НАУЧНЫЙ И ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

ISSN 1024-6177 (Print), ISSN 2618-9615 (Online)

Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019. Том 64. № 3. С. 78–84

DOI: 10.12737/article_5cf3e86a478d20.08095360

Е.Н. Лыкова1,2, М.В. Желтоножская1,2, Ф.Ю. Смирнов3, П.И. Руднев4, А.П. Черняев1,2, И.В. Чешигин5, В.Н. Яценко3

Исследование потока тормозных фотонов и нейтронов при работе медицинского ускорителя электронов

1. Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва. E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ;
2. НИИЯФ МГУ имени Д.В. Скобельцына, Москва;
3. Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва;
4. ООО «Центр АЦП», Москва;
5. Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва

Е.Н. Лыкова – старший преподаватель;
М.В. Желтоножская – с.н.с.;
Ф.Ю. Смирнов – медицинский физик;
П.И. Руднев – директор;
А.П. Черняев – зав. кафедры, д.ф.-м.н., проф.;
И.В. Чешигин – с.н.с.;
В.Н. Яценко – зав. лаб., к.т.н.

Реферат

Цель: Оценка вклада потока вторичных нейтронов в общий поток излучения при работе линейных медицинских ускорителей Trilogy и Clinac 2100 фирмы Varian для учета их влияния на здоровье пациентов и медицинского персонала.

Высокоэнергетические линейные ускорители электронов для лучевой терапии, работающие на энергиях выше, чем 8 МэВ, побочно генерируют потоки нейтронов при взаимодействии фотонов с элементами ускорителя и с конструкционными материалами помещения. Нейтроны могут образовываться в головке ускорителя (мишень, коллиматоры, сглаживающий фильтр и т.д.), процедурном кабинете и непосредственно в теле пациента.

Из-за высокой радиобиологической опасности нейтронного излучения, их вклад в общий поток излучения даже на уровне нескольких процентов существенно увеличивает дозу, получаемую пациентом.

Материал и методы: Исследование потоков вторичных нейтронов проводилось с использованием активационных методов на основе реакций (γ,n) и (n,γ) на детектирующей мишени естественного тантала 181Ta. Также проводились измерения спектров нейтронов непосредственно в помещении при работе медицинского ускорителя с помощью спектрометра-дозиметра SDMF-1608PRO.DB.

Результаты: Было получено, что поток нейтронов на мишени тантала составляет 16 % от потока тормозных гамма-квантов на мишени при работе ускорителя с граничной энергией тормозного излучения 18 МэВ и 5 % при работе ускорителя с граничной энергией тормозного излучения 20 МэВ без учета энергетического вклада тепловых нейтронов.

Заключение: Следует отметить, что с учетом коэффициента относительной биологической эффективности (ОБЭ) нейтронного излучения с энергиями 0,1–200 кэВ, равного 10, по сравнению коэффициентом ОБЭ для гамма-квантов (равного 1), даже в предварительных исследованиях наблюдается существенный недоучет вклада потока образующихся вторичных нейтронов в общую дозу, получаемую пациентом при лучевой терапии тормозными квантами 18 и 20 МэВ.

Ключевые слова:лучевая терапия, тормозное излучение, фотоядерные реакции, вторичные нейтроны, активационный метод

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Carrillo HR, Almaraz BH, Dávila VM, Hernández AO. Neutron spectrum and doses in a 18 MV Linac. J Radioanal Nucl Chem. 2010;283:261-5.

  2. Zanini A, Durisi E, Fasolo F, Ongaro C, Visca L, Nastasi U, et al. Monte Carlo simulation of the photoneutron field in linac radiotherapy treatments with different collimation systems. Phys Med Biol. 2004;49:571-82.

  3. Pena J, Franco L, Gómez F, Iglesias A, Pardo J, Pombar M. Monte Carlo study of Siemens PRIMUS photoneutron production. Phys Med Biol. 2005;50:5921-33.

  4. Seltzer SM. An assessment of the role of charged seconderies from nonelastic nuclear interaction by therapy proton beam in water. National Institute of Standards and Tehnology Technical Reports No. NISTIR 5221, 1993.

  5. Schimmerling W, Rapkin M, Wong M, Howard J. The propagation of relativistic heavy ions in multielement beam lines. Med Phys. 1986;13:217-23.

