The TOP-IMPLART high-energy protron beam delivery line: a comparison of SRIM, FLUKA, and Fermi-Eyges theory predicions

In the framework of the TOP-IMPLART project, a beam delivery line has been designed and is under commissioning for the TOP-IMPLART proton linear accelerator to enable irradiation scans of extended targets at energies of 63 and 71 MeV. To suitably plan these irradiations, it is necessary to know the lateral size and angular spread of the beam arriving at the target plane. In a preliminary stage, this evaluation can be performed using simulations and theoretical models. In this Technical Report, we examine the current design of the TOP-IMPLART beam delivery line using two Monte Carlo codes, SRIM and FLUKA, as well as a numerical approach based on the Fermi-Eyges theory. The results show that SRIM underestimates the beam’s lateral size and angular spread of the beam at the target plane compared to FLUKA. An experimental test confirms that SRIM underestimates the spot size, while FLUKA is in good agreement with the experiment. The predictions of the Fermi-Eyges theory are closer to the results provided by FLUKA.

Nell'ambito del progetto TOP-IMPLART, è stata progettata ed è in fase di “commissioning” una linea di rilascio del fascio per l'acceleratore lineare di protoni TOP-IMPLART dedicata a irraggiamenti a scansione di bersagli estesi a energie di 63 e 71 MeV. Per pianificare adeguatamente tali irraggiamenti, è necessario conoscere la dimensione laterale e la dispersione angolare del fascio che arriva sul piano del bersaglio. In una fase preliminare questa valutazione può essere eseguita utilizzando simulazioni e modelli teorici. In questo Rapporto Tecnico, esaminiamo il progetto attuale della linea di trasporto del fascio TOP-IMPLART utilizzando due codici Monte Carlo, SRIM e FLUKA, nonché un approccio numerico basato sulla teoria di Fermi-Eyges. I risultati mostrano che SRIM sottostima la dimensione laterale e la dispersione angolare del fascio sul piano del bersaglio rispetto a FLUKA. Un test sperimentale conferma che SRIM sottostima la dimensione del fascio, mentre FLUKA è in buon accordo con l'esperimento. Le previsioni della teoria di Fermi-Eyges sono più vicine ai risultati forniti da FLUKA.