Test su fascio terapeutico di un ASIC di readout di rivelatori UFSD segmentati in strip per il conteggio di singole particelle

Uno degli aspetti importanti in radioterapia, a prescindere dalla radiazione utilizzata, è senza dubbio il controllo della dose che viene erogata, ovvero la necessità di determinare con precisione ed in tempo reale la dose di radiazione con cui viene irradiato il paziente. Ciò è particolarmente complesso nelle tecniche più avanzate, quali l'adroterapia con scansione attiva del fascio, in cui il volume tumorale viene irraggiato con un sottile fascio di ioni monoenergetici che viene deviato trasversalmente in modo da irraggiare uniformemente tutto il volume desiderato. Allo stato attuale tale compito è svolto da camere a ionizzazione poste sulla traiettoria del fascio le quali, misurando la corrente di ionizzazione prodotta nel volume sensibile, permettono di avere una stima per via indiretta del numero di particelle che vi transita all'interno. La scarsa sensibilità ed il lungo tempo di raccolta della carica rappresentano tuttavia un ostacolo allo sviluppo di tecniche di irraggiamento molto veloci o con intensità molto basse. L'obbiettivo del progetto MoVeIT dell'Università e INFN di Torino è di sviluppare dei rivelatori in grado di contare e discriminare le singole particelle in un fascio. Il monitor di fascio in corso di sviluppo dovrà essere in grado di contare ogni ione con un'incertezza inferiore all'1% in fasci aventi un flusso massimo di 109 Particelle cm2⋅s . Tali rivelatori sono composti da un detector ultra veloce al silicio (UFSD) e da un dispositvo ASIC di readout, chiamato "ABACUS". Nei test effettuati si fa uso di un sensore segmentato in strip, per migliorare la risoluzione spaziale e ridurre la frequenza di conteggi, collegate ai canali del chip ABACUS. Preliminarmente ABACUS è stato testato in laboratorio tramite un impulsatore per studiarne la risposta al variare delle cariche in ingresso, il guadagno del sistema di amplificazione e l'efficienza di conteggio in funzione della frequenza. Questo test preliminare ha permesso di caratterizzare il chip ABACUS e sincerarsi che il suo comportamento rispettasse le necessità. Il lavoro che verrà presentato in questa tesi verte invece sullo studio del comportamento del sistema abbinato USFD+ABACUS irradiato da un fascio clinico. Tale studio riguarda una serie di dati acquisiti presso il Centro di Protonterapia di Trento con un fascio di protoni accelerati tramite un ciclotrone a tre distinte energie: 70MeV , 125MeV e 228MeV. Per ognuna di queste energie sono stati impiegati due valori di corrente di fascio estratta dal ciclotrone, rispettivamente, 50nA e 100nA, 7nA e 14nA e infine 1nA e 2nA. Per ogni energia e ogni corrente inoltre sono stati acquisiti dati variando la tensione di polarizzazione del sensore, impostandola a 200V, 250V e 275V. Analizzando questi dati si è potuto osservare come l'ampiezza del segnale e il rapporto segnalerumore siano in linea con il comportamento atteso. Nello specifico l'ampiezza del segnale, e di conseguenza il rapporto tra segnale e rumore, aumenta al diminuire dell'energia e all'aumentare della tensione applicata al sensore.