CERN Ini)a)ves Steve Myers, 29th February 2012 ICTR-PHE - PowerPoint PPT Presentation

CERN ¡Ini)a)ves ¡ Steve ¡Myers, ¡ 29th ¡February ¡2012 ¡ ICTR-­‑PHE ¡2012 ¡Geneva, ¡Switzerland ¡ 1 ¡

Topics ¡ • Physics ¡for ¡Health ¡in ¡Europe ¡(February ¡2010) ¡ • Outcome: ¡CERN ¡Posi)on ¡paper ¡ – Three ¡Ini)a)ves ¡ • Progress ¡on ¡the ¡Ini)a)ves ¡ – Biomedical ¡Facility ¡(different ¡types ¡of ¡light ¡ions) ¡ – ¡Accelerator ¡Design ¡(PIMMS2) ¡ – Radio-­‑Isotopes ¡for ¡clinical ¡and ¡preclinical ¡tests ¡ 2 ¡

PHE ¡Workshop ¡ ¡ ... ¡aim ¡was ¡stressed ¡in ¡the ¡opening ¡address ¡by ¡CERN ¡Director ¡General, ¡ who ¡stated ¡that ¡the ¡Workshop ¡was ¡organized ¡....... ¡not ¡ for ¡CERN ¡and ¡not ¡ by ¡CERN ¡-­‑ ¡but ¡at ¡CERN ¡to ¡help ¡the ¡ medical ¡and ¡physics ¡communi)es ¡to ¡ discuss ¡and, ¡by ¡strengthening ¡their ¡already ¡exis)ng ¡links, ¡to ¡improve ¡the ¡ quality ¡of ¡the ¡health ¡care ¡... ¡ 3 ¡

The ¡3 ¡CERN ¡Ini)a)ves ¡ • Biomedical ¡Facility ¡(Manjit ¡Dosanjh) ¡ – crea)on ¡of ¡a ¡facility ¡at ¡CERN ¡that ¡provides ¡par)cle ¡beams ¡ of ¡different ¡types ¡and ¡energies ¡to ¡external ¡users ¡interested ¡ in ¡radiobiology ¡and ¡detector ¡development ¡ ¡ • Medical ¡Accelerator ¡Design ¡(Daniel ¡Brandt) ¡ – coordinate ¡an ¡interna)onal ¡collabora)on ¡to ¡design ¡a ¡new ¡ cost-­‑effec)ve ¡accelerator ¡facility, ¡which ¡would ¡use ¡the ¡ most ¡advanced ¡technologies ¡ • Radio ¡Isotopes ¡(Dewi ¡Lewis/Uli ¡Koestner) ¡ – Set ¡up ¡a ¡European ¡user ¡facility ¡to ¡supply ¡innova)ve ¡ radioisotopes ¡(produced ¡at ¡ISOLDE-­‑CERN, ¡ILL, ¡PSI, ¡ Arronax,...) ¡for ¡R&D ¡in ¡life ¡sciences ¡(preclinical ¡and ¡clinical ¡ studies) ¡ 4 ¡

Progress ¡on ¡the ¡Ini)a)ves: ¡Radiobiology ¡ • Study ¡team ¡set ¡up ¡to ¡inves)gate ¡the ¡use ¡of ¡the ¡LEIR ¡ accelerator ¡(as ¡is)...limited ¡number ¡of ¡ion ¡species ¡ • Study ¡of ¡the ¡addi)onal ¡equipment ¡needed ¡to ¡allow ¡ more ¡ion ¡species ¡to ¡be ¡inves)gated ¡(New ¡source, ¡RFQ ¡ etc) ¡ • FUNDING: ¡Contact ¡and ¡proposal ¡to ¡the ¡EU ¡for ¡funding ¡ – We ¡had ¡two ¡mee)ngs ¡(June ¡30) ¡with ¡the ¡Health ¡Directorate ¡and ¡the ¡ Research ¡Infrastructure ¡unit ¡of ¡DG ¡RTDI. ¡The ¡ini)a)ves ¡were ¡well ¡ received...so ¡a ¡possibility ¡for ¡FP8..BUT ¡ – FP7 ¡baseline ¡budgets ¡are ¡depleted ¡or ¡commided... ¡ However ¡ – We ¡are ¡s)ll ¡exploring ¡other ¡possibili)es ¡to ¡see ¡if ¡we ¡can ¡get ¡some ¡funding ¡ before ¡FP8. ¡ ¡ ¡ ¡ – Exchange ¡of ¡leders ¡between ¡CERN ¡DG ¡to ¡EU ¡DG ¡for ¡Research ¡and ¡ Innova)on ¡to ¡find ¡alterna)ve ¡means ¡of ¡funding. ¡No ¡success ¡YET. ¡ 5 ¡

