г. Москва и Московская область, Россия
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.
