Development and performance assessment of a Plasma Focus electron beam generator for Intra-Operative Radiation Therapy

Il Plasma Focus è un dispositivo progettato per generare una guaina di plasma tra due elettrodi coassiali attraverso un’ elevata differenza di potenziale. Il plasma viene accelerato e compresso in un “pinch”, dove avvengono reazioni termonucleari. Durante la fase del “pinch” sono emesse particelle cariche, con due componenti principali: un fascio di ioni diretto in avanti e un fascio retroemesso di elettroni. Si pensa di utilizzare il fascio retroemesso di elettroni prodotto dal Plasma Focus come sorgente di radiazioni per applicazioni medicali, producendo raggi X attraverso l’interazione con un target appropriato (tramite emissione prodotta per bremsstrahlung o caratteristica). Il Plasma Focus, PFMA-3 (Plasma Focus per Applicazioni Mediche numero 3), è stato progettato, messo in opera e testato dai gruppi di ricerca delle università di Bologna e di Ferrara. L’alto rateo di dose (diversi gray per scarica, in meno di 1 µs) è una particolarità del dispositivo che deve essere analizzata, perché potrebbe modificarne l’efficacia biologica relativa (RBE). Scopo di questo progetto di dottorato è stato studiare le principali proprietà fisiche del fascio di raggi X a bassa energia prodotti dal Plasma Focus e le loro potenzialità mediche per i trattamenti IORT. E’ stato necessario determinare la configurazione geometrica ottimale, valutare i raggi X prodotti e la dose da questi depositata, stimare lo spettro energetico degli elettroni prodotti nella fase di “pinch”, studiare un target ottimale per la conversione in raggi X, condurre simulazioni per studiare la fisica coinvolta e per valutare l’efficacia radio-biologica del fascio, sviluppare porta-campioni utilizzati sia per la crescita delle cellule, sia per gli irraggiamenti di quest’ultime.