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PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
  • HUMAN NECESSITIES
    • MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
      • DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION (analysing biological material G01N, e.g. G01N33/48; obtaining records using waves other than optical waves, in general G03B42/00)
      • ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY (measurement of bio-electric currents A61B; electrosurgical apparatus or circuits therefor A61B17/36; physical therapy arrangements in general A61H; anaesthetic apparatus in general A61M; incandescent lamps H01K; infra-red radiators for heating H05B)
Classificazione geografica
Bibliografia
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Parole Chiave
BIOFISICA DELLE RADIAZIONI; IONI PESANTI; FRAMMENTAZIONE NUCLEARE; ADROTERAPIA; RADIOPROTEZIONE NELLO SPAZIO

FRAMMENTAZIONE DI IONI PESANTI IN ADROTERAPIA E RADIOPROTEZIONE NELLO SPAZIO

Università degli Studi di Napoli "Federico II"
Abstract
La frammentazione nucleare rappresenta un notevole problema sia per i piani di trattamento in adroterapia che per la progettazione delle schermature nei veicoli spaziali.
Nella terapia del cancro con ioni pesanti, fino al 50% degli ioni carbonio (290-400 A MeV) subiscono frammentazione nel loro percorso all'interno del corpo umano. I frammenti del proiettile producono una dose indesiderata al di fuori del bersaglio tumorale. I frammenti del bersaglio, lenti e densamente ionizzanti, possono, in aggiunta, modificare anche l'efficacia biologica del fascio.
Nella protezione degli astronauti in missioni interplanetarie, come quelle progettate sulla Luna e su Marte, la schermatura costituisce l'unica praticabile contromisura per l'esposizione alla radiazione cosmica galattica (GCR). Le particelle di alta carica ed energia (HZE) che si trovano nella GCR subiscono però frammentazione nucleare nell'impatto con le pareti dei veicoli spaziali, generando sciami di ioni secondari. Gli attuali modelli di calcolo suggeriscono che spessori sottili di materiali pesanti possono aumentare l'efficacia biologica della GCR, e quindi del rischio di effetti stocastici negli astronauti.
I problemi citati sono attualmente affrontati ricorrendo a simulazioni con codici di calcolo, i quali, peraltro, presentano ancora notevoli incertezze soprattutto a causa di carenza di dati sperimentali sia fisici (sezioni d'urto di frammentazione) che biologici (efficacia biologica di >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Giancarlo GIALANELLA Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"
Obiettivo del Programma di Ricerca
La frammentazione nucleare rappresenta un notevole problema sia per i piani di trattamento in adroterapia che per la progettazione delle schermature nei veicoli spaziali (Miller, 2001), in quanto modifica significativamente la distribuzione della dose e la sua efficacia biologica. Inoltre, i frammenti del bersaglio, lenti e densamente ionizzanti, possono provocare danni rilevanti quando sono formati all'interno dell'organismo umano.
In un tipico piano di trattamento per la radioterapiadi tumori profondi con ioni carbonio di energia fra 290 e 400 A MeV, fino al 50% dei proiettili subisce frammentazione e i frammenti veloci del proiettile possono avere un percorso maggiore di quello dello ione primario, con possibile danno agli organi situati dietro il tumore irraggiato. La radiazione cosmica galattica, d'altra parte, è costituita di protoni e ioni pesanti con una vasta distribuzione di energia che presenta un massimo fra 100 e 1000 A MeV.
I citati problemi di frammentazione vengono affrontati ricorrendo a codici di calcolo che simulano i processi nucleari che degradano la radiazione primaria. I centri di radioterapia del NIRS (Chiba, Giappone) e GSI (Darmstadt, Germania) utilizzano il codice HIBRAC (Tsao et al., 1993), mentre la NASA ha sviluppato il codice HZETRN per simulare la radiazione cosmica galattica (Wilson et al., 1991). Peraltro il risultato delle simulazioni presenta notevoli incertezze dovute alla scarsezza di dati sperimentali ed è generalmente >>>

Risultati parziali attesi
Risultato del primo esperimento agli acceleratori.
Le prime misure con CR-39 consentiranno di mettere a punto la tecnica di attacco chimico e la procedura per la ricostruzione degli eventi. Si dovrebbero ottenere anche i primi risultati sulla frammentazione, in particolare la frazione di ioni sopravvissuti ed i primi spettri in Z e LET.
Per quanto riguarda le emulsioni nucleari, con l'esposizione del primo anno si metterà a punto, oltre alla procedura di esposizione e controllo del fascio, assai delicata per le emulsioni nucleari, tutta la procedura di analisi delle lastre. Il punto chiave nell'analisi è la misura della carica delle particelle attraverso la misura della densità di ionizzazione, variando opportunamente l'intervallo dinamico di sensibilità delle emulsioni. La discriminazione di particelle a carica diversa fa affidamento sulla tecnica già usata del "refreshing" oltre che su un conteggio automatico dei grani il più sensibile possibile. A tale proposito nel primo anno si effettuerà la misura al microscopio con ottica convenzionale e se ne verificheranno le prestazioni. I risultati attesi alla fine del primo anno prevedono la discriminazione di carica su tutto l'intervallo interessante, ovvero dal protone al carbonio. Congiuntamente, si effettueranno misure della quantità di moto e quindi della massa. Si prevede pertanto una spettroscopia completa su un centinaio di interazioni.
Le misure biologiche forniranno le curve dose-risposta per >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Con riferimento agli obiettivi di cui al punto precedente valgono le seguenti considerazioni.
1. La misura di sezioni d'urto di frammentazione per ioni ed energie di interesse in questi campi in genere richiedono complessi apparati dotati di telescopi, scintillatori o altri rivelatori attivi (Golovchenko et al., 1999; Zeitlin et al., 1997), non sempre disponibili (soprattutto presso gli acceleratori specificatamente dedicati all'adroterapia o alle misure degli effetti biologici indotti da particelle accelerate). Le misure attualmente disponibili hanno fornito notevoli informazioni sulla sezione d'urto di frammentazione di proiettili con Z compreso tra 2 e 26 in bersagli spessi di acqua, plastica, carbonio, alluminio e piombo (per una rassegna si veda Miller et al., 2001). In generale, è stato osservato che la produzione dei frammenti con carica pari è maggiore di quella prevista dai modelli nucleari (Zeitlin et al., 1997). I dati sulla distribuzione angolare sono limitati, con l'eccezione del caso di proiettile 12C, dove è stato osservato che oltre il 99% della dose è rilasciata lungo l'asse del fascio ed è dovuta allo ione primario (Matsufuji et al., 2003). La frammentazione del bersaglio è invece molto difficile da misurare con rivelatori attivi, in quanto i frammenti hanno un percorso molto piccolo. I rivelatori passivi sono in questo caso preferibili e infatti misure di frammentazione del bersaglio indotta da radiazione cosmica intrappolata sono state effettuate >>>