Исследование характеристик источника нейтронов на основе реакции Be (d, n) для быстрой нейтронной терапии

Целью данной работы является изучение циклотрона на основе реакция Ве9 (д, п) в качестве источника быстрых нейтронов для нейтронной терапии. для оценки источника нейтронов нам следует знать параметры: нейтронные угловые распределения, спектр нейтронов и поток нейтронов и поглощенные мощности дозы. эта работа была проведена для определения этих параметров, и результаты были оценены для использования в улучшении условий терапии, а также в будущих исследованиях. Результаты хорошо согласуются с литературой и новыми результатами, полученными в улучшении коллиматорной системы и увеличением потока нейтронов и мощности дозы.

Оглавление

Результаты могут быть сформированы следующим образом:

1- Результаты эксперимаентов и расчетов показали, что
максимальный поток нейтронов в Be мишени наблюдается под углами
0o и 180o относительно направления пучка дейтронов, а минимум в 90o
и 270o. Этот результатсогласуется как с теоретически ожидаемыми и
некоторыми экспериментальными и смоделированными результатами.
Неожиданное наблюдение потоков нейтронов, обнаруженных
фольгами Al и Fe в переднем и заднем направлениях относительно
мишени без существования какой-либо цели на своем пути, можно
объяснить столкновениями между пучком дейтронов и воздухом (O2 ,
N2 … и т. Д.), Кроме того, эти результаты можно объяснить
взаимодействием ядер дейтронов с некоторымих материалами
расположенных где-то в канале пучка.
2- Экспериментальные работы были проведены наряду с
симуляциями с кодами MCNP и PACE4 для оценки спектров
нейтронов, потоков и скоростей дозы для различных размеров полей
облучения. Величина нейтронного потока из источника Be и мощнось
дозы хорошо согласуются с данными опубликованными в литературе.
Потоки нейтронов и мощности поглощенной дозы различаются в
зависимости от поля облучения коллиматора. Экспериментальные и
значения MCNP очень близки друг к другу для большей апертуры
коллиматора и немного отличаются для меньших. Значение дозы
поглощенной дозы уменьшается на 10% между коллиматорами 8,5 х
8,5 см2 и 4,5 х 4,5 см2 по данным экспериментов и на 25%, по данным
расчетов по коду MCNP. Поток нейтронов, рассчитанный по MCNP,
меньше измеренных значений в области энергий между 1 МэВ и 6
МэВ. Это может привести к улучшению коллимации поля
облученияи увеличения доли пучка нейтронов, доставляемого
пациенту.
3- Как показано в результатах расчетов, мы можем увеличить
мощность дозы нейтронов, изменив геометрию внутреннего слоя
коллиматора, а также мы можем улучшить его ещё дополнительно за
счет добавления в коллиматор слоя свинцового металла (Pb) с
определенной толщиной. Это приводит к к увеличекнию потока
нейтронов примерно на на 67%. За счет этого мы можем уменьшить
ток ускоренных ионов дейтронов или можем уменьшить время
экспозиции пациента на 67%.
Мы считаем, что мы можем использовать этот пдход и для
других источников нейтронов, таких как ядерные реакторы, где
имеется много каналов облучения, используемых для облучения
материалов, для исследований или промышленных целей. Если это
применимо, это будет очень полезно.

