بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بهینه سازي طیف نوترونی حاصل از مولد هاي نوترون که بر اساس واکنش D-T، نوترون هاي پر انرژي 14.1 MeV تولید می کنند، یک مجموعه شکل دهنده طیف شامل کند کننده، موازي کننده، فیلتر نوترون حرارتی و فیلتر گاما به کمک کد محاسباتی MCNP طراحی شده است. حالت نهایی شامل 50 سانتیمترNi و40 سانتیمترFluental به عنوان کند کننده، 20 سانتیمتر Pb به عنوان بازتابنده، 1 میلیمتر Li به عنوان فیلتر نوترون حرارتی و 3 میلیمتر Bi به عنوان فیلتر گاما می باشد.
مقدمه
نوترون تراپی با بور 1BNCT، یک رودرمانيامید بخش در سرطان ها به خصوص تومورهاي مغزي - گلیوبلاستومامولتی فرم - و سرطان پوست - ملانوما - می باشد. در این روش ابتدا داروي حاملB بور از طریق وریدي وارد بدن بیمار شده و توسط گردش خون به ناحیه تومور می رسد. سپس ناحیه تومور بوسیله پرتو نوترونی مناسب بمباران می شود. پس از تابش، هسته هاي بور با گیر اندازي نوترون طی واکنش که Li α،B n می باشد، Li وα تولید می کنند. برد این ذرات در حدود ابعاد سلولی است و با تخلیه انرژي خود در سلول ها باعث نابودي آنها می شوند.
براي رسیدن به شرایط مطلوب لازم است کهو انرژي، شدت آلودگی رسیده به بیمار بهینه شود. بر اساس نتایج شبیه سازي هاي انجام شده، انرژي مناسب براي درمان تومورهاي عمقی باید در بازه 1-10Kevباشد.[1] نوترون هایی با این انرژي پس از عبور از جمجمه و بافت هاي دیگر حرارتی می شوند و به راحتی جذب بور می گردند. نوترون هاي سریع و حرارتی و نیز پرتوهاي گاما باید حذف شوند تا باعث افزایش دز نامطلوب نگردند. این مولفه ها را به عنوان آلودگی هاي پرتو در نظر می گیریم بدیهی است که نمی توان آنها را به طور کامل از باریکه نوترونی خارج کرد. میزان مجاز این پارامترها در جدول - 1 - آمده است]٢.[
در این مقاله از بین چشمه هاي نوترونی مختلف، مولدهاي نوترونی که بر اساس واکنش D-T نوترون تولید می کنند مورد بررسی قرار گرفته است. این مولدها ابعاد کوچکی قابلداشته، تنظیم بوده، هزینه ساخت کمی دارند و به دلیل داشتن ایمنی بالا از لحاظ افکار عمومی مورد پذیرش بوده و کاربرد بیشتري دارند. به منظور بهینه سازي طیف، مجموعه اي شامل کند کننده، بازتابنده، موازي کننده، فیلتر نوترون حرارتی و فیلتر گاما به عنوان شکل دهنده طیف - BSA1 - در ] MCNP٣[ طراحی و سعی شد تا مواد، ضخامت ها، ترتیب قرار گیري و شکل هندسی آنها براي رسیدن به پارامترهاي مجاز جدول - 1 - بهینه شوند.
کند کننده انرژي نوترون هاي 14.1 را کاهش می دهد تا به انرژي مناسب برسند. بازتابنده از خروج نوترون ها از سیستم جلوگیر می کند و آنها را به درون سیستم باز می گرداند و فیلترها، نوترون حرارتی و گاما را جذب کرده و اجازه عبور به آنها نمی دهند. همچنین نقش موازي کننده کانونی کردن نوترون ها در منطقه خروجی باریکه را به عهده دارد.
روش کار
به منظور بهینه سازي طیف، یک پیکربندي اولیه شامل لایه هاي استوانه هاي در نظر گرفته شد و به کمک کد MCNP شبیه سازي گردید. نماي کلی این پیکربند در شکل - - 1 نشان داده شده است. انتخاب مواد کندکننده: این مواد باید جرمی نزدیک جرم نوترون داشته باشند و سطح مقطع جذب کم براي نوترون هاي فوق حرارتی و سطح مقطع پراکندگی بالا براي نوترون هاي سریع داشته باشند.
به عنوان کند کننده به صورت استوانه هایی متربهشعاع 50 سانتی در نظر گرفته شدند وجهت انتخاب بهترین حالت - جنس وضخامت - مواد با ضخامت ها و ترکیب هاي مختلف در بیش از1860 حالت بررسی شدند و در هر حالت نسبت شار نوترون هاي فوق حرارتی به نوترون هاي سریع و نوترون هاي فوق حرارتی به نوترون هاي گرمایی به عنوان قدرت کندکنندگی ارزیابی گردید و از بین آنها 10 حالت با بالاترین قدرت کند کنندگی انتخاب شد.
نتایج
از میان بهترین حالت هاي کند کننده ، 12 حالت در جدول - 2 - آمده است. براي حالت هاي مندج در جدول - 2 - بهترین جنس وضخامت بازتابنده بررسی شد که نتایج در جدول - 3 - آمده است. پس از قرارگیري موازي کننده در مقابل 10 حالتحالتفوق، 10 که بهترین نسبت هاي جدول - 1 - را داشتند، انتخاب شدند که در جدول - 4 - آورده شده است.
براي انتخاب شرایط بهینه، فیلتر هاي گاما ونوترون در مقابل10 حالت فوق قرار داده شد. پس از انجام محاسبات براي حالت هاي مختلف ضخامت و ترتیب قرارگیري فیلترها ، نتایج با معیارهاي جدول - - 1مقایسه شد و5 حالت از بهترین آنها در جدول - 5 - آورده شده است. بهترین حالت و در واقع نتیجه نهایی در جدول - 6 - نشان داده شده است.
بحث و نتیجه گیري
حالت نهایی شامل 50 سانتی متر Ni و 40سانتی متر Fluentalبه عنوان کند کننده، 15 سانتی متر Bi به عنوان بازتابنده ، 3 میلی متر Li به عنوان فیلتر نوترون حرارتی و 4 میلیعنوانمتر Bi به فیلترگاما است. در این حالت طیف نوترونی حاصل، براي درمان با روش BNCT مناسب است. با توجه به نتیجه نهایی و شار لازم براي درمان، این مولدها باید توانایی تولید 1010 نوترون بر ثانیه بر سانتی متر مربع را داشته باشند. در یک جمع بندي می توان گفت که در صورت دسترسی به مولدهاي پر قدرت D-T، طراحی به دست آمده می تواند به انتخابی مناسب جهت تولید باریکه نوترونی در BNCT می باشد.
