neutron dosimetry and radiation quality measurements by esr and tl (normet) durata proposta: 3 anni...
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Neutron dOsimetry and Radiation quality Measurements by ESR and TL (NORMET)
Durata proposta: 3 anni (2012-2014)
Sezioni: Catania (M. Marrale) Padova (A. Barbon)
Pavia (A. Buttafava)
Responsabile nazionale: Maurizio Marrale (CT)
dr A. Barbon
Obiettivi del progetto
Implementazione di un sistema dosimetrico ESR e TL in grado di fornire informazioni sulle varie componenti di campi misti di radiazione neutroni- fotoni (solitamente utilizzate in Neutron Capture Therapy-NCT).
Sviluppo di tecniche sperimentali tramite ESR in regime pulsato in grado di fornire informazioni di carattere microdosimetrico sulla qualità della radiazione di fasci di radiazioni per NCT
Obiettivo (1)
I risultati ottenuti verranno confrontati con studi effettuati su dosimetri a termoluminescenza
Implementazione di un sistema dosimetrico ESR e TL in grado di fornire informazioni sulle varie componenti di campi misti di radiazione (fotoni-neutroni)
Capacità di discriminazione della componente neutronica dalla componente gamma.
Capacità di fornire informazioni energetiche sul campo neutronico.
FORMULA DI STRUTTURA SPETTRO ESR
COMPOSTO ORGANICO UTILIZZATO – ALANINA
MATERIALI MATERIALI DOSIMETRICI ORGANICI DOSIMETRICI ORGANICI SOLITAMENTE SOLITAMENTE UTILIZZATI PER UTILIZZATI PER DOSIMETRIA ESR NON DOSIMETRIA ESR NON SONO ADATTI PER NCT SONO ADATTI PER NCT A CAUSA DELLA LORO A CAUSA DELLA LORO SCARSA SENSIBILITA' SCARSA SENSIBILITA' AI NEUTRONIAI NEUTRONI
Nuovi dosimetri (a base Nuovi dosimetri (a base di alanina) arricchiti con di alanina) arricchiti con atomi con alte cross atomi con alte cross sectionssections
PREPARAZIONE DI DOSIMETRI PUNTUALI PURI O COMPOSITI
PREPARAZIONE DOSIMETRI
-SOLUZIONE DI PARAFFINA IN ESANO
- SOSPENSIONE CON CRISTALLI DI MATERIALE DOSIMETRICO
- EVAPORAZIONE DELL’ESANO IN ROTAVAPOR
- PRESSATURA A TEMPERATURA AMBIENTE - CONDIZIONAMENTO A 40°C PER 15 ORE
DOSIMETRI 20%PARAFFINA – 80% MATERIALE DOSIMETRICO
BUONA RIPRODUCIBILITA’
BUONE PROPRIETA’ MECCANICHE
PREPARAZIONE DI DOSIMETRI PUNTUALI PURI O COMPOSITI
SINTESI UMIDA (BA1e)F.Urena-Nunez, S.Galindo, J.AzorinAppl.Radiat.Isot. 49 (12) 1657 (1998)
4000,0 3000 2000 1500 1000 494,8
-0,10
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,66
cm-1
ABS
3990,6 3000 2000 1500 1000 489,7
-0,07
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,79
cm-1
ABS
4000,0 3000 2000 1500 1000 478,5
-0,10
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,41
cm-1
ABS
L-alanina
H3BO3
BA1e
SINTESI NH3 GAS (BA4a)
4000,0 3000 2000 1500 1000 483,2
-0,030,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,81
cm-1
ABS
Date: 17.06.1912 Time: 17:10
Filename: C:\WINEPR\DATAWI~1\NORMET\BA1\01ba1e.spc
[G]3250 3275 3300 3325 3350 3375 3400 3425
-10.0
-7.5
-5.0
-2.5
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
[*10^ 3]
Date: 17.06.1912 Time: 17:12
Filename: C:\WINEPR\DATAWI~1\NORMET\BA4A\01ba4a.spc
[G]3275 3300 3325 3350 3375 3400 3425 3450
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
[*10^ 3]
Spettri FTIR-ATR Spettri EPR
MACINAZIONE (BA14)L-ALANINA/H3BO3 equimolari
4000,0 3000 2000 1500 1000 450,0
-0,030,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,81
cm-1
ABS
Date: 17.06.1912 Time: 17:21
Filename: C:\WINEPR\DATAWI~1\NORMET\BA14\01ba14.spc
[G]3275 3300 3325 3350 3375 3400 3425 3450
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
[*10^ 3]
SINTESI L-ALANINA/H3BO3 equimolariIn H2O/NH3
VERIFICA DELLA STABILITA’ AMBIENTALE DELLE VARIE TIPOLOGIE DI DOSIMETRI
CAMPIONI IRRAGGIATI GAMMA IN ARIA, DOSE 4,5 kGy
CAMPIONI
- L-ALANINA PURA (Lala) SEGNALE STABILE
- SINTESI UMIDA (BA1e) SEGNALE STABILE
- SINTESI CON NH3 GAS (BA4a) SEGNALE INSTABILE (RIDUZIONE AL 30%) IN 1000 h
- MACINAZIONE (BA14) SEGNALE STABILE
I CAMPIONI CON SPETTRI EPR TIPICI DELL’ALANINA PRESENTANO SEGNALI STABILI NEL TEMPO A TEMPERATURA AMBIENTE IN ARIA
? MISCELE FISICHE ?
