сотрудник
Цель: Показать возможность организации нейтронной терапии на пучке фотонейтронов из мишени мощного ускорителя электронов при обеспечении требуемой дозы в опухоли за приемлемое время экспозиции и при минимальном облучении нормальных тканей организма пациента. Материал и методы: Генерация нейтронов из мишени ускорителя электронов происходит двухступенчато: e- γ n, причём в выбранном диапазоне энергии электронов 20–100 МэВ выход тормозного излучения многократно (на ~3 порядка) превышает «полезный» выход нейтронов. Отсюда возникает проблема избирательного подавления «вредного» для лучевой терапии фотонного излучения при минимальном ослаблении потока нейтронов в выводимом пучке. Для решения общей задачи формирования пучка нейтронов необходимого спектрального состава и достаточной интенсивности решён ряд расчётных задач подбора оптимальной конфигурации и состава блока вывода пучка. Особое внимание уделено минимизации дополнительного облучения пациента тормозным (генерация электронами) и вторичным (генерация нейтронами) гамма-излучением мишени и материалов блока вывода. Результаты: Полученная конфигурация блока вывода обеспечивает требуемое качество пучка применительно к задачам нейтронозахватной терапии (НЗТ), которая является единственной конкурентоспособной технологией нейтронной терапии на фоне массового применения протонной терапии и др. методик, избирательно поражающих мишень при минимальной лучевой нагрузке на окружающие органы и ткани. При характеристиках коммерчески доступных ускорителей (средний ток 4 мА, энергия электронов 35 МэВ) плотность потока эпитепловых фотонейтронов, требуемых для НЗТ, на выходе пучка на порядок и более превышает величины, характерные для существующих и проектируемых реакторных пучков. Выводы: Предложенная схема генерации и вывода фотонейтронов для НЗТ имеет ряд несомненных преимуществ перед традиционными подходами: a) применение ускорителей электронов для получения нейтронов гораздо безопаснее и дешевле использования традиционных реакторных пучков; b) ускоритель с мишенью, блок вывода пучка с необходимыми устройствами и оснасткой может быть без особых проблем размещён на территории клиники; c) применяемая мишень – жидкий галлий, который также служит и теплоносителем, является экологически чистым материалом: его активация весьма незначительна и быстро (за ~ 4 сут) спадает до уровня фона.
ускоритель электронов, вольфрам-галлиевая мишень, тормозное излучение, фотонейтроны, нейтронозахватная терапия, оптимизация характеристик пучка
Работа посвящена обсуждению возможности создания нейтронного источника высокой интенсивности на основе жидкого галлия в составе комбинированной мишени мощного ускорителя электронов средних энергий. Кроме того, рассмотрены направления оптимизации выхода нейтронов из мишени и формирования спектра, необходимого для задач нейтронозахватной терапии (НЗТ). Основные принципы использования фотоядерных нейтронов, получаемых на электронных ускорителях, для производства радиоизотопов и медицины изложены в литературном источнике.
1. Кураченко Ю.А., Вознесенский Н.К., Говердовский А.А., Рачков В.И. Новый интенсивный источник нейтронов для медицинских приложений // Мед. физика. 2012. № 2. С. 29–38.
2. Кураченко Ю.А. Фотонейтроны для нейтронозахватной терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2014. № 4. С. 41–51.
3. Zamenhof R.G., Murray B.W., Brownell G.L. et al. Boron neutron capture therapy for the treatment of cerebral gliomas. 1: Theoretical Evaluation of the Efficacy of Various Neutron Beams // Med. Phys. 1975. Vol. 2. P. 47–60.
4. Blue T.E., Yanch J.C. Accelerator-based epithermal neutron sources for boron neutron capture therapy of brain tumors // J. Neurooncol. 2003. Vol. 62. P. 19–31.
5. Zhou Y., Gao Z., Li Y., Guo C., Liu X. Design and construction of the in-hospital neutron irradiator-1(HNI) // In Proc. 12th ICNCT – Advances in Neutron Capture Therapy. 2006. October 9–13. Takamatsu. Japan. Eds. Nakagawa Y., Kobayashi T., Fukuda H. 2006. P. 557–560.
6. Nigg D.W. Neutron sources and applications in radiotherapy – A brief history and current trends // In: Advances in Neutron Capture Therapy 2006. Proc. 12th Intl. Cong Neutron Capture Therapy. Oct 9–13. Eds. Nakagawa Y., Kobayashi T., Fukuda H. Takamatsu. Japan. 2006. P. 623–626.
