Caratterizzazione della sorgente di raggi X Metal-Jet: valutazione del flusso di fotoni emessi e tempo di risposta dello shutter

As part of the INFN-RESOLVE (high dose-rate and spatially resolved X-Ray EffectS On LiVing cElls) project, a set-up is being equipped that will be used for radiobiology studies and is characterized by the use of a high-brightness X-ray source and focusing optics that allow a beam size of approximately 10 μm to be achieved. The X-ray source used is the Excillum MetalJet D2+. This source features an innovative technology that takes advantage of a liquid metal anode at room temperature, which allows it to dissipate more effectively the heat generated by the interaction of the electron beam with it, thus enabling it to increase its working power compared with a conventional source. Such a source was coupled with a paraboloidal lens with a 1X magnification factor, which allows the photons to be focused on an area equal to the size of the electron brush and therefore equal to roughly 10 μm. The objective of this thesis is the characterization of the described set-up in order to evaluate the photon flux achieved in the lens focus and the response time of the shutter (the mechanism for closing the window from which X-rays are emitted). In order to achieve this, a measurement apparatus was set up consisting of a silicon photodiode coupled with a voltage generator necessary for its polarization and a picoamperometer (Keithley 6485) for measuring the generated photocurrent, all controlled through a suitably developed program in LabView. Specifically, the flux evaluation program was developed to use the buffer option of the picoamperometer. The software sets up the acquisition of 100 measurements, which will be averaged, with the shutter open and closed so as to calculate the difference between the measured photocurrent and the detector dark current. To evaluate the shutter response time, a 1500-measurement buffer was used to measure the photocurrent during the repeated closing and opening of the shutter so that the response time could be derived. The photocurrents obtained allowed extrapolation of a shutter closure time of about 30 ms and calculation of the flux as a function of MetalJet power.

Nell’ambito del progetto INFN-RESOLVE (high dose-rate and spatially resolved X-Ray EffectS On LiVing cElls) si sta allestendo un set-up che verrà impiegato per studi di radiobiologia e che è caratterizzato dall’impiego di una sorgente di RX ad alta brillanza e di ottiche di focalizzazione che permettono di raggiungere una dimensione del fascio di circa 10 μm. La sorgente di raggi X utilizzata è la Excillum MetalJet D2+. Questa sorgente presenta una tecnologia innovativa che sfrutta un anodo di metallo liquido a temperatura ambiente, il quale permette di dissipare più efficacemente il calore generato dall'interazione del fascio elettronico con lo stesso, consentendo perciò di aumentarne la potenza di lavoro rispetto ad una sorgente tradizionale. A tale sorgente è stata accoppiata una lente paraboloidale con fattore di magnificazione 1X che permette di focalizzare i fotoni su un’area pari alla dimensione del pennello elettronico e pertanto pari a circa 10 μm. L’obiettivo della tesi è la caratterizzazione del set-up descritto al fine di valutare il flusso di fotoni raggiunto nel fuoco della lente e il tempo di risposta dello shutter (il meccanismo di chiusura della finestra da cui vengono emessi i raggi X). Al fine di raggiungere tale risultato, è stato allestito un apparato di misura composto da un fotodiodo in silicio accoppiato con un generatore di tensione necessario alla sua polarizzazione e un picoamperometro (Keithley 6485) per la misura della fotocorrente generata, il tutto controllato tramite il software LabView. Nello specifico il programma per la valutazione del flusso è stato sviluppato in modo da utilizzare l’opzione di buffer del picoamperometro. Il software imposta l’acquisizione di 100 misure, di cui ne verrà effettuata la media, a shutter aperto e chiuso così da calcolare la differenza tra la fotocorrente misurata e la corrente di buio del rivelatore. Per valutare il tempo di risposta dello shutter, si è utilizzato un buffer da 1500 misure utile a misurare la fotocorrente durante la ripetuta chiusura e apertura dello shutter, così da poterne ricavare il tempo di risposta. Le fotocorrenti ottenute hanno permesso l’estrapolazione di un tempo di chiusura della shutter di circa 30 ms e il calcolo del flusso in funzione della potenza della MetalJet.