IL COMPOSTO L-ALANINA/H3BO3 PRESENTA UN SEGNALE A PIU’ COMPONENTI CON DIVERSE VELOCITA’ DI DECADIMENTO
? EFFETTO DELL’OSSIGENO ?
IRRAGGIAMENTO GAMMA 60Co
CONFRONTO RISPOSTA DOSIMETRI
SIMULAZIONE MONTECARLO RISPOSTA DOSIMETRI A NEUTRONI
Una simulazione Monte Carlo preliminare con MCNP5 stima un incremento della sensibilità dovuto alla presenza del 10B di più di un ordine di grandezza.
Additive
Bisogna comunque validare sperimentalmente questi valori dato che la simulazione tiene conto del rilascio di energia nel dosimetro ma non del numero di radicali prodotti e della resa radicalica dei dosimetri stessi.
Obiettivo del progetto proposto (2)Misure di qualità della radiazione attraverso uno studio della
distribuzione spaziale dei radicali liberi prodotti dalle radiazioni ionizzanti.
Analisi della concentrazione locale di radicali liberi prodotti dalla radiazione ionizzante attraverso l'analisi dei decadimenti dell'eco EPR con strumentazione in regime pulsata (Sezioni PD, CT)
Analisi della distribuzione delle distanze tra radicali liberi investigate attraverso la tecnica Double Electron-Electron Resonance (Sezioni PD, CT)
Determinazione della sensibilità e dei limiti di rivelazione di queste tecniche per fasci di fotoni e campi misti (Sezioni PD, CT)
Modellizzazione computazionale della distribuzione di radicali prodotti da campi misti (Sezioni PD, CT)
COMPOSTI ORGANICI UTILIZZATI – TARTRATO D’AMMONIO
FORMULA DI STRUTTURA SPETTRO ESR
0.0 0.1 0.2 0.3
260000
280000
300000
320000
340000
360000
1/T
M (
s-1)
sin2
TMm15kGy Linear Fit of D5kGy_TMm15kGy w Spin eco
A relaxation mechanism is acting while the pulses turn the magnetization (Instantaneous Diffusion, ID). ID depends on the local concentration.
Local microscopic concentration of free radicals
Local microscopic concentration of free radicals
Local Concentrations (spin/cm3)5kGy 3.7*1017
1kGy 1.0*1017
0.5kGy 7.1*1016
Local Concentrations/dose (with respect to the 0.5 kGy)
5kGy 0.521kGy 0.720.5kGy 1.00
62 MeV/u Carbon ions doses: ~0.5, 1, 5 kGy
Double Electron-Electron Resonance (DEER)
Double Electron-Electron Resonance (DEER)
pump detection
2 3 4 5 6distance (nm)
irr@C sim
Analysis of the DEER measurements:The distribution shows the highest peak at 2.3 nm. Two radicals have a higher possibility of being at this distance with respect to γ irradiation (smoother distribution). This situation is similar to that of proton irradiation (19 MeV).
w
FT
Deconvolution
Double Electron-Electron Resonance (DEER)
0 200 400 600 800 100012001400
-3000000
-2400000
-1800000
DE
ER
sig
na
l
ns
Single Crystal ATGamma irradiation
Analisi in corso
Distance distributions of free radicals
The distance distributions for dosimeters of AT exposed to gamma photons (red curve) exposed to thermal neutrons are similar to the simulation with isotropic 3D distribution of spins.
The distance distribution for dosimeters exposed to protons (blue curve) shows a peak which is related to the size of the track of these heavy charged particles.
