Programmi di attività e previsione di spesa 2014 Antonio Barbon Neutron dOsimetry and Radiation quality Measurements by ESR and TL (NORMET) Durata proposta:

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1 Programmi di attività e previsione di spesa 2014 Antonio Barbon 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)

2 Obiettivi del progetto  Implementazione di un sistema dosimetrico ESR e TL in grado di misurare campi misti di radiazione neutroni- fotoni (solitamente utilizzate in Neutron Capture Therapy-NCT).  Sviluppo di tecniche sperimentali ESR in grado di fornire informazioni di carattere microdosimetrico sulla qualità della radiazione di fasci di radiazioni

3 Dosimetri con aumentata sensibilità IRRADIATIONS:  60 Co gamma photons: UNIVERSITY OF PALERMO  Thermal neutrons: LENA Reactor UNIVERSITY OF PAVIA, PAVIA UNIVERSITY OF PAVIA, PAVIA

4  ALANINE‏  ALANINE WITH GADOLINIUM  ALANINE WITH BORIC ACID  AMMONIUM TARTRATE  AMMONIUM TARTRATE WITH GADOLINIUM  GADOLINIUM TARTRATE

5 Attività svolte Preparazione dei campioni Controllo della linearità con la dose Limite di rilevabilità Analisi della stabilità dei segnali nel tempo M. MARRALE et al. Radiat. Res.169 232-239 (2008)‏ Analizzati i dosimetri con Gd 5% Analizzati i dosimetri con B

6 L’aumento della sensibilità è molto modesto per irraggiamenti con raggi gamma Alanina Ammonio tartrato Gd Irraggiamento a neutroni e gamma

7 L’aumento della sensibilità è molto marcato per irraggiamenti con neutroni termici Gd Alanina Ammonio tartrato

8 Gd Calcolo Monte Carlo dell’aumento di sensibilità dovuto alla aggiunta di Gd. Confronto con i dati sperimentali. Alanina Ammonio tartrato Alanina Ammonio tartrato Analisi del Fading Lieve diminuzione del segnale (2-3%) in 1000 h

9 B Alanina B Analisi del Fading Aumento della sensibilità Irraggiamento a neutroni

10  L'aggiunta di Gd2O3 al 5% percentuale di massa aumenta leggermente la sensibilità di tartrato di ammonio a fotoni gamma.  L'aggiunta di Gd2O3 al 5% mm aumenta più di 10 volte la sensibilità ai neutroni termici di alanina e di tartrato di ammonio  La sensibilità ai neutroni termici di dosimetri drogati H3BO3/alanina è inferiore rispetto al Gd2O3 con lo stesso carico.  Compromesso tra una maggiore sensibilità e riduzione di equivalenza tessuto è stato raggiunto utilizzando solo il 5% di Gd2O3.  Simulazione Monte Carlo è in buon accordo con gli esperimenti per dosimetri alanina.  Tecnica promettente da utilizzare per fasci di neutroni adatti per NCT.  Da primi test risulta che il Tartrato di Gd è inutilizzabile a causa del forte segnale di Gd(III)

11 Argomento a latere: simulazione degli spettri EPR di cristallo singolo per avere orientazione dei cristalli. Parte I): simulazione dello spettro EPR di polvere. 80% 20%

12 Cristalli singoli

13 Nuova analisi dei dati per la misura della diffusione istantanea  ww Spin eco Il decadimento dell’eco all’aumentare della distanza fra gli impulsi dipende dall’angolo di tilt θ dell’impulso. Trattamento derivato dall’analisi del decadimento per le polveri Risultati poco confortanti AT irraggiato con neutroni termici

14 Metodo del rapporto AT irraggiato con neutroni termici < 1kGy AT irraggiato con raggi gamma ( 60 Co) 1 kGy

15 La simulazione dei profili DEER non è al momento soddisfacente Double Electron-Electron Resonance (DEER) La modulazione del segnale dipende dall’accoppiamento magnetico dipolare fra spin elettronici Si sono raccolti gli spettri DEER di AT irraggiato gamma e neutroni

16 Il segnale EPR può essere registrato in 1° armonica (modulazione di B0 per detection abbinata a lock-in ampli), oppure in seconda armonica Uso di nuove metodologie per discriminare campioni con diverso T1 e T2 Dal calcolo (Bloch) si vede Il rapporto fra le altezze dei due tipi di spettro è fortemente influenzato dal valore di T2. Abbiamo verificato sperimentalmente che campioni con diverso T2 (misurato) hanno diversi andamenti.

