بهینه‌سازی ساختار هندسی و ترکیب اجزاء یک سیستم نوترونی برای درمان به ‌روش گیراندازی نوترون با بور

زمینه: در زمینه‌ی درمان به روش گیراندازی نوترون با بور (BNCT)، یک سیستم نوترونی بهینه‌پیشنهاد شده است. این مطالعه (به‌ صورت شبیه‌سازی) برای بهینه‌سازی شکل هندسی و ترکیب سیستم نوترونی پیشنهادی و افزایش شار نوترون (فوق حرارتی) برای درمان تومورهای عمقی انجام شده است. مواد و روش‌ها: سیستمی نوترونی برای BNCT پیشنهاد شد. سیستم مورد نظر شامل چشمه‌ی نوترون Cf252، مجموعه‌ای از کندکننده و بازتابنده نوترون، فیلترها و حفاظ بتونی می‌باشد. برای گیراندازی نوترون‌های سریع، فیلترهای نوترونی مختلف Fe، Pb، Ni و PbF2 با ضخامت‌های مختلف مورد مطالعه و شبیه‌سازی قرار گرفتند. از Li به‌ضخامت یک میلی‌متر، برای فیلترکردن نوترون حرارتی استفاده شد. از ماده‌ی Bi به‌ضخامت یک سانتی‌متر برای کمینه نمودن شدت اشعه گاما استفاده شد. برای طراحی سیستم و محاسبه مؤلفه‌های نوترون در خروجی سیستم از کد شبیه‌سازی مونت کارلو2.4.0 MCNPX استفاده شد. یافته‌ها: به‌ازای ضخامت‌های مختلفی از فیلترها، شار نوترون برای ناحیه‌های سریع، فوق حرارتی و حرارتی در خروجی سیستم محاسبه شدند. همچنین، توزیع فضایی شار نوترون‌های سریع، فوق حرارتی، حرارتی و شار گاما در فانتوم سر انسان با حضور بور B10 (با غلظت 40 میلیونیم) در مغز، به‌دست آمدند. محاسبات نشان داد، Pb (حدود یک سانتی‌متر) مناسب‌ترین فیلتر برای گیراندازی نوترون سریع در خروجی سیستم می‌باشد. با توجه به بالا بودن سطح مقطع جذب نوترونی Li در ناحیه حرارتی، مقدار ضخامت فیلتر Li تعیین گردید. از Bi، بنا به دلایلی از جمله اینکه حفاظ بسیار مناسبی برای اشعه گاما است و نوترون‌های فوق حرارتی را با ضریب انتقال بسیار بالایی از خود عبور می‌دهد، به‌عنوان فیلتر فوتونی استفاده شد. نتیجه‌گیری: در عمق حدود 2 سانتی‌متر درون فانتوم سر، شار نوترون حرارتی به حد بیشینه‌ی 1-s2-cm 5 10 19/1 می‌رسد. در عمق مزبور، نسبت شار حرارتی به شار فوق حرارتی حدود سه برابر شده است؛ که نشان می‌دهد چنین سیستمی برای درمان تومورهای در عمق مذکور مناسب‌تر است. با حضور B10 در فانتوم سر، جذب نوترون در اطراف عمق مذکور بیشتر از نواحی دیگر صورت می‌گیرد و توزیع فضایی شار حرارتی یکنواخت‌تر می‌شود؛ که با توجه به LET و RBE بالای ذرات آلفا و لیتیوم 7 (حاصل از واکنش نوترون با بور) می‌توان گفت چنانچه توموری در چنین عمقی باشد نسبت به اطرافش بیشتر آسیب می‌بیند.