[1] IAEA-TECDOC-992, “Nuclear data for neutron therapy: status and
future needs”, December 1997, pg. 12.
[2] Catterall, M. 1976. Br. J. Radial. 49: 203-5.
[3] M. Bamberg, M. Molls and H. Sack, Radioonkologie, Band II: Klinik,
W. Zuckschwerdt-Verlag, Germering/M¨unchen (2009).
[4] T. Kroc, Status of the fast neutron therapy at the Northern Illinois
University Institute for neutron Therapy at Fermilab, in Neutrons for
Therapy, Cape Town, South Africa, 12 October 2009.
[5] J.K. Rockhill and G.E. Laramore, Neutron Radiotherapy, in Clinical
Radiation Oncology, 3rd edition, L.L. Gunderson and J.E. Tepper eds.,
Elsevier Churchill Livingston, Philadelphia, PA, U.S.A. (2011).
[6] M. Snyder, M.C. Joiner, A. Konski, T. Bossenberger and J. Burmeister,
Dose escalation in prostate cancer using intensity modulated neutron
radiotherapy, Radiother. Oncol. 99 (2011) 201.
[7] E.A. de Kock, Pencil beam convolution model for fast-dose calculations
in uncharged particle radiation treatment planning, Radiat. Phys. Chem. 71
(2004) 967.
[8] L.I. Musabaeva, V.A. Lisin, Zh.A. Zhogina and V.V. Velikaya, Results
of Neutron and Neutron-Photon Therapy for Malignant Tumors, in
Neutrons for Therapy, Cape Town, South Africa, 12 October 2009.
[9] A.V. Vazhenin and G.N. Rykovanov, The Urals Center of Neutron
Therapy: History, methodology and results (in Russian), Russian Academy
of Medical Sciences, Moscow (2008).
[10] F.M. Wagner et al., The Munich fission neutron therapy facility
MEDAPP at FRM II, Strahlenther Onkologie, 12 (2008) 643.
[11] C. J. Parnell, Brit J. Radiology 44 (1971), p. 612.
[12] A. Pinkerton, J. P. Mamacos, and J. S. Laughlin, Radiology 96 (1970),
p. 131.
[13] E. Tochilin.and G. D. Kohler, Health Physics 1 (1958), p.332.
[14] A. J. Allen, J. F. Nechaj, K-H. Sun, and B. Jennings, Phys. Rev.
81(1951), p. 536.
[15] R. Booth and H. H. Barschall, Nuc. Inst, and Meth. 99_ (1972), p. 1.
[16] C. J. Parnell, G. D. Oliver, Jr., P. R. Alraond, and J. B. Smathers, Phys.
Med. and Biol. 17_ (1972), p. 429.
[17] E. Bruninv and J. Crcmbeen, Int. J. Appl. fed. and Isot. 20 (1969), p.
255.
[18] B. L. Coh-ji and C. E. Falk, Phys. Rev. 84_ (1951), p. 173.
[19] G. W. Schweimar, Nuc. Phys. A100 (1967) p. 537.
[20] I. Heertje and A.H.W. Aten, Jr, Physica 30_ (1964), p. 978.
[21] C. J. Parnell, B. C. Page, and M. A. Chaudhri, 3rit. J. Radiol. 44,
(1971), p. 63.
[22] C. J. Parnell, Brit. J. Radiol. 45 (1972), p. 452.
[23] J. F. Janni, Calculations of – Energy Loss, Range, Path length,
Straggling, Multiple Scattering, and the Probability of Inelastic Nuclear
Collisions for 0.1 – to 1000 MeV Protons, Technical Report No. AFWL-TR
65-150, Clearinghouse for Federal Scientific and Technical Information,
Springfield, Va. 1966.
[24] C. F. Williamson, J-P. Boujot, and J. Picard, Tables of Range and
Stopping Power of Chemical Elements for Charged Particles of Energy 0.5
to 500 MeV, CEA-R 3042, Clearinghouse for Federal Scientific and
Technical Information, Springfield, Va., 1966.
[25] Keith Allen Weaver (Ph.D. Thesis); Neutrons From Deuteron
Bombardment of Light Nuclei, Lawrence Livermore Laboratory UCBL-
51310, MS. Date: December 7, 1972.
[26] Glenn E Knoll, Radiation Detection and Measurement, Third Edition,
Copyright 0 2000 John Wiley & Sons, Inc.
[27] K. H. Beckurts and K. Wirtz, Neutron Physics. Copyright 1964 by
Springer-Verlag. New York.
[28] L. Kuijpers et al., Nucl. Instrum. Meth. 144,215 (1977).
[29] Leo, William R, Techniques for Nuclear and Particle Physics
Experiments A How-to Approach, Springer-Verlag Berlin Heidelberg,
copyright 1994.
[30] Richard F, Meulders JP, Vynckier S, Octave-Prignot M, Possoz A,
Wambersie A (1981) Present status of the treatment planning for d(50)-Be
neutron beams and mixed schedules at “CYCLONE”. Strahlentherapie 77
Suppl:178-184.
[31] LONE, M. A, SANTRY, D. C., INGLIS, W. M., 1980, Nucl. Instrum.
Meth., 174,521.
[32] Gabor L. Molnar, Handbook of Prompt Gamma Activation Analysis
with Neutron Beams Edited by Chemical Research Centre, Budapest,
Hungary, all Rights Reserved © 2004 Kluwer Academic Publishers.
[33] HUBBELL, J. H., 1982, Appl. Radiat. Isotopes, 33, 1269.
[34] HUBBELL, J. H., SELTZER, S. M., 1995, Tables of X-Ray Mass
Attenuation Coefficients and Mass Energy Absorption Coefficients 1 Kev to
20 MeV for Elements Z = 1 to 92 and 48 Additional Substances 01
Dosimetric Interest, Report NISTIR 5632 (Gaithersburg: Natl. Inst. Stds. &
Tech.).
[35] B. J. Mijnheer, L. J. Goodman, E. J. Hall, H. G. Menzel, C. J. Parnell, J.
Rassow, P. Wootton; Journal of the International Commission on Radiation
Units and Measurements, Report 45, Volume os23, Issue 2, 15 November
1989.
[36] Parnell, C. J., Oliver, G. D., Almond, P. R., and Smathers, J. B., 1972,
Phys. Med. Biol., 17, 429.
[37] L. S. August., R. B. Theus, F. H. Attix., R. O. Bondelid., P. Shapiro
and R. E. Surratt, fast neutron dose rate as a function of incident deuteron
energy for d+9be, Phys. Med. Biol., 1973, vol.. 18, no. 5, 641-647. 01973.
[38] R. H. Howell, and H. H. Barschall, neutron dose rate for low energy
deuterons on beryllium, Phys. Med. Biol., 1976, vol. 21, No. 4, 643-646. @
1976.
[39] Weaver, k. A., Anderson, J. D., Barschall, H. H., and Davis, J. C., 1973,
Phys. Med. Biol., 18, 64.
[40] https://mcnp.lanl.gov/pdf_files/la-ur-04-2647.pdf.