Diagnostica energetica di fasci di protoni da fotoluminescenza di centri di colore in cristalli di fluoruro di litio: correzione del disallineamento angolare tra fascio e cristallo

Photoluminescence emitted by color centers within lithium fluoride (LiF) crystals is utilized to characterize the energy spectrum of accelerated proton beams ranging from a few MeV to several tens of MeV. This method, successfully employed at the TOP-IMPLART linear accelerator, was developed by our laborato-ry and involves several stages: (a) exposing the LiF crystal to the proton beam at grazing incidence; (b) visualizing the photoluminescence map emitted by the color centers formed in the crystal due to ionizing interactions with protons using a fluorescence microscope; (c) processing this map to estimate the ener-gy spectrum of the proton beam. In this final phase, the use of an analytical model for the calculation of Bragg curves of protons accelerated in LiF crystals, appropriately corrected to include the exit of protons from the crystal due to multiple Coulomb scattering, allows the execution of an algorithm to determine the energy spectrum of the beam. This Technical Report proposes an update of this algorithm, through external processing with the Monte Carlo FLUKA software, to correct the effect of a possible angular misalignment, in the first phase, between the proton beam and the LiF crystal.

La fotoluminescenza da centri di colore nei cristalli di fluoruro di litio (LiF) è sfruttata per caratterizzare lo spettro energetico di fasci di protoni accelerati nell’intervallo di energie da qualche MeV a diverse decine di MeV. L’approccio, applicato negli ultimi anni con successo all’acceleratore lineare TOP-IMPLART, è stato sviluppato dal nostro laboratorio e consiste di diverse fasi: (a) irraggiamento a incidenza radente del cristallo di LiF con il fascio di protoni; (b) visualizzazione in un microscopio a fluorescenza della map-pa di fotoluminescenza emessa dai centri di colore formatisi nel cristallo per l’interazione ionizzante con i protoni; (c) elaborazione di tale mappa per ricavare una stima dello spettro energetico del fascio di pro-toni. In quest’ultima fase, il ricorso a un modello analitico per il calcolo di curve di Bragg di protoni acce-lerati in cristalli di LiF, opportunamente corretto per includere la fuoriuscita di protoni dal cristallo dovuta alla diffusione multipla di Coulomb, permette l’esecuzione di un algoritmo per determinare lo spettro energetico del fascio. In questo Rapporto Tecnico si propone un aggiornamento di tale algoritmo, me-diante elaborazione esterna con il software Monte Carlo FLUKA, per correggere l’effetto di un eventuale disallineamento angolare, nella prima fase, tra fascio di protoni e cristallo di LiF.