نام پژوهشگر: سمانه سیفی
سمانه سیفی فائزه رحمانی
تا کنون bnct در جهان با استفاده از چشمه راکتور و انواع شتابدهندهها و مولدهای نوترون و حتی با استفاده از چشمه کالیفرنیوم مورد مطالعه قرار گرفته است. البته درمان با استفاده از راکتور بر روی بیمار به صورت بالینی هم صورت گرفته ولی همچنان مطالعه بر روی چشمه مناسب، متناسب با امکانات هر کشور در حال انجام است. با توجه به توسعه کاربرد شتابدهندههای الکترونی و رشد روزافزون تکنولوژی ساخت آنها، این ابزار به عنوان چشمه در bnct مورد توجه قرار گرفته است ولی تا کنون شتابدهندههای پیشنهاد شده پالسی بوده و قادر به تولید شار نوترونی کافی نبودند. در این پژوهش شتابدهنده الکترونی با جریان ma10 به صورت پیوسته و توان kw100 به عنوان چشمه bnct مورد مطالعه و امکانسنجی علمی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که تا کنون در جهان هیچ شتابدهنده صنعتیای برای bnct پیشنهاد یا استفاده نشده است. در این پژوهش تمام مراحل تولید باریکه درمانی برای bnct با استفاده از باریکه شتابدهندهilu-14 شبیه سازی و طراحی شد. این مطالعه با توجه به هدف کاربردی بودن، نیازمند توجه به جنبههایی داشت که کمتر در مطالعات صورت گرفته تا کنون، به آنها پرداخته شده بود. فرایند طراحی باریکه درمانی و بررسی ویژگیهای درمان با این باریکه شامل مراحل زیر بوده است: نخست، هدف فوتونی با هندسه دیسکی، با شعاع cm2 و ضخامت mm5/1 طراحی شد ولی با اندازهگیری میزان حرارت انباشت شده در هدف فوتونی، دما به بیش از 0c18600رسید که بالاتر از نقطه ذوب تنگستن است بنابراین طرح هندسی هدف به شکل نواری با طول cm 50 و ضخامت mm5/1 تغییر کرد تا با افزایش سطح برخورد باریکه و استفاده از باریکه اسکن کننده دمای هدف به کمتر از نقطه ذوب تنگستن کاهش پیدا کند اما همچنان دمای دیواره سربی هدف فوتونوترونی بالا بود به طوری که موجب تبخیر آب سنگین میشد بنابراین به منظور کم کردن دمای هدف و رساندن سیستم به حالت پایا، ناگزیر به تعبیه سیستم خنک کننده شدیم. سیستم خنک کننده به صورت نگهدارندهای از جنس فولاد طراحی شد که آب را با دبی litr.s-140 از طریق پمپی با توان kw 2 به سطح هدف فوتونی میرساند تا دمای نهایی دیواره سربی هدف فوتونوترونی به 0c2/14 رسید . بازده فوتونی حاصل از هدف طراحی شده نهایی 3/1 فوتون به ازای هر الکترون فرودی به دست آمد. پس از آنکه هدف فوتونی با در نظر گرفتن ملاحظات حرارتی به طور کامل طراحی شد، به منظور تکمیل فرایند تولید نوترون، هدف فوتونوترونی طراحی شد. با بررسی مواد، هندسهها و ابعاد گوناگون، هدف فوتونوترونی بهینه از جنس آب سنگین به شکل استوانهای با ابعاد cm25 شعاع و cm 16 ارتفاع، طراحی شد که دور تا دور آن محفظه سربی با ضخامت cm1 به عنوان نگهدارنده هدف مایع قرار دادهشد. این هدف در برخورد تابش ترمزی قادر است4-10×4/1 نوترون به ازای هر الکترون فرودی و همچنین 73/0 فوتون نیز به ازای هر الکترون فرودی تولید کند. با توجه به زیاد بودن پرتو گامای باریکه، در مسیر باریکه لایههایی از سرب به منظور جذب این پرتو قرار داده شد. بعد از تولید باریکه نوترونی لازم است این باریکه شکلدهی شود تا به باریکه درمانی تبدیل شود، به این ترتیب مجموعه شکلدهندههای طیف با چیدمانهای گوناگون شامل کندکننده، بازتابنده، همسوساز، حفاظ گاما و حفاظ نوترون شبیه سازی شدند و در نهایت چیدمان زیر به عنوان گزینه مناسب از لحاظ احراز استانداردهای معرفی شده از سوی iaea برای باریکه درمانی، انتخاب شد: 5/1 cm lif + 12 cm pb + 6 cm fe + 17 cm alf3 + 12 cm pb + 16 cm fluental+ 12cm pb + 75/0 cm lif پس از ورود باریکه نوترونی حاصل از چشمه به شکلدهنده طیف ابتدا یک لایه فلوئورید لیتیم قرار داده شد که نوترونهای حرارتی باریکه را فیلتر کند و مانع از افزایش گامای باریکه شود زیرا نوترونهای حرارتی با جذب شدن در ماده پرتو گاما تولید میکنند. در لایه بعدی سرب قرار داده شد تا هم گامای خروجی از چشمه جذب شود و همچنین با توجه به بالا بودن سطح مقطع تولید فوتونوترون برای سرب در انرژیهای کمتر از mev10، نوترون تولید شود و تضعیف نوترونی صورت گرفته در لایههای مختلف کمی جبران شود. در لایه بعد آهن قرار داده شد تا انرژی نوترونهای خیلی سریع را کم کرده و به ناحیه فوقحرارتی ببرد. سپس تری فلوئورید آلومنیم و فلوئنتال با لایهای از سرب نیز برای کند کردن نوترونها قرار داده شد. در آخر نیز لایهای سرب و فلوئورید لیتیم برای کاهش دز گاما و نوترون حرارتی قرار داده شد. پس از خروج باریکه از شکلدهنده، مخروط ناقصی به طول cm55 از جنس نیکل به منظور همسوسازی باریکه قرار داده شد. دور تا دور سیستم طراحی شده cm50 سرب قرار داده شد تا هم نقش حفاظ گاما را داشته باشد و هم بازتابنده نوترونها باشد. وجود لایههای متعددی از مواد مختلف در طراحی صورت گرفته موجب شد ترابرد ذرات به سختی صورت بگیرد به همین منظور در هر اجرای برنامه 1 میلیارد و هشتصد هزار ذره (بیشینه تعداد ذرات قابل ترابرد برای mcnp در هر بار اجرای برنامه) ترابرد شد تا خطای نتایج به کمتر از 5 درصد برسد.