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

PROPRIETA’ DEL DIAMANTE: Tessuto equivalenza: <Z> = 6 <Z/A> = 0.5 PROPRIETA’ DEL DIAMANTE: Alta sensibilità Resistente al danneggiamento da radiazione Basso costo di produzione Proprietà simili al diamante naturale Piccole dimensioni  Alta risoluzione spaziale Possibilità di controllo delle concentrazioni di difetti IN PARTICOLARE IL DIAMANTE SINTETICO Caratteristiche fisiche strutturali del diamante sintetico CVD

CARATTERISTICHE DEL RIVELATORE STUDIATO Spessore volume sensibile [mm] 0,4 Volume sensibile [mm3] 6,4 16 Superficie sensibile [mm2] Corrente di fondo [pA] 100 Tensione operativa [V] 400 Misure in corrente ed in carica con segnale acquisito dai quattro contatti centrali Vsens è 1,6mm3

ISOCENTRO

ALIMENTATORE HV ed ELETTROMETRO Asse del Fascio Fantoccio di PMMA

Una radiazione incidente su un materiale favorisce le transizioni tra stati in banda di valenza e stati in banda di conduzione + - A Aumento della conduttivita’ (Fotoconduttività indotta) L’aumento della conduttività si traduce in un aumento della corrente misurata quando al materiale è applicata una tensione di polarizzazione

CONFIGURAZIONE DI IRRAGGIAMENTO Misure in fantoccio di PMMA 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

RISPOSTA IN CORRENTE Tensione di lavoro 400 V corrente 6% Corrente di Fondo  100 pA CARATTERISTICA I - V

PREIRRAGGIAMENTO Il segnale in corrente del rivelatore non raggiunge immediatamente la stabilità per effetto dell’iniziale riempimento delle trappole nella banda proibita Riproducibilità a breve termine: 4% su dieci misure ripetute dopo 13 Gy 5% su dieci misure ripetute dopo 10 Gy

RISPOSTA CON LA DOSE ASSORBITA Sensibilità 12 nC/CGy Sensibilità specifica 7,5 nC/CGy*mm3

Regressione con l’espressione semiempirica RISPOSTA AL VARIARE DEL RATEO DI DOSE Regressione con l’espressione semiempirica 27 % A = 33,11  = 0,807

Curva di dose in acqua all’isocentro per protoni da Einc = 60 MeV Sottostima del 20 % alle basse energie Necessità di una misura più accurata per verificare la variazione del fattore di calibrazione con l’energia

Sensibilità [nC*cGy-1*mm-3] CONFRONTO SENSIBILITA’ Rivelatore Tensione [V] Radiazione Sensibilità [nC*cGy-1*mm-3] CVD Catania 50 Protoni 62 MeV 0,93 CVD Whitehead et al.* Fotoni 250 KeV 2,54 PTW natural diamond 100 0,64

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