Studio della meccanica di precisione per il posizionamento dei campioni biologici sul rivelatore per radiazione beta DUMBO dell’esperimento ADMIRAL

The ADMIRAL experiment (INFN-gr5) represents a stage in the broader path of the ISOLPHARM project, which aims to produce innovative radiopharmaceuticals from radionuclides obtainable with the ISOL technique (Isotope Separation On-Line) at the SPES facility, recently put into operation at the INFN National Laboratories of Legnaro. Among ADMIRAL’s tasks is the development of a planar silicon pixel detector for beta radiation (DUMBO), capable of measuring activity on 2D samples (such as slides or Petri dishes) or 2.5D samples (scaffolds in biological hydrogel) with high spatial precision. The work of this thesis was carried out with the goal of developing the mechanical control system for micrometric movement of samples over the active surface of DUMBO. The positioning system must then interface with the DAQ to allow the reconstruction of images larger than the active area of the beta detector. Initial preliminary measurements were performed with low-activity radioactive sources at the Legnaro Laboratories, followed by a more significant test with the medically relevant radioisotope Ag-111, with the aim of characterizing the spatial precision of the system on real biological samples. Although the experimental tests did not allow for a complete characterization of the instrument, the analysis was further developed through Geant4 simulations, whose results confirmed the validity of the movement system. This work therefore represents a first contribution towards the optimization and future use of the DUMBO detector.

L'esperimento ADMIRAL (INFN-gr5) costituisce una tappa del più ampio percorso del progetto ISOLPHARM che ha l’obiettivo di produrre radiofarmaci innovativi a partire dai radionuclidi ottenibili con la tecnica ISOL (Separazione Isotopica On-Line) nella struttura SPES, recentemente entrata in funzione ai Laboratori Nazionali INFN di Legnaro. Tra le task di ADMIRAL c’è lo sviluppo di un rivelatore planare a pixel di silicio per radiazione beta (DUMBO), con capacità di misura dell'attività su campioni 2D (tipo vetrini o piastre Petri) o 2.5D (scaffold in idrogel biologico) con elevata precisione spaziale. Il lavoro della presente tesi è stato svolto al fine di sviluppare il sistema di controllo meccanico di movimentazione micrometrica dei campioni sopra la faccia attiva di DUMBO. Il sistema di posizionamento deve poi interfacciarsi con la DAQ per permettere la ricostruzione di immagini di dimensione più ampia rispetto all’area attiva del beta detector. Sono state eseguite prima alcune misure preliminari con sorgenti radioattive di bassa attività presso i Laboratori di Legnaro, e poi un test più significativo con il radioisotopo di interesse medico Ag-111, con lo scopo di caratterizzare la precisione spaziale del sistema su campioni biologici reali. Sebbene i test sperimentali non abbiano consentito una caratterizzazione completa dello strumento, l’analisi è stata approfondita tramite simulazioni con Geant4, i cui risultati hanno confermato la validità del sistema di movimentazione. Questo lavoro si pone quindi come un primo contributo verso l’ottimizzazione e l’impiego futuro del rivelatore DUMBO.