Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Том 62. № 3. C. 33-41
DOI: 10.12737/article_5927f40e8f1b58.14975996
Ю.А. Кураченко1, Ю.Г. Забарянский2, Е.А. Онищук3
ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОНЕЙТРОНОВ ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
1. Обнинский институт атомной энергетики ИАТЭ НИЯУ «МИФИ», Обнинск, e- mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ; 2. Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского, Обнинск; 3. Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва
Ю.А. Кураченко – главн. н.c. ИАТЭ, д.ф.-м.н., проф.; Ю.Г. Забарянский – аспирант ФЭИ; Е.А. Онищук – м.н.с., МРНЦ, аспирант МИФИ
Реферат
Цель: Показать возможность проведения нейтронной терапии на пучке фотонейтронов из мишени мощного ускорителя электронов при обеспечении требуемой дозы в опухоли за приемлемое время экспозиции и при минимальном облучении нормальных тканей организма пациента.
Материал и методы: Генерация нейтронов из мишени ускорителя электронов происходит двухступенчато: e → γ → n, причём в выбранном диапазоне энергии электронов 20–100 МэВ выход тормозного излучения многократно (на ~3 порядка) превышает «полезный» выход нейтронов. Отсюда возникает проблема избирательного подавления «вредного» для лучевой терапии фотонного излучения при минимальном ослаблении потока нейтронов в выводимом пучке. Для решения общей задачи формирования пучка нейтронов необходимого спектрального состава и достаточной интенсивности решён ряд расчётных задач подбора оптимальной конфигурации и состава блока вывода пучка. Особое внимание уделено минимизации дополнительного облучения пациента тормозным (генерация электронами) и вторичным (генерация нейтронами) гамма-излучением мишени и материалов блока вывода.
Результаты: Полученная конфигурация блока вывода обеспечивает требуемое качество пучка применительно к задачам нейтронозахватной терапии (НЗТ), которая является единственной конкурентоспособной технологией нейтронной терапии на фоне массового применения протонной терапии и др. методик, избирательно поражающих мишень при минимальной лучевой нагрузке на окружающие органы и ткани. При характеристиках коммерчески доступных ускорителей (средний ток 4 мА, энергия электронов 35 МэВ) плотность потока эпитепловых фотонейтронов, требуемых для НЗТ, на выходе пучка на порядок и более превышает величины, характерные для существующих и проектируемых реакторных пучков.
Выводы: Предложенная схема генерации и вывода фотонейтронов для НЗТ имеет ряд несомненных преимуществ перед традиционными подходами:
- a) применение ускорителей электронов для получения нейтронов гораздо безопаснее и дешевле использования традиционных реакторных пучков;
- b) ускоритель с мишенью, блок вывода пучка с необходимыми устройствами и оснасткой могут быть без особых проблем размещены на территории клиники;
- c) применяемая мишень – жидкий галлий, который также служит и теплоносителем, является экологически чистым материалом: его активация весьма незначительна и быстро (за ~ 4 сут) спадает до уровня фона.
Ключевые слова: ускоритель электронов, вольфрам-галлиевая мишень, тормозное излучение, фотонейтроны, нейтронозахватная терапия, оптимизация характеристик пучка
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- 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.
- Кураченко Ю.А. Фотонейтроны для нейтронозахватной терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2014. № 4. С. 41–51.
- Zamenhof R.G., Murray B.W., Brownell G.L. et al. Boron neutron capture therapy for the treatment of cerebral gliomas. 1: Theoretical Evaluation of the Efficacy of Various Neutron Beams // Med. Phys. 1975. Vol. 2. P. 47–60.
- Blue T.E., Yanch J.C. Accelerator-based epithermal neutron sources for boron neutron capture therapy of brain tumors // J. Neurooncol. 2003. Vol. 62. P. 19–31.
- Zhou Y., Gao Z., Li Y., Guo C., Liu X. Design and construction of the in-hospital neutron irradiator-1(HNI) // In: Advances in Neutron Capture Therapy 2006. Proc. 12th Cong Neutron Capture Therapy. Oct 9–13. Eds. Nakagawa Y., Kobayashi T., Fukuda H. Takamatsu. Japan. 2006. P. 557–560.
- Nigg D.W. Neutron sources and applications in radiotherapy – A brief history and current trends // In: Advances in Neutron Capture Therapy 2006. Proc. 12th Cong Neutron Capture Therapy. Oct 9–13. Eds. Nakagawa Y., Kobayashi T., Fukuda H. Takamatsu. Japan. 2006. P. 623–626.
