI DOSE

Regressione con l’espressione semiempirica

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Rateo di Dose [Gy/min]

Co

rren

te [

nA

]

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Rateo di Dose [Gy/min]

Co

rre

nte

[n

A]

27 % rfondo DAII

A = 33,11

= 0,807

Curva di dose in acqua all’isocentro per protoni da Einc = 60 MeV

Necessità di una misura più accurata per verificare la variazione del fattore di calibrazione con l’energia

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0

Profondità [mm acqua]

Ion

izza

zio

ne

[u.a

.]

Camera Markus

Diamante CVD

Diamante naturale

Sottostima del 20 % alle basse energie

CONFRONTO SENSIBILITA’

RivelatoreTensione

[V]Radiazione Sensibilità

[nC*cGy-1*mm-3]

CVD Catania 50Protoni 62

MeV0,93

CVD

Whitehead et al.*50

Fotoni 250 KeV

2,54

PTW natural diamond

100Protoni 62

MeV0,64

CONCLUSIONI

Alta sensibilità

Alta risoluzione spaziale

Resistenza al danneggiamento (500 Gy totali assorbiti e variazione a lungo termine inferiore al 2 %)

Buona linearità con la dose

Effetti di saturazione per ratei di dose superiori a 8 Gymin-1

Effetti di dipendenza dal LET che richiedono uno studio più approfondito

SVILUPPI

• Acquisizione su tutti i canali

• Studio più approfondito della dipendenza dal LET

• Ricopertura dei contatti con resine