17 Presentazione di lavori a Congressi: -XLI Congresso della Div. di Chimica Fisica della SCI, Alessandria 23-27/6/2013: EPR determination of distributions of free radicals in organic samples exposed to different ionizing radiations. (POSTER) -NEUtron and DOSimetry Simposium (NEUDOS), Aix en Provence (F) 3-7/6/2013: Organic compounds with additives for neutron dosimetry through Electron Spin Resonance spectroscopy (ORALE) -EPR BIODOSE 2013 Leiden (NL) 24-28/3/2013: Radical distributions in ammonium tartrate crystals exposed to photon and neutron beams (POSTER) -XI Convegno Nazionale GIRSE and 1st Joint Meeting ARPE-GERPE-GIRSE, Terrasini (Pa) 3- 6/10/2012: Application of Electron Spin Resonance technique in neutron dosimetry (POSTER) - XCVIII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Napoli 17-21/9/2012. Distribuzione di radicali liberi in dosimetri EPR irradiati con radiazioni di diverso LET, segnalata dal Comitato Scientifico del Congresso come la seconda migliore COMUNICAZIONE della Sezione di Biofisica e Fisica Medica. Articoli su rivista:  Radical distributions in ammonium tartrate crystals exposed to photon and neutron beams. (inviato o in fase di invio)  Discrimination of radiation quality through second harmonic out-of-phase cw-ESR detection (inviato a Rad. Res.) Sezione di Padova

18 CTPVPD Brai Maria 70%Buttafava Armando 70%Barbon Antonio 40% Basile Salvatore 50%Dondi Daniele 50%Zangirolami Emanuela 20% Carlino Antonio 70%Zeffiro A. 20%Zoleo Alfonso 20% Longo Anna 80% Tampieri Francesco 20% Marrale Maurizio 70% Tomarchio Elio 50% Tranchina Luigi 80% Salvatore Gallo 80% Quartararo Michele 30% Mirabello Marcello 50% FTE: 6.3FTE: 1.4FTE: 1.0 Missioni (irrag. et. al)ConsumoLicenze SWServizi (irrag. E altro)TOTALI 3131017 Richieste per il 2014 Personale Impiego in altri progetti: A Barbon: PRIN 2011. 10 mesi nel triennio del progetto.

