acceleratori e salute.ppt - e Salute.pdf · High Power Magnetron ... Si ringrazia il Prof. Ugo...
Transcript of acceleratori e salute.ppt - e Salute.pdf · High Power Magnetron ... Si ringrazia il Prof. Ugo...
Acceleratori e Salute
dai radioisotopi che permettono di visualizzare I tumori alle ti ll d tt di t liparticelle prodotte per distruggerli
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
•Radioisotopi e Adroterapia
•Una introduzione storica
•Il “vecchio” ciclotrone di Milano
•Il ciclotrone superconduttore e lo studio dei radioisotopi al LASA
•“Un’occasione mancata” : il progetto di un ciclotrone d tt d t isuperconduttore per adroterapia
Lo studio di acceleratori compatti per adroterapia• Lo studio di acceleratori compatti per adroterapia
•Una realizzazione all’avanguardia : il CNAO•Una realizzazione all avanguardia : il CNAO
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
L di tti itàLa radioattività
• E’ il fenomeno per cui nuclei non stabili si trasformano in altri emettendo una o piu’ particelle. Le particelle emesse p p pnei decadimenti radioattivi costituiscono cio’ che comunemente viene indicato con il termine RADIAZIONI.
• I nuclei radioattivi sono caratterizzati dal tipo di ( f )decadimento (alfa, beta , gamma) e dalla velocità di
decadimento (la vita media).
• I nuclei stabili hanno vita media infinita, quelli instabili da frazioni di secondo a miliardi di annifrazioni di secondo a miliardi di anni
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LE APPLICAZIONI d i RADIOISOTOPILE APPLICAZIONI dei RADIOISOTOPI
• MEDICHE…….forse le più note
• Isotopi radioattivi vengono utilizzati come traccianti per studiare i processi biologici e per rivelare condizioni patologiche come i tumori e per distinguere tessuti sanipatologiche come i tumori e per distinguere tessuti sani dai tessuti necrotici. La tomografia ad emissione di positroni (PET) permette misure quantitative di funzioni p ( ) p qmetaboliche e di reazioni biochimiche fondamentali in vivo, senza modificare il sistema biologico e con grande risoluzione spazialerisoluzione spaziale.
• In radioterapia si usano intense sorgenti radioattive per trattare tumori di organi interni che fissano specifici g pelementi
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
La prima applicazione pratica dei radioisotopi risale al 1911La prima applicazione pratica dei radioisotopi risale al 1911 con George de Hevesy
• The first practical application of a radioisotope d b G d H i 1911 At thwas made by George de Hevesy in 1911. At the
time de Hevesy was a young Hungarian student working in Manchester with naturally radioactive materials Not having much money he lived inmaterials. Not having much money he lived in modest accommodation and took his meals with his landlady. He began to suspect that some of the meals that appeared regularly might be
d f l ft f th di dmade from leftovers from the preceding days or even weeks, but he could never be sure. To try and confirm his suspicions de Hevesy put a small amount of radioactive material into thesmall amount of radioactive material into the remains of a meal. Several days later when the same dish was served again he used a simple radiation detection instrument - a gold leaf l h k if h f delectroscope - to check if the food was
radioactive. It was, and de Hevesy's suspicions were confirmed.
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Th N b l P i i Ch i t 1943The Nobel Prize in Chemistry 1943
• George de Hevesy
• "for his work on the• for his work on the use of isotopes as tracers in the study of h i l "chemical processes"
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
C li “ d i” ?Cosa sono gli “adroni” ?
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Il tt di b i t i d ll’ d t iIl concetto di base e i vantaggi dell’adroterapia
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Le problematiche presenti con la terapia p p pbasata sui raggi X
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Le problematiche presenti con la terapia basata sui raggi X
… in pratica !
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
… in pratica !
