بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مطالعه تعیین طیف فوتونوترونی و دز معادل در نقاط مختلف از اتاق درمان یک شتابدهنده خطی 15 MVاست. در این محاسبات از کدMCNPXدرشبیه سازی ترابرد فوتونوترونها استفاده می شود. این طیف در چند نقطه از اتاق درمان و در فواصل مختلف از ایزوسنتر و راهرو محاسبه می گردد. نزدیک ایزوسنتر طیف نوترون ناشی از نوترون های تبخیری و knock-on هستند. هنگامی که فاصله از ایزوسنتر زیاد می شود نوترونهای تبخیری کاهش مییابند، این در حالی است که نوترونهای حرارتی و فوق حرارتی بدون در نظر گرفتن فاصله از ایزوسنتر ثابت باقی میمانند. همچنین دیوارها نقش مهمی در افزایش دز معادل بازی میکنند.
مقدمه
رادیودرمانی با شتابدهندهی خطی تکنیکی است که در سراسر دنیا برای درمان سرطان مورد استفاده قرار میگیرد. در شتابدهنده خطی پرتوهایی از الکترونها یا فوتونها با یک دز درمانی به بیمار می رسند. پرتوهای الکترون برای تومورهای نزدیک پوست بدن مورد استفاده قرار میگیرند، این در صورتی است که برای تومورهای عمیقتر الکترونها بیفایدهاند و باید از تابش فوتونی بهره گرفت. در شتابدهنده، پرتوهای الکترون با هدفی از جنس تنگستن برخورد میکنند و اشعه ایکس ترمزی تولید میکنند. استفاده از ماشینهای اشعه ایکس لزوم حفاظت در برابر اشعه را باعث میگردد. زیرا علاوه بر پرتوهای درمانی، نوترونهایی از طریق برهمکنش فوتون ها با ساختار درونی شتابدهنده و مواد درون اتاق تولید میشوند.
به عبارتی در شتابدهنده خطی آلودگی دز فونوترونی ناخواسته تولید میشود. در اتاق شتابدهنده رادیودرمانی، نوترونها به وسیله اندرکنشهای - H HʼQ - و - - تولید میشوند که سطح مقطع تولید واکنش - e‚e’n - تقریباً 137 مرتبه کوچکتر از سطح مقطع واکنش - است.[1]
همچنین فوتونوترونها میتوانند در بدنبیمار در واکنش با عناصر S ,Cl ,Cu ,O موجود در استخوان و بافتها و ریهها بهوجود آیند. به منظور ارزیابی سلامتی بیماران در رادیودرمانی با شتابدهنده خطی ضروری است که طیف نوترون را نیز بدانیم، از اینرو در این تحقیق، محاسبات مونت کارلویی انجام شده است تا طیف انرژی نوترون ، شار کل و دز معادل - 10 - در نقاط مختلف یک اتاق درمان بدست آید-1] .[5 در سر شتابدهنده چشمه اصلی تولید فوتونوترونها، واکنش بین فوتونها و تنگستن است، اگر چه مواد دیگری نیز مانند سرب و مس وجود دارند که میتوانند فوتونوترونها را تولید کنند -5]
.[8 هندسه واقعی و ترکیب سر شتابدهنده همیشه در دسترس نیست، از اینرو برای مطالعه ترابرد نوترون اطراف شتابدهنده اغلب از نوعی سادهسازی در روش مونت کارلو استفاده میگردد. بر اساس گزارش توسی و همکاران، طیف نوترون از طریق واکنش - شامل دو بخش است: طیف نوترونهای تبخیری و طیف گسیل مستقیم که معادله آن در زیر آورده شده است :[4-2]
که n - E - تعداد نوترونهایی با انرژی بین EوE+dE،A ضریب نرمالیزاسیون برای نوترون های تبخیری، B ضریب نرمالیزاسون برای برای نوترون هایKnock-on،T درجه حرارت هسته ها، Eانرژی نوترونها و بیشینه انرژی است که نوترونها می توانند به آن برسند که همان انرژی بیشینه فوتونها است. برای تنگستن A=0.8929،B=0.1071،T=0.5 MeV و S=7.34MeV میباشد. میانگین انرژی آستانه در هستهها برای تولید فوتونوترون حدوداً 8 MeV میباشد. هدف اصلی این پژوهش تعیین طیف انرژی نوترون و دز معادل در نقاط مختلف اتاق رادیودرمانی است که شتابدهنده 15 MV بیمارستان 5 آذر گرگان در آن قرار گرفته است .[2]
