WIDEST1 Laura De Nardo Cura dei tumori diffusi mediante la BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY (BNCT) INFN PD – LNL - PV PD: L. De Nardo (0.50), G. Tornielli (0.50), D. Moro (0.50) LNL: P. Colautti (0.50), V. Conte (0.50), G. Jori (0.50), L. Evangelista (1.00), G. Egeni (0.50), J. Esposito (0.50) PV: S. Altieri (0.40), F. Ballarini(0.60), A. De Bari (0.20), R.Nano (1.00), N. Protti (1.00), S.Stella (1.00), S. Bortolussi (0.60) Collaborazioni: EURADOS, European Dosimetry Group, ATI, Austrian Technological Istitute, Politecnico di Pisa, Politecnico di Milan, IOV Padova, Dip. di Chirurgia Univ. PV e Policl. S. Matteo

Obiettivi generali dell’esperimento WIDEST1 testare l’efficacia della BNCT sulle metastasi polmonari in un modello animale generalizzare il risultato dell’assorbimento selettivo del 10B (già dimostrato nelle metastasi polmonari in un modello animale di carcinoma del colon) con altri modelli animali correlare i risultati radiobiologici con la qualità microdosimetrica dei dati raccolti in diversi campi neutronici misurare la concentrazione del boro in campioni sani e tumorali di pazienti La parte di microdosimetria è quella di competenza di PD e LNL WIDEST1

Twin –TEPC per applicazioni BNCT‏ (senza tubi di campo) Rivelatore mini-TEPC (2 contatori proporzionali a Gas). : 0.01mm aluminium sputtering on Rexolite surface : Rexolite® 1422 plastic, 0.75mm thickness : A-150 plastic loaded with 50ppm of 10B, 0.35 mm thickness : A-150 plastic 0.35 mm thickness : conductive glue : 10µm diameter anodes : spring that keeps anode taut : way of the gas (propane TE), flow at 1cc/min. : Sensible volumes; cylinders of 0.9mm diameter and 0.9 mm in height. Presso i LNL è già stato sviluppato negli anni scorsi un rivelatore microdosimetrico miniaturizzato, progettato per la BNCT. Un Twin-TEPC è composto da due microdosimetri (due TEPC, ossia contatori proporzionali a gas tessuto-equivalenti) inseriti in un unico dispositivo. Entrambi i TEPC hanno il catodo di plastica tessuto-equivalente; il catodo di uno dei due è drogato con 50ppm di 10B. Questo permette di raccogliere contemporaneamente due spettri di segnali originati dalle ionizzazioni di singola particella che hanno luogo nei volumi sensibili dei due rivelatori. I volumi sensibili sono cilindri retti di 3mm per 3mm riempiti di gas tessuto-equivalente a bassa pressione in modo che il loro spessore medio sia 0.1mg/cm2 ossia 1μm se il gas avesse densità 1g/cm3 Tale rivelatore non ha un’elevata accuratezza dosimetrica, a causa delle semplificazioni costruttive impiegate nella miniaturizzazione (è senza tubi di campo). Nell’ambito del progetto WIDEST Verrà quindi costruito un ulteriore microdosimetro ottimizzato per l’accuratezza dosimetrica (con tubi di campo). WIDEST1

BNCT dose components TWIN-TEPC measurements Processando i dati acquisiti dal Twin-TEPC in modo opportuno è possibile misurare la dose totale e le sue tre componenti: quella dovuta ai gamma, quella dovuta ai neutroni e quella dovuta ai prodotti di reazione del 10B. Gli spettri sono una misura della qualità del campo di radiazione, da cui si può calcolare il LET medio, valutare l’RBE, etc… WIDEST1