The ¡CERN ¡accelerator ¡complex ¡ NOT ¡TO ¡SCALE! ¡ LHC ¡diameter ¡= ¡8.5 ¡km ¡ LEIR ¡diameter ¡= ¡25 ¡m ¡ LEIR: ¡ ¡-­‑ ¡Provides ¡ion ¡beams ¡for ¡LHC ¡ ¡-­‑ ¡Accumula)on ¡of ¡several ¡pulses ¡ ¡ ¡ ¡from ¡Linac3 ¡with ¡electron ¡cooling ¡ Why ¡LEIR? ¡ • Exis)ng ¡accelerator ¡maintained ¡for ¡LHC ¡(and ¡SPS ¡fixed ¡target) ¡ • Energy ¡range ¡similar ¡to ¡treatment ¡ion ¡facili)es ¡ • Small ¡upgrades ¡required ¡to ¡provide ¡beams ¡for ¡bio-­‑medical ¡experiments ¡ 6 ¡

Transfer ¡tunnel ¡ Injec)on ¡ Electron ¡Cooler ¡ (inclined ¡septum) ¡ (new, ¡from ¡BINP) ¡ 7 ¡

Radiobiological ¡Facility ¡@ ¡CERN ¡ @ ¡ LEIR ¡(Low ¡Energy ¡Ion ¡Ring) ¡ • part ¡of ¡LHC ¡injec)on ¡chain ¡ • accumulator ¡for ¡LHC ¡ion ¡programme ¡(lead ¡ ions) ¡ • only ¡used ¡for ¡several ¡weeks ¡/ ¡year ¡ • Planned ¡to ¡ establish ¡facility ¡ for ¡ • radiobiology ¡ • basic ¡physics ¡studies ¡such ¡as ¡fragmenta)on ¡ of ¡ion ¡beams ¡ • dosimetry ¡ • fest ¡of ¡instrumenta)on ¡ 8 ¡

Radiobiological ¡Facility ¡@ ¡CERN ¡ Accelerator ¡ Feasibility ¡Study ¡for ¡ ¡using ¡LEIR ¡as ¡accelerator ¡for ¡radiobiological ¡facility ¡ • Beam ¡transport ¡lines ¡ ¡ ¡ • for ¡low ¡energy ¡irradia)on ¡ (medical ¡applica)ons, ¡ verMcal ¡beamline) ¡ • high ¡energy ¡irradia)on ¡ (space ¡radiobiology, ¡ horizontal ¡beamline) ¡ • LEIR ¡ laKce ¡requires ¡ modificaMons : ¡ septa ¡for ¡new ¡‘ slow ¡extracMon ’ ¡channel ¡ 1 CERN ¡with ¡ 2 PTCRi ¡: ¡ 1 Chris)an ¡Carli, ¡ 1 Manjit ¡Dosanjh, ¡ 1,2 Ken ¡Peach, ¡ 1,2 Daniel ¡Abler ¡ 9 ¡