7. Кураченко Ю.А. Оптимизация блока вывода реакторного пучка для лучевой терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2008. № 1. С. 129–138.
8. Tanaka H., Sakurai Y., Suzuki M. et al. Experimental verification of beam characteristics for cyclotron-based epithermal neutron source (C-BENS) // Appl. Radiat. Isot. 2011. Vol. 69. P. 1642–1645.
9. The Basics of Boron Neutron Capture Therapy. Доступно по адресу http://web.mit.edu/nrl/www/bnct/facilities/facilities.html
10. MIT BNCT Facilities. Fission Converter Beam (FCB). Доступно по адресу http://web.mit.edu/nrl/www/bnct/facilities/MIT BNCT Facilities.htm
11. Reattore TAPIRO: ENEA Internal Document, DISP/TAP/85-1, 1985 // In: Design of neutron beams for boron neutron capture therapy in a fast reactor. Current status of neutron capture therapy. IAEA-TECDOC-1223, 2001.
12. Rosi G. et al. Role of the TAPIRO fast research reactor in neutron capture therapy in Italy. Calculations and measurements. IAEA-CN-100/97. // In: Research Reactor Utilization, Safety, Decommissioning, Fuel and Waste Management Proc. Internat. Conf. 10–14 November 2003 Santiago, Chile. P. 325–338.
13. Carta M., Palomba M. TRIGA RC-1 and TAPIRO ENEA Research Reactors. Доступно по адресу: https://www.iaea.org/OurWork/ST/NE/NEFW/Technical-Areas/RRS/documents/ TM_Innovation/Carta_ENEA.pdf.
14. General information and technical data of TAPIRO research reactor. Доступно по адресу: http://www.enea.it/en/research-development/documents/nuclear-fission/tapiro-eng-pdf.
15. Nuclear Research Reactor: TAPIRO. Доступно по адресу: http://old.enea.it/com/ingl/ New_ingl/research/energy/nucleare_fission/pdf/TAPIRO-ENG.pdf.
16. Кураченко Ю.А., Казанский Ю.А., Левченко А. В., Матусевич Е.С. Вывод нейтронных пучков и защита медицинского реактора МАРС // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2006. № 4. С. 36–48.
17. Кураченко Ю.А., Моисеенко Д.Н. МАРС и TAPIRO: реакторы малой мощности для нейтронозахватной терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2010. № 1. С. 153–163.
18. Кураченко Ю.А., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Критерии качества нейтронных пучков для лучевой терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2008. № 1. С. 139–149.
19. Кураченко Ю.А. Реакторные пучки для лучевой терапии: критерии качества и расчетные технологии // Мед. физика. 2008. № 2 (38). С. 20–28.
20. Кураченко Ю.А. Реакторные пучки для лучевой терапии. Расчетные модели и вычислительные технологии. Монография. – Saarbrücken, Deutschland. Palmarium Academic Publishing, OmniScriptum GmbH&Co. RG. 2013. 372 pp.
21. Burn K.W. et al. Final design and construction issues of the TAPIRO epithermal column, Report at ICNCT-XII, Oct. 9–13, 2006. http://icnct-12.umin.jp/beams for boron neutron capture therapy in a fast reactor/Current status of neutron capture therapy. IAEA-TECDOC-1223, 2001.
22. Liu Hungyuan B., Brugger R.M., Rorer D.C. Upgrades of the epithermal neutron beam at the Brookhaven Medical Research Reactor BNL-63411. Доступно по адресу: http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/ _Public/28/014/28014354.pdf
23. Riley K.J., Binns P.J., Harling O.K. Performance characteristics of the MIT fission converter based epithermal neutron beam // Phys. Med. Biol. 2003. Vol. 48. P. 943–958,
24. Harling O.K., Riley K.J., Newton T.H. et al. The new fission converter based epithermal neutron irradiation facility at MIT // Nuclear Reactor Laboratory. MIT. Доступно по адресу: http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/36/026/36026570.pdf
25. MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code. Version 5. Vol. I: Overview and Theory. Authors: X-5 Monte Carlo Team. LA-UR-03-1987. April 24. 2003.
26. Pelowitz D.B. MCNPX user’s manual. Version 2.4.0 – LA-CP-07-1473.
27. STAR-CD®. Доступно по адресу CD-adapco Engineering Simulation Software – CAE and CFD Software.
