Realizzazione del sistema di acquisizione di un monitor per la misura di fasci di particelle a bassa intensità = Realization of the acquisition system of a monitor for the measurement of low intensity particle beams

La tesi presentata espone la realizzazione di un progetto finalizzato alla costruzione di un monitor per la misura di fasci di particelle aventi bassa intensità. L’idea è nata dalla collaborazione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) della sezione di Roma e della Fondazione CNAO. La Fondazione CNAO è il luogo dove vengono svolti trattamenti con protoni e ioni di carbonio per la cura di tumori resistenti alla radioterapia. La tecnica utilizzata al CNAO è l’adroterapia, la quale necessita di un sincrotrone per generare fasci di particelle cariche che raggiungano energie molto elevate e di un sistema di somministrazione della dose utile per controllare i fasci ionici, da guidare per distribuire la dose: il Dose Delivery System (DDS). Quest’ultimo è costituito da due rivelatori per il monitoraggio del fascio (BOX1 e BOX2), ossia camere di ionizzazione a piastre parallele con gli anodi segmentati in diversi modi. Le camere si interfacciano con un sistema di controllo la cui intelligenza è governata da cinque FPGA. Il progetto del monitor per la misurazione di fasci a bassa intensità prevede la costruzione, da parte dell’INFN, di un nuovo monitor che verrà inserito nel DDS al posto della BOX1 e della BOX2. L’attività svolta in prima persona al CNAO, descritta nella seguente tesi, è dedicata alla realizzazione del sistema di acquisizione dati del nuovo monitor e alla sua integrazione nel DDS. Il monitor è costituito da due layer di fibre scintillanti, entrambi con 128 fibre. L’informazione viene acquisita utilizzando una scheda elettronica programmabile, la DT5550W / A55CIT4, che contiene un’FPGA e sulla quale è possibile montare due matrici di SiPM (Fotomoltiplicatori al Silicio), ognuna delle quali contiene 64 SiPM. Il lavoro da me svolto presso la Fondazione CNAO è consistito, in primo luogo, nell’implementare una struttura dell’acquisizione dei dati molto simile a quella utilizzata nel DDS, andando a programmare l’FPGA della DT5550W / A55CIT4. Il software utilizzato per programmare la scheda, SCI-Compiler, permette l’implementazione grafica user-friendly del firmware con la quale programmare l’FPGA. Lo step successivo è basato sulla progettazione, costruzione e test di una scheda elettronica, il cui fine è trasformare il formato dei dati in uscita dalla DT5550W / A55CIT4 da seriale a parallelo: passo necessario per integrare l’acquisizione dei dati con l’elettronica del DDS. La scheda è denominata DD Low Int. Infine, per mettere in comunicazione il sistema costituito dall’insieme delle due schede DT5550W / A55CIT4 e DD Low Int con il DDS, è essenziale la programmazione di un’FPGA del DDS. Per questo compito viene utilizzato il software LabVIEW, tramite il quale è generata anche un’interfaccia per la gestione e la visualizzazione dei dati. Al momento del test finale, non essendo il monitor ancora ultimato, è effettuata un’acquisizione di dati simulati dal firmware della DT5550W / A55CIT4. Dall’esito finale del test, è possibile affermare che è verificato con successo il corretto funzionamento della catena elettronica di acquisizione del rivelatore di fasci di particelle a bassa intensità. Il sistema completo sarà in grado di rilevare fasci di particelle con intensità molto basse che attraversano il monitor a differenza della BOX1 e BOX2, le quali, essendo utilizzate per le terapie dove i fasci hanno intensità molto più alte, non sono in grado di acquisire con la precisione richiesta fasci a basse intensità.