Determinazione dell'efficienza di raccolta in camere a ionizzazione usate in fasci di radiazione con elevata dose per impulso

L’argomento di questa tesi riguarda la ricombinazione ionica nelle camere a ionizzazione utilizzate per la dosimetria dei fasci di radiazione impiegati in radioterapia.
Le camere a ionizzazione sono i rivelatori più usati per effettuare misure di dose assorbita per applicazioni in radioterapia. Una delle fonti di incertezza nelle misure di dose assorbita, effettuate mediante questi rivelatori, è costituita dalla misura della carica prodotta dalla radiazione nel gas (tipicamente aria) di cui è riempita la cavità della camera. Il valore di carica misurato da una camera a ionizzazione non può essere utilizzato direttamente per determinare la dose assorbita, poichè la carica raccolta dagli elettrodi del rivelatore è inferiore alla carica generata dalla radiazione incidente, a causa del fenomeno della ricombinazione ionica. La dose assorbita in un mezzo è proporzionale alla carica prodotta dalla radiazione nel gas di riempimento della cavità della camera a ionizzazione. Se si utilizzasse il segnale di carica fornito dalla camera a ionizzazione, senza correggerlo per la perdita di carica dovuta a ricombinazione, si determinerebbe una dose assorbita inferiore a quella realmente impartita. Data l’incertezza richiesta sulla misura di dose assorbita in acqua (<3%) l’incertezza sulla misura di carica deve necessariamente essere inferiore a questo valore.
In base ai più recenti modelli relativi all’efficienza di raccolta (data dall’inverso del fattore correttivo per la ricombinazione di carica) in camere a ionizzazione ad aria, l’efficienza di raccolta dipende non solo dalla ricombinazione ionica ma anche dalla presenza di elettroni che migrano direttamente verso l’elettrodo di raccolta della carica (elettroni liberi). In questo lavoro è stata studiata l’adeguatezza dei metodi impiegati per correggere gli effetti di ricombinazione, considerando gli sviluppi più recenti della teoria proposta per tener conto dell’effetto degli elettroni liberi sull’efficienza di raccolta, in un fascio di radiazione pulsata con elevata dose per impulso. Questa teoria non ha avuto a tutt’oggi verifiche sperimentali mediante misure in fasci di questo tipo.
Il lavoro sperimentale è consistito in misurazioni di dose assorbita in acqua eseguite con camere a ionizzazione e con il dosimetro chimico a solfato ferroso, che permette la misura della dose assorbita con un meccanismo che non coinvolge la ionizzazione prodotta in un gas ed è indipendente dalla dose per impulso. Il valore di dose assorbita fornito dal dosimetro chimico è stato assunto come riferimento.
I risultati del confronto tra i valori di dose assorbita misurati con le camere e con il dosimetro di riferimento indicano che la correzione per la ricombinazione ionica derivata dal modello teorico senza elettroni liberi risulta non essere adeguata in fasci di radiazione pulsata con elevata dose per impulso. I fattori correttivi derivati dai modelli che prendono in considerazione la componente di elettroni liberi presente nella corrente di ionizzazione portano a un migliore accordo i risultati ottenuti con camere a ionizzazione e dosimetro chimico. Tuttavia, anche con queste correzioni, il valor medio della dose assorbita in acqua misurata dalle camere a ionizzazione è risultato essere sempre diverso da quello di riferimento.
In questo quadro fa eccezione una delle camere a ionizzazione considerate che, quando è polarizzata ad una tensione di 1000 V, mostra un comportamento diverso. I risultati ottenuti mostrano che tutti i modelli che tengono conto della componente di elettroni liberi riescono a correggere adeguatamente la perdita di segnale dovuta alla ricombinazione. Purtroppo non è stato possibile verificare se questo effetto di maggiore efficacia della correzione ad elevati potenziali di polarizzazione, valga anche per altre camere (non è stato possibile, per limiti costruttivi, aumentare la tensione oltre i 300 V).
In definitiva, i risultati mostrano che gli attuali modelli teorici per determinare l’efficienza di raccolta ad alte dosi per impulso non sono completamente adeguati. Gli stessi risultati non consentono tuttavia di poter trarre già delle precise indicazioni su dove tali modelli siano carenti. E’ necessario quindi proseguire questa sperimentazione soprattutto considerando una più vasta tipologia di camere a ionizzazione, in modo da escludere che grandi problemi possano dipendere da effetti spuri introdotti dagli specifici metodi di misura fin qui considerati.