Spettri microdosimetrici misurati ai reattori LENA e TAPIRO Una prima misura di micro dosimetria è stata perciò effettuata al reattore LENA di PAVIA. In Figura lo spettro microdosimetrico di LENA è confrontato con uno raccolto tempo fa al reattore TAPIRO di ENEA-Casaccia nella colonna termica di HYTHOR [D.Moro et al. Appl.Rad.Isot. 67, 171-174, 2009]. I due spettri rappresentano la percentuale di dose rilasciata da eventi compresi tra y e y+dy nei due casi. Essi sono stati misurati dal TEPC senza 10B nel catodo. Le curve per valori di y minori di 20 keV/μm sono principalmente dovute ad eventi di ionizzazione dei raggi gamma. Gli eventi dovuti ai protoni contribuiscono alla formazione del picco tra 20 e 150 keV/μm. Gli eventi maggiori sono dovuti a ioni più pesanti. Si può notare che lo spettro del LENA, molto più termico di quello di HYTHOR, ha, rispetto a quest’ultimo, meno eventi per y > 150 keV/μm. Tali eventi possono essere dovuti alle particelle alfa emergenti dal catodo di plastica A- 150 a causa delle reazioni 14N(n, α)11B e 19F(n,α)16N, che hanno una soglia di 0.47 e 1.6 MeV rispettivamente. The TAPIRO radiation field produces a rather higher yield of protons and light ions with respect LENA radiation field. On the contrary, a larger gamma event yield is present in LENA. These differences are due to the different neutron energy spectra. TAPIRO is a fast reactor, therefore a significant fast neutron component is present in the HYTHOR facility. This fast neutron component is responsible of the high proton and light ion yields, mainly due to elastic reactions. The irradiation cavity of LENA is optimized to produce an almost pure thermal neutron field. Therefore, proton events come mainly from the absorption reaction 14N(n.p)14C. Because of the small fast neutron component, only few light ion events are present in LENA spectrum. On the contrary, the relative gamma yield, due to thermal-neutron absorption n-gamma reactions, is high. This gamma dose component is primarily due to a boral shield located near the actual measurement; this will not be present in the animal irradiation position; new measurements are planned without the boral shield.  WIDEST1

Spettri microdosimetrici misurati al reattore LENA con e senza B-10 Focusing on the LENA irradiation facility characterization, two microdosimetric spectra were collected with the two TEPCs of the counter. One spectrum refers to the TEPC with 50 ppm of 10B in the cathode wall, while the other to the TEPC with no 10B doping in its wall. Comparing to the previously described spectrum collected at LENA facility, the 4He and 7Li ions emerging from the 10B neutron-capture reactions give rise to a high peak at about 250 keV/µm. The gamma yield decrease is only relative. It is due to the light ion event increase coming from the 10B(n,α)7Li reaction.  In order to properly assess the helium and lithium ion relative-dose value, two factors have to be taken into account. First of all, the relative dose contribution is the double of that on in figure 2, because helium and lithium ions are always emitted at 180°. That fact prevents the collection of both ion events in the TEPC sensitivity volume. Secondly, part of the ions energy is lost inside the metallic boron powder used for doping the A-150 plastic wall. This second factor can reduce the 10B component of about 30% [D.Moro et al. Appl. Rad. Isot. 67, 171-174, 2009].  Nella componente ad alto LET abbiamo un comportamento che fa supporre una dipendenza dal LET della carica raccolta. Pertanto il nuovo rivelatore per WIDEST è stato costruito con i tubi di campo. WIDEST1

Twin TEPC con tubi di campo Obiettivo: sviluppare un Twin-TEPC dedicato al vano di irraggiamento del reattore LENA e caratterizzare microdosimetricamente il campo di radiazione al suo interno In the WIDEST1 Experiment (inside the fifth INFN research group) we plan to develop and construct a new Twin TEPC with the aim to characterize the LENA thermal column. Il rivelatore progettato per l’esperimento WIDEST1 è composto da due microdosimetri (due TEPC, ossia contatori proporzionali a gas tessuto-equivalenti) inseriti in un unico dispositivo, come si può vedere in figura. Entrambi i TEPC hanno il catodo di plastica tessuto-equivalente; il catodo di uno dei due è drogato con 50ppm di 10B. Questo permette di raccogliere contemporaneamente due spettri di segnali originati dalle ionizzazioni di singola particella che hanno luogo nei volumi sensibili dei due rivelatori. I volumi sensibili sono cilindri retti di 3mm per 3mm riempiti a loro volta di gas tessuto-equivalente a bassa pressione in modo che il loro spessore medio sia 0.1mg/cm2 ossia 1μm se il gas avesse densità 1g/cm3. WIDEST1

