Frontiers in Physics (Nov 2020)
The MONDO Tracker: Characterisation and Study of Secondary Ultrafast Neutrons Production in Carbon Ion Radiotherapy
- Marco Toppi,
- Marco Toppi,
- Giuseppe Battistoni,
- Alessandro Bochetti,
- Alessandro Bochetti,
- Alessandro Bochetti,
- Patrizia De Maria,
- Micol De Simoni,
- Micol De Simoni,
- Yunsheng Dong,
- Yunsheng Dong,
- Marta Fischetti,
- Marta Fischetti,
- Gaia Franciosini,
- Gaia Franciosini,
- Leonardo Gasparini,
- Marco Magi,
- Marco Magi,
- Enrico Manuzzato,
- Ilaria Mattei,
- Riccardo Mirabelli,
- Riccardo Mirabelli,
- Riccardo Mirabelli,
- Silvia Muraro,
- Luca Parmesan,
- Vincenzo Patera,
- Vincenzo Patera,
- Vincenzo Patera,
- Matteo Perenzoni,
- Alessio Sarti,
- Alessio Sarti,
- Alessio Sarti,
- Angelo Schiavi,
- Angelo Schiavi,
- Adalberto Sciubba,
- Adalberto Sciubba,
- Adalberto Sciubba,
- Giacomo Traini,
- Giacomo Traini,
- Serena Marta Valle,
- Michela Marafini,
- Michela Marafini
Affiliations
- Marco Toppi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Marco Toppi
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati, Italy
- Giuseppe Battistoni
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milan, Italy
- Alessandro Bochetti
- Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Alessandro Bochetti
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Rome, Italy
- Alessandro Bochetti
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Patrizia De Maria
- Scuola di Specializzazione in Fisica Medica, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Micol De Simoni
- Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Micol De Simoni
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Yunsheng Dong
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milan, Italy
- Yunsheng Dong
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Milan, Italy
- Marta Fischetti
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Marta Fischetti
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Gaia Franciosini
- Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Gaia Franciosini
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Leonardo Gasparini
- Integrated Radiation and Image Sensors (IRIS), Fondazione Bruno Kessler, Trento, Italy
- Marco Magi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Marco Magi
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Enrico Manuzzato
- Integrated Radiation and Image Sensors (IRIS), Fondazione Bruno Kessler, Trento, Italy
- Ilaria Mattei
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milan, Italy
- Riccardo Mirabelli
- Dipartimento di Fisica, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Riccardo Mirabelli
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Rome, Italy
- Riccardo Mirabelli
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Silvia Muraro
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milan, Italy
- Luca Parmesan
- Integrated Radiation and Image Sensors (IRIS), Fondazione Bruno Kessler, Trento, Italy
- Vincenzo Patera
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Vincenzo Patera
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Rome, Italy
- Vincenzo Patera
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Matteo Perenzoni
- Integrated Radiation and Image Sensors (IRIS), Fondazione Bruno Kessler, Trento, Italy
- Alessio Sarti
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Alessio Sarti
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Rome, Italy
- Alessio Sarti
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Angelo Schiavi
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Angelo Schiavi
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Adalberto Sciubba
- Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, “Sapienza” Università di Roma, Rome, Italy
- Adalberto Sciubba
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Rome, Italy
- Adalberto Sciubba
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Giacomo Traini
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Rome, Italy
- Giacomo Traini
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- Serena Marta Valle
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Milan, Italy
- Michela Marafini
- Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi, Rome, Italy
- Michela Marafini
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Rome, Italy
- DOI
- https://doi.org/10.3389/fphy.2020.567990
- Journal volume & issue
-
Vol. 8
Abstract
Secondary neutrons produced in particle therapy (PT) treatments are responsible for the delivery of a large fraction of the out-of-target dose as they feebly interact with the patient body. To properly account for their contribution to the total dose delivered to the patient, a high precision experimental characterisation of their production energy and angular distributions is eagerly needed. The experimental challenge posed by the detection and tracking of such neutrons will be addressed by the MONDO tracker: a compact scintillating fiber detector exploiting single and double elastic scattering interactions allowing for a complete neutron four-momentum reconstruction. To achieve a high detection efficiency while matching the fiber (squared, 250 μm side) high granularity, a single photon sensitive readout has been developed using the CMOS-based SPAD technology. The readout sensor, with pixels of 125×250 μm2 size, will be organised in tiles covering the full detector surface and will implement an autotrigger strategy to identify the events of interest. The expected detector performance in the context of neutron component characterisation in PT treatments delivered using carbon ions has been evaluated using a Monte Carlo simulation accounting for the detector response and the neutrons production spectra.
Keywords
- neutron tracking
- particle therapy
- carbon ions radiotherapy
- secondary radiation monitoring
- SPAD technology