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

در زمینه ی درمان به روش گیراندازی نوترون با بور (BNCT)، یک سیستم نوترونی بهینه پیشنهاد شده است. این مطالعه (به صورت شبیه سازی) برای بهینه سازی شکل هندسی و ترکیب سیستم نوترونی پیشنهادی و افزایش شار نوترون (فوق حرارتی) برای درمان تومورهای عمقی انجام شده است.
سیستمی نوترونی برای BNCT پیشنهاد شد. سیستم مورد نظر شامل چشمه ی نوترون Cf252، مجموعه ای از کندکننده و بازتابنده نوترون، فیلترها و حفاظ بتونی می باشد. برای گیراندازی نوترون های سریع، فیلترهای نوترونی مختلف Fe، Pb، Ni و PbF2 با ضخامت های مختلف مورد مطالعه و شبیه سازی قرار گرفتند. از Li به ضخامت یک میلی متر، برای فیلترکردن نوترون حرارتی استفاده شد. از ماده ی Bi به ضخامت یک سانتی متر برای کمینه نمودن شدت اشعه گاما استفاده شد. برای طراحی سیستم و محاسبه مولفه های نوترون در خروجی سیستم از کد شبیه سازی مونت کارلو2.4.0 MCNPX استفاده شد.
به ازای ضخامت های مختلفی از فیلترها، شار نوترون برای ناحیه های سریع، فوق حرارتی و حرارتی در خروجی سیستم محاسبه شدند. همچنین، توزیع فضایی شار نوترون های سریع، فوق حرارتی، حرارتی و شار گاما در فانتوم سر انسان با حضور بور B10 (با غلظت 40 میلیونیم) در مغز، به دست آمدند. محاسبات نشان داد، Pb (حدود یک سانتی متر) مناسب ترین فیلتر برای گیراندازی نوترون سریع در خروجی سیستم می باشد. 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 نوترون های فوق حرارتی را با ضریب انتقال بسیار بالایی از خود عبور می دهد، به عنوان فیلتر فوتونی استفاده شد.
در عمق حدود 2 سانتی متر درون فانتوم سر، شار نوترون حرارتی به حد بیشینه ی 1-s2-cm 5 10 19/1 می رسد. در عمق مزبور، نسبت شار حرارتی به شار فوق حرارتی حدود سه برابر شده است؛ که نشان می دهد چنین سیستمی برای درمان تومورهای در عمق مذکور مناسب تر است. با حضور B10 در فانتوم سر، جذب نوترون در اطراف عمق مذکور بیشتر از نواحی دیگر صورت می گیرد و توزیع فضایی شار حرارتی یکنواخت تر می شود؛ که با توجه به LET و RBE بالای ذرات آلفا و لیتیوم 7 (حاصل از واکنش نوترون با بور) می توان گفت چنانچه توموری در چنین عمقی باشد نسبت به اطرافش بیشتر آسیب می بیند.