- Кураченко Ю.А. Оптимизация блока вывода реакторного пучка для лучевой терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2008. № 1. С. 129–138.
- Tanaka H., Sakurai Y., Suzuki M. et al. Experimental verification of beam characteristics for cyclotron-based epithermal neutron source (C-BENS) // Appl. Radiat. Isot. 2011. Vol. 69. P. 1642–1645.
- The Basics of Boron Neutron Capture Therapy. http://web.mit.edu/nrl/www/bnct/facilities/facilities.html
- MIT BNCT Facilities. Fission Converter Beam (FCB). http://web.mit.edu/nrl/www/bnct/facilities/MIT BNCT Facilities.htm
- Reattore TAPIRO: ENEA Internal Document, DISP/TAP/85-1, 1985 // In: Design of neutron beams for boron neutron capture therapy in a fast reactor. Current status of neutron capture therapy. IAEA-TECDOC-1223, 2001.
- Rosi et al. Role of the TAPIRO fast research reactor in neutron capture therapy in Italy. Calculations and measurements. IAEA-CN-100/97. // In: Research Reactor Utilization, Safety, Decommissioning, Fuel and Waste Management. Proc. Internat. Conf. 10–14 November 2003 Santiago, Chile. P. 325–338.
- Carta M., Palomba M. TRIGA RC-1 and TAPIRO ENEA Research Reactors. https://www.iaea.org/OurWork/ST/NE/NEFW/Technical-Areas/RRS/documents/TM_Innovation/Carta_ENEA.pdf.
- General information and technical data of TAPIRO research reactor. http://www.enea.it/en/research-development/documents/nuclear-fission/tapiro-eng-pdf.
- Nuclear Research Reactor: TAPIRO. http://old.enea.it/com/ingl/ New_ingl/research/energy/nucleare_fission/pdf/TAPIRO-ENG.pdf.
- Кураченко Ю.А., Казанский Ю.А., Левченко А.В., Матусевич Е.С. Вывод нейтронных пучков и защита медицинского реактора МАРС // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2006. № 4. С. 36–48.
- Кураченко Ю.А., Моисеенко Д.Н. МАРС и TAPIRO: реакторы малой мощности для нейтронозахватной терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2010. № 1. С. 153–163.
- Кураченко Ю.А., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Критерии качества нейтронных пучков для лучевой терапии // Изв. вузов. Ядерн. энергетика. 2008. № 1. С. 139-149.
- Кураченко Ю.А. Реакторные пучки для лучевой терапии: критерии качества и расчетные технологии // Мед. физика. 2008. № 2 (38). С. 20-28.
- Кураченко Ю.А. Реакторные пучки для лучевой терапии. Расчетные модели и вычислительные технологии. Монография. - Saarbrücken, Deutschland. Palmarium Academic Publishing, OmniScriptum GmbH&Co. RG. 2013. 372 pp.
- Burn K.W. et al. Final design and construction issues of the TAPIRO epithermal column, Report at ICNCT-XII, Oct. 9-13, 2006. http://icnct-12.umin.jp/beams for boron neutron capture therapy in a fast reactor/Current status of neutron capture therapy. IAEA-TECDOC-1223, 2001.
- Liu Hungyuan B., Brugger R.M., Rorer D.C. Upgrades of the epithermal neutron beam at the Brookhaven Medical Research Reactor BNL-63411. http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/014/28014354.pdf
- 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,
- Harling O.K., Riley K.J., Newton T.H. et al. The new fission converter based epithermal neutron irradiation facility at MIT // Nuclear Reactor Laboratory. MIT. http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/36/026/36026570.pdf
- MCNP - A General Monte Carlo N-Particle Transport Code. Version 5. Vol. I: Overview and Theory. Authors: X-5 Monte Carlo Team. LA-UR-03-1987. April 24. 2003.
- Pelowitz D.B. MCNPX user’s manual. Version 2.4.0 - LA-CP-07-1473.
- STAR-CD®. CD-adapco Engineering Simulation Software - CAE and CFD Software.
Для цитирования: Кураченко Ю.А., Забарянский Ю.Г., Онищук Е.А.. Применение фотонейтронов для лучевой терапии // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Т. 62. № 3. С. 33-41. DOI: 10.12737/article_5927f40e8f1b58.14975996