Caratterizzazione delle condizioni operative ottimali di un TEPC a confinamento di valanga

In the framework of the MITRA project (MIcrodosimetry and TRAck structure), approved and funded by Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, an innovative detection system able to measure and characterize ionization events due to radiation field both in nanometric and micrometric scale size is under development. The aim is to study a relationship able to describe in an accurate way the biological effect of ionizing radiation and optimize the monitoring of biological effectiveness of treatment beam. This thesis deals with the characterization of the operative conditions of the detection system, an avalanche confinement-based tissue equivalent proportional counter (TEPC) suitably designed and developed in order to simulate sites of diameter variable from 1 µm down to 25 nm. Unlike classical microdosimeter, propane and methane tissue equivalent gas based, this kind of proportional counter uses dimetyhlether [(CH3)2O] in order to obtain higher gas gains, therefore simulating sites with dimensions of few tens of nanometers. Indeed, the innovation of this detector consists in the possibility of linking experimental microdosimetry with track nanodosimetry. The counter is characterized by three potentials, an anode wire, a grid and a cathode, that have the role of collecting charges produced in the drift region and multiplying them inside a multiplication region. The research activity performed was mainly dedicated to the study of the response of the detector at different settings of this three parameters and to the determination of the optimal operative conditions of the whole system. On the basis of the obtained results, a detailed microdosimetric characterization was performed with a gamma radiation field (137Cs). The comparison with literature results, only possible for diameter size greater than 35 nm, highlights the correct operation of the detector and a good agreement of the measured spectra with conventional microdosimeters.

Nell’ambito del progetto MITRA (MIcrodosimetry and TRAck structure) approvato e finanziato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, è in fase di sviluppo un sistema di rivelazione innovativo in grado di misurare eventi di ionizzazione indotti da radiazioni in siti sia micrometrici, sia nanometrici. L’obiettivo ultimo è studiare una relazione capace di descrivere più accuratamente l’effetto biologico delle radiazioni ionizzanti e ottimizzare il monitoraggio dell’efficacia biologica dei fasci di trattamento. Questo lavoro di tesi riguarda la caratterizzazione delle condizioni operative del sistema di rivelazione, un contatore proporzionale tessuto equivalente (TEPC) a confinamento di valanga appositamente progettato e realizzato al fine di simulare siti di diametro variabile da 1 µm sino a 25 nm. A differenza dei microdosimetri convenzionali, basati su propano o metano-tessuto equivalente, tale rivelatore impiega gas Dimetiletere [(CH3)2O] per ottenere maggiori guadagni, dunque simulare siti di alcune decine di nm. La novità di questo rivelatore consiste nella possibilità di creare un ponte tra la microdosimetria sperimentale e la nanodosimetria di traccia. Il rivelatore studiato è caratterizzato da tre potenziali, anodo, griglia e catodo con la funzione di raccogliere le cariche generate dalla radiazione in una regione di deriva e moltiplicarle in una zona di moltiplicazione. L’attività di ricerca svolta è stata principalmente dedicata allo studio della risposta del rivelatore al variare di questi tre parametri e alla determinazione delle condizioni operative ottimali dell’intero sistema. Sulla base dei risultati ottenuti, è stata effettuata la caratterizzazione degli spettri microdosimetrici di un campo di radiazione gamma (137Cs). Il confronto con risultati riportati nella letteratura, possibile solo per diametri simulati superiori a 35 nm, ha dimostrato il corretto funzionamento del rivelatore e un buon accordo degli spettri misurati con i microdosimetri convenzionali.