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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

Davide Iervese

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.

Rel. Gianni Coppa, Marco Donetti. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica, 2021

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Abstract:

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.

Relators: Gianni Coppa, Marco Donetti
Academic year: 2020/21
Publication type: Electronic
Number of Pages: 171
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Biomedica
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-21 - BIOMEDICAL ENGINEERING
Aziende collaboratrici: Fondazione CNAO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/19601
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