19  M. MARRALE, A. LONGO, A. BARBON, H. RABUS, M. BRUSTOLON, M. BRAI. Radical distributions in ammonium tartrate crystals exposed to photon and neutron beams (da inviare entro il fine settimana a Radiation Protection Dosimetry)  M. MARRALE, A. LONGO, M. BRAI, A. BARBON, M. BRUSTOLON. Discrimination of radiation quality through second harmonic out-of-phase cw- ESR detection (inviato a Radiation Research)  A. BARBON, M. BRUSTOLON, M. MARRALE, A. LONGO, M. BRAI. EPR determination of distributions of free radicals in organic samples exposed to different ionizing radiations. XLI Congresso della Div. di Chimica Fisica della SCI, Alessandria 23-27/6/2013  M. MARRALE, ESR spectroscopy for analyzing the spatial distribution of free radicals in ammonium tartrate, Submitted to Il Nuovo Cimento C (2013).  M. MARRALE, M. BRAI, A. LONGO, S. PANZECA, A. CARLINO, L. TRANCHINA, E. TOMARCHIO, A. PARLATO, A. BUTTAFAVA, and D. DONDI, Organic compounds with additives for neutron dosimetry through Electron Spin Resonance spectroscopy, NEUDOS12 NEUTRON AND ION DOSIMETRY SYMPOSIUM 3rd -7th JUNE 2013 Aix-en-Provence (France) (2013).  M. MARRALE, A.CARLINO, M. DURANTE, M. KRAMER, C. L. TESSA, A. LONGO, S. PANZECA, E. SCIFONI, and M. BRAI, Dosimetry for clinical carbon ion beams by means of alanine EPR detectors, NEUDOS12 NEUTRON AND ION DOSIMETRY SYMPOSIUM 3rd -7th JUNE 2013 Aix-en- Provence (France) (2013).  M. MARRALE, A. LONGO, A. BARBON, H. RABUS, M. BRUSTOLON, and M. Organic compounds with additives for neutron dosimetry through Electron Spin Resonance spectroscopy, NEUDOS12 NEUTRON AND ION DOSIMETRY SYMPOSIUM 3rd -7th JUNE 2013 Aix-en-Provence (France) (2013).  M. MARRALE, A. LONGO, A. BARBON, H. RABUS, M. BRUSTOLON, and M. BRAI, Radical distributions in ammonium tartrate crystals exposed to photon and neutron beams, EPRBiodose2013 24rd -28th March 2013 Leiden (The Netherlands) (2013).  M. MARRALE, M. BRAI, A. LONGO, S. PANZECA, A. CARLINO, L. TRANCHINA, E. TOMARCHIO, A. PARLATO, A. BUTTAFAVA, and D. DONDI, Neutron dosimetry by means of Electron Spin Resonance technique, EPRBiodose2013 24rd -28th March 2013 Leiden (The Netherlands) (2013).  M. MARRALE, A.CARLINO, M. DURANTE, M. KRAMER, C. L. TESSA, A. LONGO, S. PANZECA, E. SCIFONI, and M. BRAI, Response of alanine EPR detectors to clinical carbon ion beams, EPRBiodose2013 24rd -28th March 2013 Leiden (The Netherlands) (2013).  M. MARRALE, M. BRAI, A. LONGO, S. PANZECA, A. CARLINO, L. TRANCHINA, E. TOMARCHIO, A. PARLATO, A. BUTTAFAVA, D. DONDI, A. BARBON and M. BRUSTOLON, Application of Electron Spin Resonance technique in neutron dosimetry, XI Convegno Nazionale GIRSE and 1st Joint Meeting ARPE-GERPE-GIRSE – 3rd-6th October 2012 Terrasini Palermo, (Italy) (2012).  M. MARRALE, M. BRAI, A. LONGO, S. PANZECA, L. TRANCHINA, E. TOMARCHIO, and A. PARLATO, Neutron dosimetry by means of electron spin resonance (ESR) technique, ERRS2009 40th Annual Meeting of the European Radiation Research Society, Vietri sul Mare (Italy) (2012b).  C. L. TESSA, A. CARLINO, E. SCIFONI, M. KRÄMER, M. MARRALE, M. BRAI, M. DURANTE, S. PANZECA, A. LONGO, R. KADERKA and T. BERGER, 12C ion beam dose distribution in presence of medium inhomogeneities: comparison between different measurements and simulations with the treatment planning system for particles TRIP98, ERRS2009 40th Annual Meeting of the European Radiation Research Society, Vietri sul Mare (Italy) (2012).  M. MARRALE, A. LONGO, M. BRAI, A. BARBON, M. BRUSTOLON, G. CIRRONE, F. ROMANO, F. D. ROSA, and G.CUTTONE, Distribuzione di radicali liberi in dosimetri EPR irradiati con radiazioni di diverso LET, XCVIII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, Napoli (Italy) (2012). This Presentation has received a Prize from the Scientific Committee of the Italian National Society of Physics.  M. MARRALE, A. CARLINO, M. DURANTE, M. KRÄMER, C. L. TESSA, A. LONGO, S. PANZECA, E. SCIFONI, and M. BRAI, Characterization of alanine EPR detectors response in clinical carbon ion beams, XI Convegno Nazionale GIRSE and 1st Joint Meeting ARPE-GERPE-GIRSE – 3rd- 6th October 2012 Terrasini Palermo, (Italy) (2012).