AISHa: una sorgente di ioni per l'adroterapia
La sorgente AISHa, Advanced Ion Source for Hadrontherapy, è una sorgente di ioni progettata tenendo conto dei requisiti tipici delle strutture ospedaliere dove la minimizzazione del tempo medio tra due guasti e la rapidità delle operazioni di manutenzione sono aspetti chiave insieme alla capacità di produrre fasci ionici a basso ripple, elevata stabilità ed elevata riproducibilità. Per queste sue caratteristiche e grazie alla capacità di produrre fasci ionici moltiplicemente carichi e ad elevata brillanza, la sorgente Aisha è ideale anche per produrre fasci da inviare a macchine acceleratrici come i ciclotroni.
Le caratteristiche incluse nella progettazione della sorgente AISHa sono il risultato delle conoscenze acquisite dall'INFN-LNS negli ultimi decenni nella progettazione e realizzazione di sorgenti ioniche.
Il cuore della sorgente
Il cuore della sorgente AISHa è il sistema magnetico ibrido costituito da un magnete esapolare permanente, di tipo Halbach a 36 segmenti, e da un set di 4 bobine superconduttrici. Le 4 bobine sono racchiuse all'interno di un criostato compatto, privo di Elio liquido, dotato di due criorefrigeratori a doppio stadio che permettono di raggiungere la condizione di funzionamento operativa in 40 ore.
La camera contenente il plasma, denominata plasma chamber, è posta ad alta tensione ed isolata da terra attraverso un tubo in fibra di vetro/carbonio che circonda l'esapolo. Questo permette di mantenere i magneti superconduttori e il giogo al potenziale di terra, consentendo un funzionamento affidabile fino a 40 kV.
Il sottosistema di iniezione delle microonde è stato progettato per operare sia a singola che a doppia frequenza, attraverso due amplificatori klystron ad alta potenza in grado di erogare fino a 1,5 kW alla frequenza di 18 e 21 GHz, rispettivamente. Gli amplificatori a microonde, posti a potenziale di terra, sono isolati dalla camera del plasma attraverso due dispositivi passivi in guida d'onda, progettati e sviluppati interamente presso l'LNS, che permettono di interrompere la DC. Il sistema di estrazione, a tre elettrodi mobili, è stato progettato per evitare che gli elettroni trasportati dal fascio ionico vengano nuovamente accelerati all'indietro verso la camera. La sorgente AISHa è seguita da una linea di trasporto fascio costituita da un solenoide di focalizzazione posto subito a valle dell'estrazione, un dipolo di selezione a 90° e due box diagnostici. Ogni box diagnostico è costituito da una Faraday Cup e da un Allison Scanner per misurare l'emittanza trasversale di fascio e consentirne una completa caratterizzazione.
I risultati sperimentali
La tabella seguente riporta i risultati ottenuti durante l'ultimo commissioning della sorgente a 18 GHz con i relativi valori di emittanza:
Per le sue caratteristiche e per la capacità di produrre fasci ionici a medio/alto stato di carica, la sorgente AISHa è stata scelta come nuova sorgente del progetto INSpIRIT.
INSpIRIT è un progetto di espansione del Centro Nazionale di Adronterapia Oncologica (CNAO) che prevede oltre all'ammodernamento di componenti critici del Sincrotrone, al fine di velocizzare alcune operazioni della macchina e aumentarne l'affidabilità, anche l'introduzione di una nuova sorgente, denominata AISHA-CNAO, per la produzione di fasci di Elio, Ossigeno, Litio e Ferro. La nuova sorgente permetterà lo sviluppo di nuovi protocolli clinici per la cura di tumori inoperabili o radioresistenti, dove è essenziale ridurre al minimo la dose assorbita dai tessuti sani, e aprirà nuovi scenari per esperimenti nel campo della ricerca fondamentale e industriale.
La nuova sorgente AISHA all’interno della sala sincrotrone del CNAO in fase di assemblaggio
Bibliografia
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