Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019. Том 64. № 5. С. 48–58

DOI: 10.12737/1024-6177-2019-64-5-48-53

Ю.А. Кураченко¹, Е.А. Онищук^2,3, Е.С. Матусевич³, В.В. Коробейников⁴

Производство фотонейтронов и радиозотопов для медицины тормозным излучением на промышленных электронных ускорителях

1. Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии, Обнинск.
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. ;
2. Техническая академия Росатома, Обнинск;
3. Институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, Обнинск;
4. Физико-энергетический институт, Обнинск

Ю.А. Кураченко – г.н.с., д.ф.-м.н.;
Е.A. Онищук – аспирант;
Е.С. Матусевич – проф., д.ф.-м.н., проф.;
В.В. Коробейников – г.н.с., д.ф.-м.н., проф.

Реферат

Цель: Изучение возможности двойного использования существующих мощных промышленных ускорителей электронов для нейтронной терапии и производства радиоизотопов медицинского назначения. Для обоих приложений проведены расчёты, и результаты нормированы на характеристики существующего ускорителя MEVEX (средний электронный ток 4 мА при моноэнергетическом пучке электронов 35 МэВ).

Материал и методы: Объединяющей проблемой для обоих приложений является задача охлаждения мишени: при мощности пучка ~ 140 кВт около ее половины высвобождается непосредственно в мишени. Поэтому в качестве мишени был выбран жидкий тяжелый металл, чтобы соединить высокое качество термогидравлики с максимальной производительностью как тормозного излучения, так и фотонейтронов. Мишени были оптимизированы с использованием прецизионных кодов для задач переноса излучения и термогидравлики. Оптимизация проводилась также по установке в целом: 1) по составу материала и конфигурации блока выведения фотонейтронов и 2) по схеме генерации радиоизотопов.

Результаты: Фотонейтронный блок обеспечивает приемлемое качество пучка для НЗТ с большим значением плотности потока нейтронов на выходе ~ 2·10¹⁰ см^–2с–1, что на порядок выше, чем значения на выходе работавших в прошлом и проектируемых ныне реакторных пучков для нейтронозахватной терапии. Достигнутая интенсивность на выходе пучка позволит во многих случаях отказаться от фракционированного облучения. Что касается производства радиоизотопов, то в расчётах по реакции (γ, n) можно получать 43 радионуклида в 5 группах. Например, по реакции Mo¹⁰⁰(γ,n)⁹⁹Mo предшественник ⁹⁹Mo главного диагностического изотопа ^99mTc после облучения мишени в течение 24 ч может быть наработан с удельной активностью ~ 6 Ки/г и полной активностью мишени 1,8 кКи.

Заключение: Предложенные схемы генерации и вывода фотонейтронов и тормозного излучения имеют ряд очевидных преимуществ перед традиционными методами: а) применение ускорителей электронов для производства нейтронов намного безопаснее и дешевле, чем использование реакторных пучков; б) ускоритель с мишенью и блок вывода пучка фотонейтронов с необходимым оборудованием и оснасткой можно разместить на территории клиники; в) предлагаемая мишень для нейтронозахватной терапии, охлаждаемая жидким галлием, является экологически чистым материалом, т.к. его активация относительно невелика и быстро спадает до фонового уровня.

Ключевые слова: промышленный ускоритель электронов, тормозное излучение, фотонейтроны, нейтронозахватная терапия, производство медицинских радионуклидов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Костромин С.А., Сыресин Е.М. Тенденции в ускорительной технике для адронной терапии // Письма в ЭЧАЯ. 2013. Т. 10. № 7(184). С. 1346–1375.
2. Naseri A., Mesbahi A. A review on photoneutrons characteristics in radiation therapy with high-energy photon beams // Rep. Pract. Oncol. Radiother. 2010. Vol. 15. № 5. P. 138–144.
   https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3863143/pdf/main.pdf
3. Кураченко Ю.А., Вознесенский Н.К., Говердовский А.А., Рачков В.И. Новый интенсивный источник нейтронов для медицинских приложений // Мед. физика. 2012. 2(38). С. 29–38.
4. Кураченко Ю.А. Фотонейтроны для нейтронозахватной терапии // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2014. № 4. С. 41–51.
5. Кураченко Ю.А., Забарянский Ю.Г., Онищук Е.А. // Оптимизация мишени для производства фотонейтронов. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2016. № 3. С. 150–162.
6. Кураченко Ю.А., Забарянский Ю.Г., Онищук Е.А. Применение фотонейтронов для лучевой терапии // Мед. радиол. и радиац. безопасность. 2017. Т. 62. № 3. С. 33–42.
7. http://www.primaryprofile.com/Mevex-Corporation.
8. X-5 Monte Carlo Team. MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5. Volume I: Overview and theory. LA-UR-03-1987. 2003. 484 p.
9. Koning A., Hilaire S., Goriely S. TALYS-1.9. A nuclear reaction program. ftp://ftp.nrg.eu/pub/www/talys/talys1.9.pdf. 2017. 554 p.
10. STAR-CD®. CD-adapco Engineering Simulation Software – CAE and CFD Software.
11. НП-059-05: Правила ядерной безопасности подкритических стендов (ПБЯ ПКС-2005). Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. М. 2005. https://files.stroyinf.ru/Data1/47/47666/
12. Ralph G.B., Jerry D.C., David A.P. et al. A System of 99mTc production based on distributed electron accelerators and thermal separation // Nucl. Technology. 1999. Vol. 126. P. 102–121.
13. Купленников Э.Л., Довбня А.Н., Цымбал В.А. и соавт. Оценка наработки 99Мо и 99mТс на 9Ве(d,n) генераторе ХФТИ // ВАНТ. 2012. №4. С. 155–159. https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2012_4/article_2012_4_155.pdf).
14. Riley K.J., Binns P.J., Harling O.K. Performance characteristics of the MIT fission converter based epithermal neutron beam // Phys. Med. Biol. 2003. Vol. 48. P. 943–958.
15. Agosteo S., Foglio Para A., Gambarini G. et al. Design of neutron beams for boron neutron capture therapy in a fast reactor. In: IAEA-TECDOC-1223. 2001. P. 1–302.
16. Кураченко Ю.А. Реакторные пучки для лучевой терапии: критерии качества и расчетные технологии // Мед. физика. 2008. T. 38. № 2. С. 20–28.

Для цитирования: Кураченко Ю.А., Онищук Е.А., Матусевич Е.С., Коробейников В.В. Производство фотонейтронов и радиозотопов для медицины тормозным излучением на промышленных электронных ускорителях // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019. Т. 64. № 5. С. 48–53.

DOI: 10.12737/1024-6177-2019-64-5-48-53

PDF (ENG) Full-text article (in English)

PDF (RUS) Полная версия статьи