Facility ¡for ¡Radiobiology ¡Studies ¡ Sketch ¡of ¡LEIR ¡ PS ¡shielding ¡wall ¡ Transfer ¡lines ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-­‑ ¡from ¡Linac3 ¡ Ejec)on ¡line ¡ ¡ ¡ ¡-­‑ ¡towards ¡the ¡PS ¡ for ¡PS ¡transfer ¡ New ¡transfer ¡line ¡ to ¡experiment ¡ Injec)on ¡ line ¡ New ¡ejec)on ¡ channel ¡ Space ¡for ¡lab ¡ LEIR ¡ ¡ shielding ¡ ¡ wall ¡ 10 ¡

Radiobiological ¡Facility ¡@ ¡CERN ¡ Radiobiology ¡ Priority ¡ CollecMon ¡of ¡requirements ¡for ¡Radiobiology ¡Facility ¡ Ions ¡ RaMng ¡/5 ¡ Why ¡ Protons ¡ 5 ¡ Clinical ¡ Correlated ¡par)cle ¡experiments ¡ (molecular ¡ Experiments ¡-­‑Spa)al ¡distribu)on ¡ What ¡radiobiological ¡experiments ¡are ¡of ¡interest? ¡ ion) ¡H ¡ 2 ¡ ¡ Varia)on ¡in ¡response ¡ 2 ¡ Helium ¡ 2 3 ¡ 5 ¡ Possibly ¡clinical ¡ What ¡are ¡the ¡desired ¡beam ¡properMes? ¡ Stable ¡and ¡possibly ¡clinically ¡ Helium ¡ 2 4 ¡ 4 ¡ relevant ¡ ion ¡species ¡& ¡energies ¡ • 4 ¡(if ¡ beam ¡intensi)es ¡& ¡dura)on ¡ clean), ¡0 ¡ Radiobiologically ¡interes)ng, ¡not ¡ • (if ¡not) ¡ clinically ¡useful ¡ D ¡ beam ¡size ¡ ¡ • ¡RBE ¡greater ¡than ¡P ¡ (micro ¡vs. ¡broad ¡beam) ¡ Fragmenta)on ¡tail ¡shorter, ¡less ¡ dose ¡deposited ¡past ¡the ¡distal ¡ beam ¡homogeneity ¡ • Li ¡ 6 3 ¡ 4 ¡ edge ¡ ¡Poten)ally ¡clinical ¡ Fragmenta)ons ¡more ¡than ¡Li, ¡ How ¡could ¡an ¡end-­‑staMon ¡for ¡ radiobiological ¡ beder ¡than ¡C ¡ B ¡ 5 10 ¡ 2 ¡ experiments ¡be ¡designed ¡ C ¡ 6 12 ¡ 5 ¡ Clinical ¡ N ¡ 7 14 ¡ 3 ¡ ¡Radiobiological ¡Studies ¡ Precision ¡of ¡beam-­‑cell ¡posi)oning ¡ • Possibly ¡clinically ¡relevant ¡ Setup ¡and ¡ ¡ • O ¡ 8 16 ¡ 4 ¡ Radiobiological ¡Studies ¡ ¡Comparison ¡to ¡present ¡ Tooling ¡ • Ne ¡ 10 20 ¡ 3-­‑4 ¡ radiobiological ¡studies ¡ ¡To ¡analyse ¡radiobiological ¡trends ¡ Ne-­‑Fe ¡ ¡ 1 ¡ across ¡the ¡ions ¡ 1 PTCRi ¡-­‑ ¡ 2 Gray ¡InsMtute: ¡ ¡Intermediate ¡ 2,1 Boris ¡Vojnovic, ¡ 2,1 Marc ¡Hill, ¡ 2,1 Bleddyn ¡Jones, ¡ 1 Ken ¡Peach, ¡ Biologically ¡important ¡trace ¡ 1 Claire ¡Timlin, ¡ 1 Daniel ¡Abler ¡ element ¡ Ca ¡ 20 40 ¡ 1 ¡ Fe ¡ 26 56 ¡ 3 ¡ ¡Radiobiological ¡interpola)on ¡ 11 ¡