روش محاسبات
این تحقیق بر اساس شتابدهنده درمانی15MV واقع در بیمارستان 5 آذر گرگان انجام شد. طیف انرژی نوترون در چندین محل درون اتاق رادیودرمانی با استفاده از کد محاسباتی مونت کارلویMCNPX تخمین زده میشود. سر شتابدهنده از دو کره دورنی و بیرونی از جنس تنگستن بترتیب با شعاعهایcm 0/1 و 10/1 cm تشکیل شده بود که چشمهای نقطهای و همسانگرد نوترون با طیف انرژی رابطه - 1 - در مرکز آن قرار داشت. در این شبیه سازییک فانتوم با ابعاد 15 15 15 از جنس آب به عنوان سر بیمار در زیر سر شتابدهنده در نظر گرفته شد، به گونهای که ایزوسنتر در عمق 10 cm از فانتوم واقع گردد - شکل1 - ب - - . آشکارسازها در فواصل مختلف از ایزوسنتر و در نقاط نشان داده شده در - شکل1 - الف - - قرار داده شدند. دیوارها و سقف از جنس بتن با چگالی جرمی 2/36gr/میباشند. ضخامت دیوار ها در بعضی نقاط 150cmودربعضینقاطبه 250 cmنیزمیرسد. دیواربینراهروواتاقرادیودرمانی 150 cmضخامتدارد. دراینجاسهموردمختلفبررسیمیشود: وضعیتHPAWشاملسرشتابدهنده،فانتوم،هواودیوارها،وضعیتHPشاملسرشتابدهنده و فانتوم و H تنها شامل سرشتابدهنده است .[1]
- ب - شکل :1 - الف - تصویر اتاق رادیودرمانی شبیه سازی شده با آشکارسازها - ب - سر شتابدهنده و فانتوم
نتیجه گیری
- 10 - دز معادل ناشی از نوترونها در اتاق رادیودرمانی است که بر اساس ضرایب تبدیل شار به دز ICRP74 محاسبه شدند
.[9] در جدول1 مقادیر دز معادل ناشی از نوترونها در فواصل
مختلف از ایزوسنتر آمده است. تصویر اتاق رادیودرمانی شبیهسازی شده در شکل - 1الف - نشان داده شده است. طیف فوتونوترونی محاسبه شده در نقاط مختلف و برای وضعیتهای مختلف HPAW، HPوHبه ترتیب در شکلهای2تا7برایآشکارسازهایA،B،C،D،EوF آورده شدهاند. زمانی که دیوارها و هوا شامل این مدل شوند - مورد - HPAWیک افزایش در طیف را میتوان در مقایسه با مورد HP دید، در واقع وجود دیوارها باعث میشود که نوترون ها به اتاق برگردند و همین طور تفاوت مدل Hبا مدل HP ناشی از نوترونهایی ست که از فانتوم جدا میشوند و نوترونهای حرارتی و فوق حرارتی زمانی که دیوارها را شامل میشوند دیده میشود. میتوان فهمید زمانی که فاصله از ایزوسنتر افزایش مییابد نوترونهای تبخیری و-knockon کاهش مییابند. به عبارت دیگر نوترونهای حرارتی همیشه ثابت باقی میمانند و قله نوترونهای حرارتی وسیعتر از قله نوترونهای پرانرژی است.
در نزدیکی در شار نوترونها شدیدا کاهش مییابد و نوترون های تبخیری و knock-on به انرژیهای کمتر انتقال مییابند و به نوترونهای حرارتی و فوقحرارتی تبدیل میشوند که کاهش شار نوترون ناشی از راهرو است در واقع نوترونهای حرارتی قسمت اصلی طیف نوترون هستند. طیف فوتونوترون دو قله را نشان میدهد، یکی در ناحیه گرمایی - - E<0.4 eV و دیگری از 0.1 تا 10 MeV با قلهای در اطراف 1MeV، که هر دو پیک به وسیلهی مجموعهای از نوترونهای حرارتی و فوقحرارتی به هم میپیوندند. نوترونهای اطراف قله 1MeV در آسیب به بافتها بسیار موثرند.[3-1]
جدول:1 دز معادل در فواصل مختلف از ایزوسنتر
