Frontiers in Physics (Feb 2024)
First experimental validation of silicon-based sensors for monitoring ultra-high dose rate electron beams
- Elisabetta Medina,
- Elisabetta Medina,
- Arianna Ferro,
- Arianna Ferro,
- Mohammad Abujami,
- Mohammad Abujami,
- Aurora Camperi,
- Matteo Centis Vignali,
- Emanuele Data,
- Emanuele Data,
- Damiano Del Sarto,
- Damiano Del Sarto,
- Umberto Deut,
- Umberto Deut,
- Fabio Di Martino,
- Fabio Di Martino,
- Fabio Di Martino,
- Mohammad Fadavi Mazinani,
- Marco Ferrero,
- Veronica Ferrero,
- Simona Giordanengo,
- Oscar A. Martì Villarreal,
- Mohammad Amin Hosseini,
- Mohammad Amin Hosseini,
- Felix Mas Milian,
- Felix Mas Milian,
- Luigi Masturzo,
- Luigi Masturzo,
- Luigi Masturzo,
- Luigi Masturzo,
- Diango M. Montalvan Olivares,
- Diango M. Montalvan Olivares,
- Marco Montefiori,
- Marco Montefiori,
- Giovanni Paternoster,
- Jake Harold Pensavalle,
- Jake Harold Pensavalle,
- Jake Harold Pensavalle,
- Jake Harold Pensavalle,
- Valentina Sola,
- Valentina Sola,
- Roberto Cirio,
- Roberto Cirio,
- Roberto Sacchi,
- Roberto Sacchi,
- Anna Vignati,
- Anna Vignati
Affiliations
- Elisabetta Medina
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Elisabetta Medina
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Arianna Ferro
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Arianna Ferro
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Mohammad Abujami
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Mohammad Abujami
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Aurora Camperi
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Matteo Centis Vignali
- Fondazione Bruno Kessler, Center for Sensors and Devices, Trento, Italy
- Emanuele Data
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Emanuele Data
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Damiano Del Sarto
- Fisica Sanitaria, Azienda Ospedaliera Universitaria Pisa AOUP, Pisa, Italy
- Damiano Del Sarto
- Centro Pisano ricerca e implementazione clinica Flash Radiotherapy (CPFR@CISUP), Università di Pisa, Pisa, Italy
- Umberto Deut
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Umberto Deut
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Fabio Di Martino
- Fisica Sanitaria, Azienda Ospedaliera Universitaria Pisa AOUP, Pisa, Italy
- Fabio Di Martino
- Centro Pisano ricerca e implementazione clinica Flash Radiotherapy (CPFR@CISUP), Università di Pisa, Pisa, Italy
- Fabio Di Martino
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Pisa, Pisa, Italy
- Mohammad Fadavi Mazinani
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Marco Ferrero
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Veronica Ferrero
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Simona Giordanengo
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Oscar A. Martì Villarreal
- Fondazione Bruno Kessler, Center for Sensors and Devices, Trento, Italy
- Mohammad Amin Hosseini
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Mohammad Amin Hosseini
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Felix Mas Milian
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Felix Mas Milian
- Universidade Estadual de Santa Cruz, Department of Exact and Technological Sciences, Ilhéus, Brazil
- Luigi Masturzo
- Centro Pisano ricerca e implementazione clinica Flash Radiotherapy (CPFR@CISUP), Università di Pisa, Pisa, Italy
- Luigi Masturzo
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Pisa, Pisa, Italy
- Luigi Masturzo
- Università di Pisa, Dipartimento di Fisica, Pisa, Italy
- Luigi Masturzo
- Sordina IORT Technologies S p A, Research and Development, Aprilia, Italy
- Diango M. Montalvan Olivares
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Diango M. Montalvan Olivares
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Marco Montefiori
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Pisa, Pisa, Italy
- Marco Montefiori
- Università di Pisa, Dipartimento di Fisica, Pisa, Italy
- Giovanni Paternoster
- Fondazione Bruno Kessler, Center for Sensors and Devices, Trento, Italy
- Jake Harold Pensavalle
- Centro Pisano ricerca e implementazione clinica Flash Radiotherapy (CPFR@CISUP), Università di Pisa, Pisa, Italy
- Jake Harold Pensavalle
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Pisa, Pisa, Italy
- Jake Harold Pensavalle
- Università di Pisa, Dipartimento di Fisica, Pisa, Italy
- Jake Harold Pensavalle
- Sordina IORT Technologies S p A, Research and Development, Aprilia, Italy
- Valentina Sola
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Valentina Sola
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Roberto Cirio
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Roberto Cirio
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Roberto Sacchi
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Roberto Sacchi
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- Anna Vignati
- Università degli Studi di Torino, Dipartimento di Fisica, Torino, Italy
- Anna Vignati
- National Institute of Nuclear Physics (INFN), Sezione di Torino, Torino, Italy
- DOI
- https://doi.org/10.3389/fphy.2024.1258832
- Journal volume & issue
-
Vol. 12
Abstract
Monitoring Ultra-High Dose Rate (UHDR) beams is one of the multiple challenges posed by the emergent FLASH radiotherapy. Technologies (i.e., gas-filled ionization chambers) nowadays used in conventional radiotherapy are no longer effective when applied to UHDR regimes, due to the recombination effect they are affected by, and the time required to collect charges. Exploiting the expertise in the field of silicon sensors’ applications into clinics, the medical physics group of the University and INFN Torino is investigating thin silicon sensors as possible candidates for UHDR beam monitoring, exploiting their excellent spatial resolution and well-developed technology. Silicon sensors of 30 and 45 µm active thicknesses and 0.25, 1 and 2 mm2 active areas were tested at the SIT ElectronFlash machine (CPFR, Pisa) on 9 MeV electron beams, featuring a pulse duration of 4 µs, a frequency of 1 Hz, and a dose-per-pulse ranging from 1.62 to 10.22 Gy/pulse. The silicon sensors were positioned at the exit of the ElectronFlash applicator, after a solid water build-up slab, and were readout both with an oscilloscope and with a multi-channel front-end readout chip (TERA08). A response linearity extending beyond 10 Gy/pulse was demonstrated by comparison with a reference dosimeter (FlashDiamond), thus fulfilling the first requirement of a potential application in UHDR beam monitoring.
Keywords