Twin TEPC in WIDEST WIDEST1 Il rivelatore microdosimetrico con due TEPC in fase di montaggio sul suo supporto di fibra di carbonio. Sullo sfondo il cappuccio di alluminio di 0,2 mm di spessore che incapsula il rivelatore. Essa garantisce la tenuta del vuoto e fa da schermo elettromagnetico. Il rivelatore, composto da due microdosimetri assemblati in un unico corpo, è visibile in figura. Attraverso la plastica semitrasparente (rexolite), che fa da isolante, si intravedono due cilindri scuri. Essi sono i catodi di plastica A-150; una plastica conduttiva tessuto-equivalente. Per evitare di utilizzare metallo, che si attiverebbe, gli elementi di sostegno del rivelatore, sono Fatti di fibra di carbonio. From the detector, emerge the cables to power the cathodes, the guard tubes, and also those of the signals coming from the anodes. Two Teflon little tubes carry the measurement gas inside the detectors. The measurements are in fact performed in a gas flow of 1cc/min, because, due to the intense ionization rate in each measurement, the gas tends to decompose, thus changing the gain characteristics of the detector.  WIDEST1

Twin TEPC in WIDEST The detector has been built and it is ready to be tested. Prove di vuoto già effettuate. Misure con sorgenti gamma e neutroniche presso i LNL sono previste a breve. Entro fine anno previste prime misure al LENA. The improvements: Carbon fiber sleeve and aluminum cap in the top for reducing the activation in the thermal beam, Improvements in the gas pipelines and finally field tubes for better defining the electric field inside the sensitive volume even in the region of high lineal energy values. In figura è visibile il rivelatore montato su un supporto di fibra di carbonio, che è disegnato ad L per permettere l’inserimento del rivelatore nella cavità di irradiazione, la stessa in cui vengono infilati i topi, mantenendo i due TEPC, di cui è composto il rivelatore, alla stessa distanza dal core del reattore. In tal modo si può assumere che i due spettri microdosimetrici differiscano solo per la Presenza del 10B nel catodo di uno dei due TEPC, essendo campo gamma e neutronico lo stesso. The front-end electronic, the precision manometer to measure the pressure of the gas for the measurement and the plugs for the gas and for the vacuum lines are mounted on an aluminum box.  Stelo in fibra di Carbonio, cappuccio e altre parti in alluminio Miglioramenti nelle cavità del gas Tubi di campo Miglioramenti: WIDEST1

Piano finanziario 2012 di PD-INFN Obiettivi 2012 di PD-INFN Effettuare la caratterizzazione microdosimetrica dei campi neutronici del LENA in vari punti dentro la cavità di irradiazione Piano finanziario 2012 di PD-INFN Si propone di completare nel 2012 le previste misure microdosimetriche in vari punti dentro la cavità di irradiazione del LENA in modo da completare la mappatura microdosimetrica della cavità stessa. Le misure verranno effettuate in 3 turni di misura. Ogni turno prevede 1 giorno per l’insalazione e 2 giorni per la misura. L’apparato microdosimetrico, completo di elettronica nucleare, computer per analisi on-line dei dati, sistemi di pompaggio e di flussaggio del gas di misura. Verrà trasportato con apposito pulmino. INTERNO 1.5 k€ Misure di microdosimetria al LENA: 3 turni di 3 giorni per 1 persona WIDEST1