基于中子管中子发生器的硼中子俘获癌症治疗法的可行性研究

摘要：

硼中子俘获治疗作为一种被全世界范围内广泛公认的癌症治疗方法,被全世界多所研究机构进行研究.该项研究成功的关键在于寻找到一种稳定且产额高的中子源.目前国际上的临床研究都基于反应堆中子源,但是反应堆中子源有着不可回避的缺点,如价格高,安全性差以及群众的可接受性差.基于以上考虑,本论文研究采用中子管中子发生器作为硼中子俘获癌症治疗法的中子源的可行性.相比于反应堆,中子管中子发生器从造价,安全性以及公众接受性都是有优势的.根据国际原子能机构提出的硼中子俘获治疗的中子能量标准,需要在治疗装置出口处产生能量介于0.5 e V到10 ke V的超热中子.中子管中子发生器直接产生的中子能量为14.1 Me V,其能量远高于超热中子,因此需要利用装置将中子的能量降低到超热中子范围,这样的装置被称为束流整形系统.束流整形系统主要利用中子与材料中的元素发生非弹性散射对中子进行慢化,降低中子能量.一般来讲,中子通量在中子通过束流整形系统的时候会大量降低,过低的中子通量会增长治疗时间.为了解决这个问题,整套治疗装置应该包含倍增系统,用于弥补中子数量在束流整形系统中的损失,比较理想的选择是天然铀与低浓度浓缩铀的组合.本论文研究主要采用基于蒙特卡洛方法的MCNP程序,采用软件数值模拟方式完成.本人采用MCNP 4C版本设计装置模型,充分利用中子管中子发生器体积小的优势,将多支中子管同时应用,作为硼中子俘获治疗的中子源.同时,本人分别设计了针对肝癌,脑胶质瘤以及皮肤恶性黑色素瘤的束流整形系统的倍增体,慢化体,反射体等部分,使得装置出口处的超热中子通量,快中子剂量和伽马射线剂量等指标满足国际原子能机构规定的硼中子俘获治疗标准.本论文研究结果表明,中子管中子发生器可以替代反应堆作为硼中子俘获治疗的中子源.

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