PROTON AND ION MICROBEAM COLLIMATION FOR IRRADIATION OF BIOLOGICAL SAMPLES IN AIR
M. Gaspariūnas^a, G. Gervinskas^a, V. Kovalevskij^a, R. Plukienė^a, Š. Vaitekonis^a, V. Levenets^b, and A. Plukis^a
aInstitute of Physics, Center for Physical Sciences and Technology, Savanorių 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania
E-mail: rita@ar.fi.lt
^bNational Science Center Kharkov Institute of Physics & Technology, Akademicheskaya 1, 61108 Kharkov, Ukraine

Received 19 March 2010; revised 23 August 2010; accepted 16 September 2010

The single cell irradiation using the tandem-type proton/ion accelerator is previewed for microdosimetry purposes in the biological media (yeast cells). Individual cells can also be targeted within a population to obtain the new in vivo data concerning a bystander effect. Usually the strong focusing systems are used for compression of the beam to μm diameter. In this work we assess the possibility to apply a simple mechanical collimator. The detailed modelling with MCNPX v.2.6 and GEANT4 v.9.1 codes shows that the 1.4–1.8 MeV proton beam energy deposition can be distributed in the 100 μm cell layer with a narrow collimator. An additional focusing system is needed for single cell irradiation. The method for calculation of the microbeam proton doses deposited in separate cells is prepared for the dose rate prediction in the 1.0–2.5 MeV proton and 3.5–3.7 MeV He²⁺ ion energy range. The experimental proton beam measurements are performed and compared with modelling data.

Keywords: single cell irradiation, external ion beam, MCNPX, GEANT4 modelling

PROTONŲ IR JONŲ MIKROPLUOŠTELIO KOLIMAVIMAS BIOLOGINIŲ BANDINIŲ APŠVITAI ORE
M. Gaspariūnas^a, G. Gervinskas^a, V. Kovalevskij^a, R. Plukienė^a, Š. Vaitekonis^a, V. Levenets^b, A. Plukis^a
aFizikos institutas, Fizinių ir technologijos mokslų centras, Vilnius, Lietuva
^bNacionalinis mokslo centras Charkovo Fizikos ir technologijos institutas, Charkovas, Ukraina

Jonizuojančiosios spinduliuotės poveikio gyviems mikroorganizmams (mielėms) tyrimai, naudojant greitintuvais kuriamus jonų pluoštelius, įmanomi švitinant protonų pluošteliu ore – gyvybei palankioje terpėje. Paprastai naudojamos stipraus fokusavimo sistemos suspaudžia pluoštelį iki kelių mikrometrų dydžio. Šiame darbe tiriamos alternatyvios mechaninio pluoštelio kolimavimo galimybės.
Modeliavimas MCNPX ir GEANT programomis parodė, kad 1,4–1,8 MeV protonų pluoštelis gali būti paskirstytas 100 μm ląstelių sluoksnyje, o atskirų ląstelių apšvitinimui reikalinga papildoma kolimavimo sistema. Atliktas 1,0–2,5 MeV protonų ir 3,5–3,7 MeV jonų mikropluoštelio apšvitos dozių mielių ląstelėms modeliavimas su papildomu kolimatoriumi.
Sukurtas protonų pluoštelio, gauto greitintuvu Tandetron 4110A, išvadas iš vakuumo į orą ir atlikti eksperimentiniai jo savybių matavimai. Duomenys palyginti su modeliavimo rezultatais.