Un acceleratore "tascabile" per l'adroterapia
Infn e industria per la cura dei tumori.
di Luciano Calabretta
Si chiamerà Scent e sarà in grado di curare quasi la totalità dei tumori localizzati nella regione della testa, del collo e del polmone.
L’innovativo ciclotrone produrrà sia protoni che ioni carbonio e permetterà così ai medici di poter scegliere, a seconda del tumore da trattare, quale tipo di adrone utilizzare, con uno strumento compatto e facilmente gestibile. Scent è stato progettato dai ricercatori dei Laboratori Nazionali del Sud dell’Infn e sarà realizzato in collaborazione con l’industria leader mondiale nel campo dei ciclotroni per terapia e produzione di radioisotopi, la belga Iba (Ion Beam Applications), che si occuperà della sua commercializzazione. Quando è nato il progetto Scent nel 2003, i vantaggi dei ciclotroni per il trattamento dei tumori erano già accertati. Attualmente in tutto il mondo ci sono ben 11 ciclotroni specificatamente progettati per la protonterapia e operanti o prossimi a entrare in funzione, mentre, fino a poco tempo fa, gli unici strumenti in grado di produrre sia protoni che ioni per adroterapia erano i sincrotroni: macchine acceleratici molto più complesse, ingombranti e costose dei ciclotroni.
Un sincrotrone infatti è costituito da un anello dal diametro di almeno 25 metri. Scent sarà un ciclotrone superconduttivo di un diametro di circa 5 m, non molto più grande del Ciclotrone Superconduttore che viene utilizzato nel progetto Catana. Accelerando sia gli ioni carbonio sia atomi di idrogeno ionizzati, da cui si ottengono i protoni, fino all’energia di 300 MeV per nucleone, raggiungerà un’energia quasi 5 volte maggiore di quella del ciclotrone di Catana. Con questa energia gli ioni carbonio sono in grado di penetrare all’interno dei tessuti umani fino a una profondità di circa 17 cm, permettendo di trattare quindi quasi la totalità dei tumori localizzati nella regione della testa e del collo, del polmone e tutti i tumori cerebrali altamente resistenti ai raggi X.
I protoni accelerati da Scent, invece, verranno estratti mediante una tecnica detta di stripping e avranno un’energia di circa 250 MeV: consentiranno così di curare anche i tumori localizzati fino a 35 cm all’interno del corpo umano.
Scent rappresenta oggi un’alternativa commerciale alle grandi macchine acceleratrici (come ad esempio i sincrotroni) per l’utilizzo di protoni e anche ioni nella cura dei tumori. Esso è il frutto dell’esperienza pluridecennale dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare nel campo della fisica degli acceleratori, unita a quella più recentemente sviluppata nel campo delle applicazioni della fisica al mondo della medicina.
Schema del ciclotrone superconduttore Scent
 1. ricondensatori di elio2. bobine superconduttive 3. valli o valleys 4. creste o hills 5. criostato 6. polo superiore del ciclotrone 7. giogo di ritorno |
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Scent ha un diametro di 5 metri e pesa 350 tonnellate. Il campo magnetico massimo è di 4,2 Tesla, cioè circa 80.000 volte più intenso del campo magnetico terrestre. Per mantenere le bobine (2) nello stato superconduttivo è necessario raffreddarle mediante elio liquido alla temperatura di -269 °C circa. Il criostato (5), che contiene le bobine, viene inizialmente riempito con elio. Nelle condizioni operative l’elio viene mantenuto nello stato liquido dai ricondensatori (1). Per ottenere un fascio con dimensioni e intensità ottimali è necessaria un’azione di focalizzazione che viene generata dalla variazione dell’intensità dei campi magnetici lungo la traiettoria delle particelle: più elevata nelle creste o hills (4) e più bassa nelle valli o valleys (3). Il campo magnetico generato tra le espansioni polari del ciclotrone (6) attraversa il piano su cui giacciono gli elettrodi. Le particelle accelerate si muovono su traiettorie ortogonali al campo magnetico. Infine, il giogo del ciclotrone (7) agisce in modo da non far disperdere le linee di campo magnetico. |
Biografia
Luciano Calabretta è dirigente di ricerca Infn presso i Laboratori Nazionali del Sud (Lns) di Catania. Dal 2003 guida il gruppo di ricercatori che progetta il ciclotrone Scent.
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