INFN-LNL P. Colautti (50%), V. Conte (80%), A.Ferretti (100%), M. Lombardi (100%), M. Poggi (25%), S. Canella (20%), D.Moro (20%) INFN-PD L. De Nardo (80%), G. Tornielli (80%) 2

Volume sensibile L’esperimento Misura la distribuzione del numero di ionizzazioni (cluster size) prodotte da un singolo adrone in un volume sensibile di dimensioni pari a circa 20 nm di tessuto equivalente al variare del parametro d’impatto d.

Particle track Collettore di elettroni Drift column Il nanodosimetro di traccia Multi-Step Avalanche Chamber Impulso di singolo elettrone Ione Volume sensibile Cluster size: numero di impulsi per evento

Misure con particelle alfa ( 244 Cm) [L.De Nardo et al. Rad.Environ.Biophys. 41, 235, 2002 ] Volume sensibile d 

Fascio Camera di misura STARTRACK

Il rivelatore di posizione del fascio Immagine trasversale del fascio in fase di centratura

Prime misure con protoni da 20 MeV d 20 MeV p Volume sensibile

Cammino libero medio in gas propano di ioni idrogeno, litio e carbonio p: 20 MeV; 15 MeV d: 15 MeV→p 7.5 MeV 6 Li: 24MeV (4 MeV/u) ; 45MeV (7.5 MeV/u) 12 C: 90MeV (7.5 MeV/u); 180MeV (15 MeV/u); 240MeV (20 MeV/u) Misure previste per l’esperimento STARTRACK2

internoesteroconsumomanutenzioneinventarioapparatiTot. LNL k€ PD k€ Tot k€ Preventivo globale di spesa per il 2009 Richieste servizi sezione: 1 mese/uomo laboratorio officina elettronica

Equivalenza gas-tessuto biologico Numero ionizzazioni Distribuzione di probabilità Numero ionizzazioni Distribuzione di probabilità 4.6 MeV alpha [ Grosswendt B., Rad. Prot. Dosim., vol. 110, n.1/4 (2004), pp ] distribuzione equivalenza della distribuzione, non solo del valore medio Acqua liquida 1.6 µg/cm 2 16 nm (per  = 1 g/cm 3 ) 16 nm (per  = 1 g/cm 3 ) Azoto 1.6 µg/cm 2 Propano 1.6 µg/cm 2 Azoto 2.3 µg/cm 2 23 nm (per  = 1 g/cm 3 ) Propano 1.3 µg/cm 2 13 nm (per  = 1 g/cm 3 ) 13 nm (per  = 1 g/cm 3 ) Simulazione standard della cellula

Due to pulse-overlapping, the cluster detection efficiency depends on the time separation of electrons reaching the detection stage and on the pulse temporal width. Single electron pulse calculated efficiency of the detector in resolving a number of out of  electrons of the cluster E   ): mean efficiency in temporally resolving a cluster of n electrons    Calculation of the detector response functions and deconvolution analysis Cluster detection efficiency

 The electron collection efficiency is lower than 1 and non-uniform inside the sensitive volume  Bayesian-based data deconvolution analysis to reconstruct the “true” cluster distribution Reconstruction of “true” Nanodosimetric Cluster Distributions P 0 (C i ): prior probability P(E j |C i ): likelihood P(E): Measured distribution i: “True” cluster size:Cause Ci j: “Measured” cluster size:Effect Ej Bayesian analysis P(C)→P 0 (C) P(C): Reconstructed distribution No Yes

Bayesian Reconstruction of Nanodosimetric Cluster Distributions

Acquisizione ed elaborazione dei segnali

Filtraggio dei segnali

Distribuzione delle altezze degli impulsiDistribuzione del tempo di arrivo degli impulsi

Trigger e rejector Popolazione I: fascio diretto non divergente Popolazione II: fascio diretto divergente Popolazione III: fascio deviato rivelato Popolazione IV: fascio deviato non rivelato STARTRACK è in grado di rivelare eventi rari fino a probabilità del’ordine di 10 -6

Il Multi-Step Avalanche Chamber Impulso di singolo elettrone Distribuzione di ampiezza degli impulsi di singolo elettrone

Quali sono le strutture più critiche? DNA Fibra di cromatina Cromosoma Istone

Quali sono le grandezze fisiche più significative?  interazione multiparticellare interazione di singola particella 

Sezione d’urto di inattivazione cellulare verso il libero cammino medio di ionizzazione [Simmons, J.A. & Watt, D. 1999, Radiation Protection Dosimetry: A Radical Reappraisal. ]

[L.H. Toburen et al. Radiat. Prot. Dosim. 31,1990] Ge 17.2 MeV/amu ○ 500 nm □ 250 nm Misure di energia specifica media in siti da 500 e 250 nm (ioni Germanio)

[J. U. Schmollack, S. L. Klaumuenzer and J. Kiefer. Radiat. Res. 153, 2000] He ions 25 MeV/u C ions 25 MeV/u Energia specifica media in siti da 150nm (ioni elio e carbonio)