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Gli acceleratori per produzione di p pradioisotopi e adroterapia
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
I t i fi i i i tI parametri fisici: energia e corrente
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
L’i i i d ll fi i l i di iL’inizio della fisica nucleare in medicina18961895
scopertadei raggi X
1896scopertadella radioattività
t ldei raggi X naturale
Wilhelm Conrad Rontgen Henri Becquerel
J J Thomson1898scopertadel Radio
J.J. Thomson
del Radio
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
1930: invenzione dell’acceleratore circolare chiamato “ciclotrone”
Traiettoria a spirale di una Traiettoria a spirale di una particella accelerataparticella accelerata
Ernest Lawrence Ernest Lawrence
Ciclotrone moderno: protoni da 30 MeV 1 MeV = 1 milione di elettronvolt
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Ciclotrone moderno: protoni da 30 MeV
L’invenzione del “sincrotrone” venne nel 1945…
Campo magneticoCampo magnetico verticale
Elettroni da 1Elettroni da 1''000 MeV000 MeVTraiettoria circolare di una Traiettoria circolare di una particella accelerataparticella accelerata
Frascati Frascati -- 19591959particella accelerataparticella accelerata
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
… e nel 1947 fu inventato il linac per elettronip
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
John Lawrence: l’inizio della medicina nucleare
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
L i i t i i B b Wil (1946)La prima intuizione : Bob Wilson (1946)
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
L’inizio dell’adroterapia a Berkeley p y(USA) nel 1954
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
L t d ll PETLa catena della PET
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Courtesy of IBA
Il i l t t i d ll’U i it ’ di MilIl ciclotrone per protoni dell’Universita’ di Milano
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Attività pioneristiche sui radioisotopi presso ilAttività pioneristiche sui radioisotopi presso il Ciclotrone di Milano
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
IL CICLOTRONE SUPERCONDUTTOREIL CICLOTRONE SUPERCONDUTTORE
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
I i t l Ci l t d l JRC IIrraggiamento al Ciclotrone del JRC Ispra
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Strumentazione presente presso il p pLaboratorio di radiochimica del LASA
Liquid Scintillation counting systems (2 units)
HPGe detectorsautomatic LN2 filling g(8 units)
Low and medium Low and medium activities of activities of γγ,,ββ,,αα
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
radionuclidesradionuclides
R di i t i t di ti li lti i i l LASARadioisotopi studiati negli ultimi anni al LASA
• RAME-64 (2001-03): study of a new cyclotron production method, radiochemical separation and QC/QA of high specific activity copper-64( 61) b d t i di ti t l Z t t(copper-61) by deuteron irradiation on natural Zn target
• ASTATO (2003-05): study of cyclotron production of astatine-( ) y y p211/polonium-211g (internally spiked by the γ-emitter astatine-210) by alpha irradiation on Bi target. Radiochemical separation and QC/QA. Targetry improvement Polonium-210 dosimetry !Targetry improvement. Polonium 210 dosimetry !
• RENIO (2006-0x): study of cyclotron production of rhenium-186g by proton d d t i di ti W d W 186 t t R di h i land deuteron irradiation on W and W-186 targets. Radiochemical
separation and QC/QA.
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
IL CICLOTRONE SUPERCONDUTTOREIL CICLOTRONE SUPERCONDUTTOREai Laboratori Nazionali del Sud
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Il primo centro di adroterapia in Italia
CATANA – BEAM LINE FOR THERAPY
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
1- The protontherapy superconducting cyclotron project 2- Design of the RF cavities for a protontherapy superconducting2- Design of the RF cavities for a protontherapy superconducting cyclotron 14th Intern. Conf. on Cyclotron and their Applications, Capetown, South Africa, ottobre 1995
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Il ciclotrone superconduttore progettato a LNS perIl ciclotrone superconduttore progettato a LNS per accelerare protoni e ioni carbonio
The superconducting cyclotronSCENT accelerates particles with
LNS/IBAQ/A = ½
12C6+ 6p+ + 6nC 6p + 6n
H2+ 2p+ + 1e-
SC at 300 MeV/u H2+1, C+6Output energies:
protons 250 MeV
carbon ions 300 MeV/u = 3600 MeV
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
IBA i li th 300 M V/ l tIBA commercialises the 300 MeV/u cyclotron
// CCpp // CC
foil pp
CC
foil
4 9 m4 9 mf 4.9 m4.9 mdeflector
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
LIBO LI BO t 3 GHLIBO : un LInac BOoster a 3 GHz
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
ACLIP: a 3 GHz compact linear accelerator pfor protontherapy
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
High Power Magnetron ModulatorsHigh Power Magnetron ModulatorsMPT5839
Solid state modulator systems
Designed to drive pulsed magnetrons up to 5MW peak
I t t d t M d l t HVIntegrated system - Modulator, HV power supply and control system
Standard package for medical industrialStandard package for medical, industrial and defence markets
Mosfet technology for wide pulseMosfet technology for wide pulsewidth range
Custom designed for integrationg ginto customer’s equipment
Capability developed over
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
10 years – 250 system supplied
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
The CNAO
The synchrotron
CNAOFacilityFacilityInjector by
LNLRF C iRF-Cavity by Sez. Mi
Ion sources b LNS
Magnets,PS,vacuum
by LNS
Magnets,PS,vacuumtech.plants,Rprot. Engineerig by LNFg g y
Vertical magnet and scanning magnets
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Monitoring ,scanning systems by Sez. To
Vert
scanning magnets by Sez. Ge
Interno della sala del sincrotrone
Dipolo
Sorgenti Componenti LEBT
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
QuadrupoliCavità a
radiofrequenza
L it ’ RF d l CNAOLa cavita’ RF del CNAO
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
L L l RF t l f CNAO itLow Level RF control of CNAO cavity
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Solenoide LEBT LINAC ed RFQ
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008
Setti magnetici iniez./estraz. Sorgente ECR
Concl sioneConclusione• Sin dall’inizio, piu’ di cento anni fa, la fisica nucleare e
delle particelle ha fornito alla medicina e alla biologia, dei t ti t ti d ll t i h di tipotenti strumenti e delle tecniche per diagnosticare e
combattere le malattie. Il lavoro congiunto di queste diverse discipline puo’ sfruttare al massimo tutte queste p p qpotenzialita’.
Si ringrazia il Prof. Ugo Amaldi per l’utilizzo di alcune delle slides presentatepresentate
LASA Segrate 17 Ottobre 2008 - MASS2008