M. Marrale, M. Brai, A. Barbon, M. Brustolon Radiat. Res. 2009
ANALISI IN CORSO ANALISI DELLA RISPOSTA A NEUTRONI DELLE VARIE TIPOLOGIE DI DOSIMETRI
(IRRAGGIAMENTI LENA PAVIA A METÀ LUGLIO)
STUDIO DI NUOVI MATERIALI (QUALI TARTRATO DI GADOLINIO)
ANALISI DELLA CONCENTRAZIONE LOCALE IN CRISTALLI DI TARTRATO DI GADOLINIO IRRADIATO CON GAMMA E CON NEUTRONI
SVILUPPO DI SOFTWARE PER ANALISI DEI DATI RELATIVI ALLA DISTRIBUZIONE DEI RADICALI IN CRISTALLI
INDAGINI PER INTRAPPOLARE SIMULTANEAMENTE COMPOSTI DEL BORO E PRECURSORI DI RADICALI IN MATRICI STABILIZZANTI
DIAMETRO DEI CANALI UREA 5.5 and 5.8 Å TIOUREA 5.8 to 7.1 Å
UREA E TIOUREA
ACIDO COLICO E DERIVATI
COMPOSTI DI INCLUSIONE
Pubblicazioni relative al ProgettoPresentazioni a Congresso XI Convegno Nazionale GIRSE & 1stJoint Meeting ARPE-GERPE-GIRSETERRASINI (Palermo) 3rd – 6th October 2012
M. Marrale, M. Brai, A. Longo, S. Panzeca, A. Carlino, L Tranchina, E. Tomarchio, A. Parlato, A. Buttafava, D. Dondi, A. Barbon, M. Brustolon. Application of Electron Spin Resonance (ESR) technique in neutron dosimetry
M. Marrale, A.Carlino, M. Durante, M. Kramer, C. La Tessa, A. Longo, S. Panzeca, E. Scifoni, M. Brai Characterization of alanine EPR detectors response in clinical carbon ion beams
European Radiation Research Society Conference 2012Vietri sul Mare, 15th-19th October 2012
M. Marrale, M. Brai, A. Longo, S. Panzeca, A.Carlino, L Tranchina, E. Tomarchio, A. Parlato Neutron dosimetry by means of Electron Spin Resonance (ESR) technique
C. La Tessa, A.Carlino, M. Kramer, E. Scifoni, R. Kaderka, T. Berger, M. Marrale, A. Longo, S. Panzeca, M. Brai, M. Durante12C ion beam dose distribution in presence of medium inhomogeneities: comparison between different measurements and simulations with the treatment planning system for particles TRiP98
Congresso della Società Italiana di Fisica 2012
M. Marrale, A. Longo, M. Brai, A. Barbon, M. Brustolon, G.A.P. Cirrone, F. Romano, F. Di Rosa, G.CuttoneDistribuzione di radicali liberi in dosimetri EPR irradiati con radiazioni di diverso LET
Anagrafica
Preventivo di spesa 2013 (k€)
CONSUMOEPR (CT, PD, PV)Reagenti, spin trap, Vetreria EPR, Azoto liquido, elio liquido, additivi arrichiti con 10B, 6Li, GdLuminescenza (CT)Dosimetri TLD100, TLD600, TLD700Reagenti per altre tecniche analitiche espettroscopiche (gas cromatografia, HPL,etc.) (CT,PV,PD)
Missioni interneRiunioni con partner progetto e congressi in Italia
Facilities di irraggiamento
• IRRAGGIAMENTO A GAMMA
PALERMO IRRADIATORE GAMMA (UNIPA)
PAVIA IRRADIATORE GAMMA (UNIPV)
• IRRAGGIAMENTO A NEUTRONI (da luglio 2012)
PALERMO REATTORE AGN-201 (UNIPA)
PAVIA REATTORE LENA (UNIPV,S. ALTIERI)
DOSIMETRI DI ALANINA PRODOTTI A PAVIAIRRAGGIAMENTO GAMMA 60Co
LOWEST DETECTABLE DOSE:<0.5 Gy
DOSIMETRI DI ALANINA
Palermo
Spessore 10 mm
Diametro 4 mm
Massa 135 mg
LOWEST DETECTABLE DOSE: <0.5 Gy
IRRAGGIAMENTO GAMMA 60CoStandard (commerciali)
Spessore 3 mm
Diametro 48 mm
Massa 68 mg
DOSIMETRI DI ALANINA CON 10B PRODOTTI A PVmacinazione
Spessore 1 cm
Diametro 4 mm
Massa 110 mg
IRRAGGIAMENTO GAMMA 60Co
LOWEST DETECTABLE DOSE:~0.5 Gy
DOSIMETRI DI ALANINA CON 10B DI PAVIA
DOSIMETRI DI ALANINA PRODOTTI A PAVIA
Spessore 1 cm
Diametro 4 mm
Massa 110 mg
IRRAGGIAMENTO GAMMA 60CoLOWEST DETECTABLE DOSE:
~1 Gy
DOSIMETRI DI ALAN. CON Gd2O
3 PRODOTTI A PA
Spessore 10 mm
Diametro 4 mm
Massa 135 mg
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