Dettagli Progetti e Finanziamenti

Rivelazione di radiazioni ionizzanti mediante sensori intrinseci in fibra ottica

FIRB 2010 RBFR10Q0PT_001 DROPS

Finanziamento del: Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca (MIUR)  
Calls: FIRB 2010
Data inizio: 2012-03-07  Data fine: 2016-03-06
Budget totale: EUR 518.000,00  Quota INO del budget totale: EUR 274.996,50
Responsabile scientifico: Laura Cella    Responsabile scientifico per INO: Gagliardi Gianluca

Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: CNR – Istituto Nazionale di Ottica (INO)

altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:

altro personale INO coinvolto:



Abstract: Le radiazioni ionizzanti sono alla base di svariati processi fisici d’interesse ambientale, industriale e sanitario. A tutti i livelli, la dosimetria riveste un ruolo fondamentale nella quantificazione dell’energia assorbita e quindi nella valutazione degli effetti dell’interazione radiazione-materia. Diversi dispositivi chimici e fisici basati su mezzi liquidi, solidi e gassosi sono attualmente disponibili per la rivelazione delle radiazioni e la misura della dose assorbita, sebbene continue ricerche vengano effettuate per migliorare le tecnologie esistenti. Tali ricerche sono rivolte principalmente al miglioramento della sensibilità ed affidabilità, alla minimizzazione di dimensioni e costi, nonché alla possibilità di effettuare misure in tempo reale. Ad esempio, misure maggiormente accurate del valore di dose e della sua distribuzione spaziale risultano essere di fondamentale importanza per le nuove tecniche radioterapiche di elevata precisione. E’ necessario dunque lo sviluppo di nuovi sistemi di rivelazione basati su principi fisici diversi, nuove tecnologie e metodologie.
Negli ultimi anni, sono stati realizzati studi sperimentali volti a dimostrare l’applicabilità dei sensori in fibra nel campo della fisica delle radiazioni. Ciò nonostante, la letteratura scientifica non ha riportato ad oggi risultati che dimostrino appieno il loro potenziale come dosimetri.
I dispositivi in fibra ottica, sviluppati con la tecnologia delle telecomunicazioni, sono stati finora largamente utilizzati con successo come sensori di temperatura, pressione, strain e accelerazione. I reticoli di Bragg in fibra (FBG) sono stati tra i più diffusi sensori in fibra sviluppati negli ultimi decenni. Le caratteristiche di robustezza e facilità d’uso, nonché la risposta intrinseca in lunghezza d’onda, rendono gli FBG estremamente interessanti come sensori termici e meccanici. Inoltre, la tecnologia avanzata delle telecomunicazioni nell’ambito della quale i sistemi in fibra sono stati concepiti e sviluppati, rappresenta un ulteriore vantaggio in termini di rapporto costi benefici.
La presenza di un campo radiativo ha effetti significativi sulle proprietà fisiche di una fibra introducendo variazioni nel segnale ottico stesso. E’ ben noto che uno degli effetti dell’esposizione alle radiazioni consiste nell’aumento di perdite nella propagazione. Allo stesso tempo, a quest’ultimo fenomeno è correlata una variazione dell’indice di rifrazione medio nella guida d’onda, variazione che può essere essa stessa alla base della misura di dose. Va inoltre sottolineato che le caratteristiche, proprie delle fibre, quali l’immunità alle interferenze elettromagnetiche, l’intrinseca sicurezza, la semplicità meccanica, le piccole dimensioni, l’integrabilità così come la possibilità di creare reti ottiche, le rendono in linea di principio dei dosimetri ideali.
Il programma di ricerca “rivelazione di radiazioni ionizzanti mediante sensori intrinseci in fibra ottica” (DROPS) si propone di realizzare un nuovo sistema di misura della dose clinica interamente basato su sensori passivi in fibra ottica. Sistemi a reticolo di Bragg e risonatori in fibra verranno quindi sviluppati per la rivelazione diretta delle variazioni radio-indotte dell’indice di rifrazione nel materiale attraverso tecniche di interrogazione laser ad alta sensibilità. Il metodo di interrogazione si baserà su tecniche di stabilizzazione in frequenza di laser e rivelazione in modulazione di frequenza che consentono un elevato rapporto segnale-rumore ed una lettura veloce e continua. Il progetto prevede la realizzazione di una approfondita analisi delle interazioni di fotoni ed elettroni (energia ~ 5-20 MeV), prodotti da acceleratori di uso medicale, ed eventualmente di adroni con fibre ottiche di varia specie. Tra queste si considereranno fibre di silice internamente drogate con P, Ge ed Er nonché fibre dal nucleo di silice pura convenzionali o altamente birifrangenti. In particolare, per tutte le tipologie di fibre, le perdite e le variazioni dell’indice di rifrazione del mezzo verranno simulati e verificati sperimentalmente, in funzione dell’energia, della dose e del rateo di dose. Tali studi verranno effettuati a differenti lunghezze d’onda, utilizzando sorgenti di luce dal vicino UV al vicino infrarosso.
A partire dai risultati ottenuti, verrà individuata la combinazione fibra-laser più adatta ad ottimizzare la risposta, l’accuratezza e la linearità relativa alla dose, minimizzando il deterioramento temporale del segnale e la dipendenza dal rateo di dose. In ultimo, s’intende collaudare un prototipo di dosimetro intrinseco per misure in tempo reale e non, validandolo attraverso il confronto con dispositivi commerciali in uso in radioterapia clinica.

Esperimenti/Studi INO correlati:
Physical sensing with optical-fiber ring, grating-based and coupled resonators

gdpr-image
This site uses cookies. If you decide to continue browsing we consider that you accept their use. For more information about cookies and how to delete them please read our Info Policy on cookies use.
Read more