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Davide Fontanarosa Torino, 18 aprile 2005 Simulazione con Geant4 di un prototipo per la fotoconversione neutronica a partire da elettroni da 25 MeV da.

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Presentazione sul tema: "Davide Fontanarosa Torino, 18 aprile 2005 Simulazione con Geant4 di un prototipo per la fotoconversione neutronica a partire da elettroni da 25 MeV da."— Transcript della presentazione:

1 Davide Fontanarosa Torino, 18 aprile 2005 Simulazione con Geant4 di un prototipo per la fotoconversione neutronica a partire da elettroni da 25 MeV da acceleratore ospedaliero e successiva moderazione, per BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) nellambito del progetto PhoNeS (Photon Neutron Source)

2 Che cosè ? È un toolkitÈ un toolkit per la simulazione dellinterazione delle particelle con la materia È un esperimento di produzione, distribuzione e gestione software, con una Collaborazione Internazionale e la partecipazione di vari esperimenti, laboratori e istituti È stato creato utilizzando una programmazione rigorosa e tecnologie Object Oriented, implementate nel flessibile linguaggio C++

3 Titanium shell (50 µm) Silver core (250 µm) 4.5 mm Medical physics Chi sono gli utenti di ? Borexino Astroparticle and underground physics ZEPLIN III ATLAS BaBar HEP and accelerator physics Astrophysics and ray astronomy GLAST F.Longo talk La flessibilità di Geant4 e la disponibilità di molti modelli fisici lo rendono uno strumento largamente usato in campi tra loro estremamente differenti

4 Simulazione della testata dellacceleratore di elettroniVARIAN 2100C Collimatori secondari (JAWS). Materiale: Tungsteno. Flattening filter. Materiale: Acciaio Collimatore primario. Materiale: Piombo. Target. Materiale: Tungsteno. Hardening filter. Materiale: Piombo Fascio di elettroni da 15 MeV di 1 mm di diametro Tutti i dettagli sulla testata allindirizzo:

5 Simulazione fantoccio Laplaciano Misure Ospedale Maggiore Simulazione

6 In-phantom dosimetry and spectrometry of photoneutrons from an 18 MV linear accelerator, dErrico et al., 1997 A B C D A/B = 3.46 C/D = 3.30 Simulazione Geant4 Varian 2100C – 15 MeV Confronto con la letteratura

7 Le componenti Testata: acceleratore Varian 2100C Nucleo in W Raffreddamento D2O Il fotoconvertitore - moderatore

8 Le componenti 2 Schermatura nucleo in Pb Moderazione in D2O Moderazione in C Moderazione in D2O vicino al paziente – belt in C – cavità paziente coibentata con 1 mm Pb

9 Simulazioni compiute con 10 7 eventi Simulazioni compiute con 10 6 eventi Più D2O, più Pb, paziente allontanato, buchi diametro maggiore Il percorso completo è disponibile allindirizzo: Il PERCORSO: alcune delle configurazioni intermedie

10 Termici: 91% (8290) Epitermici: 7.6% (693) Fast: 1.4% (127) Totale: 9110 Lo spettro della configurazione definitiva

11 Lerrore è calcolato come sqrt(N) Lo spettro della configurazione definitiva: errori

12 55 cm 130 cm 35 cm Belt ridotta 9 cm 3 cm Paziente avvicinato Schermatura lato paziente Schermatura anteriore Buchi diametro 10 cm 60 cm 99 cm Dimensioni dellapparato

13 Muro anteriore D2O INTERA belt D2O Cavità paziente traguardata La configurazione è ottimizzata?

14 Schermi alternati di Litio, Piombo e Boro Immersione totale del nucleo in D2O, circondato completamente con Pb a sua volta circondato da C La radioprotezione

15 Schermatura anteriore e lato paziente Senza schermature Schermatura anteriore e lato paziente aumentata Schermatura anteriore La radioprotezione:i fotoni

16 Senza schermatureSchermatura anteriore Schermatura anteriore e lato paziente aumentata La radioprotezione:i neutroni

17 Picco 2 MeV cattura H Produzione di fotoni allinterno del tessuto umano

18 Nucleo W: 3.2 Kg Raffreddamento D2O: 2.92 Kg Schermatura nucleo Pb: Kg Moderatore C: Kg Moderazione interna D2O:9.23 Kg Schermo Pb lato paziente: Kg Schermi anteriori: Backshield963.8 Kg Shield n(B) Kg Shield fotoni Kg Shield n fast(Li)36.28 Kg Schermi laterali: Shield n(B) Kg Shield fotoni Kg Shield n fast(Li) 4.73 Kg Schermi lato paziente: Kg Belt: Kg Moderazione nella belt D2O:17.4 Kg Coibentazione Pb paziente:12.11 Kg Totale: Kg Si possono ridurre ulteriormente? Lapparato: il peso

19 PhoNeS redux rebuilt PhoNeS RR (redux rebuilt)

20 Nucleo W: 0.5 Kg Raffreddamento D2O: 0.09 Kg Schermatura nucleo Pb: Kg Schermatura nucleo Pb esterna:109 Kg Moderatore C: laterale Kg centraleca. 10 Kg Moderazione interna D2O:9 Kg Schermo Pb lato paziente:25.9 Kg Schermo Pb anteriore:103.4 Kg Belt: Kg Moderazione nella belt D2O:35.52 Kg Coibentazione Pb paziente:12.11 Kg Totale: Kg PhoNeS RR: il peso

21 Simulazioni compiute con 10 7 eventi PhoNeS redux rebuilt PhoNeS RR: gli spettri

22 PhoNeS redux rebuilt: i neutroni recuperati con il moderatore! Simulazioni compiute con 10 7 eventi PhoNeS RR: neutroni recuperati con il moderatore

23 Conclusioni Le simulazioni della testata hanno confermato laffidabilità di Geant4 nel confronto con le misure e, soprattutto, con la letteratura. Inoltre sembrano suggerire un notevole vantaggio nellutilizzo di elettroni diretti Nella prima configurazione del fotoconvertitore–moderatore la distribuzione dei neutroni è molto promettente La moderazione in D2O è stata ottimizzata: un ulteriore aumento della sua presenza non migliora la distribuzione dei neutroni in maniera sensibile La distribuzione dei fotoni, con la riduzione della zona a bassa energia grazie alla coibentazione della cavità con 1 mm di Pb, sembra essere accettabile, considerando il basso assorbimento e la produzione allinterno del tessuto umano Il prezzo da pagare per la riduzione del peso è la perdita di una considerevole quantità di neutroni. Una possibile soluzione potrebbe essere la costruzione di un apparato modulare, in cui ognuna delle parti possa essere spostata indipendentemente In termini di mass budget conviene usare lacqua pesante (1.11 g/cm^3) al posto del carbonio (2.26 g/cm^3) ma non in termini economici Una valutazione dellimpatto economico è in corso


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