  6. Varzar SM, Tultaev AV, Chernyaev AP. The role of secondary particles in the passage of ionizing radiation through biological media. Med Fizika . 2001;9:58-67. (Russian).

  7. Satherberg A, Johansson L. Photonuclear production in tissue for different 50 MV bremstrahlung beams. Med Phys. 1998;25:683.

  8. Allen PD, Chaudhri MA. The dose contribution due to photonuclear reaction during radioterapy. Med Phys. 1982;9:904.

  9. Spurny F, Johansson L, Satherberg A, Bednar J, Turek K. The contribution of secondery heavy particles to the absorbed dose from high energy photon beam. Phys Med Biol. 1996;41:2643.

  10. Ahnesjo A, Weber L, Nilsson P. Modeling transmission and scatter or photon beam attenuator. Med Phys. 1995;22:1711.

  11. Gottschalk B, Platais R, Paganetti H. Nuclear interaction of 160 MeV protons stopping in copper: a test of Monte Carlo nuclear models. Med Phys. 1999;26:2597.

  12. Carlsson CA, Carlsson GA. Proton dosimetry with 185 MeV protons: dose buildup from secondery protons recoil electrons. Health Phys. 1977;33:481.

  13. Deasy JO. A proton dose calculation algorithm for conformal therapy simulations based on Molieres theory of lateral deflections. Phys Med. 1998;25:476.

  14. Hassan Ali Nedaie, Hoda Darestani, Nooshin Banaee, Negin Shagholi, Kheirollah Mohammadi, Arjang Shahvar et al. Neutron dose measurements of Varian and Elekta linacs by TLD600 and TLD700 dosimeters and comparison with MCNP calculations. J Med Phys 2014;39(1):10-17.

  15. Hashemi SM, Hashemi-Malayeri B, Raisali G, Shokrani P, Sharafi AA. A study of the photoneutron dose equivalent resulting from a Saturne 20 medical linac using Monte Carlo method. Nukleonika; 2007;52:39-43.

  16. PTW Freiburg GmbH, Germany. Available from: http://www.ptw.de/acrylic_and_ rw3_slab_phantoms0.html.

  17. Alireza Naseria, Asghar Mesbahia. A review on photoneutrons characteristics in radiation therapy with high-energy photon beams. Rep Practical Oncol Radiother. 2010;15:138-44.

  18. Sellin PJ, Jaffar G, Jastaniah SD. Performance of digital algorithms for n/γ pulse shape discrimination using a liquid scintillation detector. IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference Record. 2003.

  19. Digital Gamma Neutron Discrimination with Liquid Scintillators. Application Note AN2506. Rev. 3, 09 September 2016. 00117-10-DGT20-ANXX.

  20. X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and dose rate meters and for determining their response as a function of photon energy. ISO 4037.

  21. Reference neutron radiations. ISO 8529.

  22. Moiseev NN, Dydyk AV. Investigation of the scintillation spectrometer-dosimeter of gamma quanta and fast neutrons. ANRI. 2016;4:24-30. (Russian).

  23. Description Spectrometer-dosimeter SDMF-1608. Available from: www.centeradc.ru.

  24. Varlamov AV, Varlamov VV, Rudenko DS, Stepanov ME. Atlas of Giant Dipole Resonances. IAEA Nuclear Data Section. Vienna: Wagramerstrasse 5, A-1400. 1999.

  25. McDermott BJ, Blain E, Daskalakis A, et al. Ta(n,γ) cross section and average resonance parameter measurements in the unresolved resonance region from 24 to 1180 keV using a filtered-beam technique. Phys Rev. 2017;96:014607(11).

Для цитирования: Лыкова Е.Н., Желтоножская М.В., Смирнов Ф.Ю., Руднев П.И., Черняев А.П., Чешигин И.В., Яценко В.Н. Исследование потока тормозных фотонов и нейтронов при работе медицинского ускорителя электронов // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2019. Т. 64. № 3. С. 78–84.

DOI: 10.12737/article_5cf3e86a478d20.08095360

PDF (RUS) Полная версия статьи

© Журнал "Медицинская радиология и радиационная безопасность" 2020г.

Яндекс.Метрика

Наверх