Dosimetric Characteristics of a Thermal Neutron Beam Facility for Neutron Capture Therapy at HANARO Reactor

하나로 원자로 BNCT 열중성자 조사장치에 대한 선량특성연구

A thermal neutron beam facility utilizing a typical tangential beam port for Neutron Capture Therapy was installed at the HANARO, 30 MW multi-purpose research reactor. Mixed beams with different physical characteristics and relative biological effectiveness would be emitted from the BNCT irradiation facility, so a quantitative analysis of each component of the mixed beams should be performed to determine the accurate delivered dose. Thus, various techniques were applied including the use of activation foils, TLDs and ionization chambers. All the dose measurements were perform ed with the water phantom filled with distilled water. The results of the measurement were compared with MCNP4B calculation. The thermal neutron fluxes were $1.02E9n/cm^2{\cdot}s\;and\;6.07E8n/cm^2{\cdot}s$ at 10 and 20 mm depth respectively, and the fast neutron dose rate was insignificant as 0.11 Gy/hr at 10 mm depth in water The gamma-ray dose rate was 5.10 Gy/hr at 20 mm depth in water Good agreement within 5%, has been obtained between the measured dose and the calculated dose using MCNP for neutron and gamma component and discrepancy with 14% for fast neutron flux Considering the difficulty of neutron detection, the current study support the reliability of these results and confirmed the suitability of the thermal neutron beam as a dosimetric data for BNCT clinical trials.

최대출력 30 MW, 하나로(HANARO) 다목적 연구용 원자로의 접선 중성자공에 붕소중성자포획치료(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)를 위한 열중성자 조사장치가 개발되었다. BNCT 조사장치에서는 서로 다른 물리적 특성과 생물학적 효과비를 가진 여러 성분의 방사선이 방출되기 때문에 정확한 투여선량을 결정하기 위해서는 각 성분의 정량적 분석이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 방사화 분석, 열형광선량계 및 이온전리함 등 여러 유형의 검출기를 사용하여 BNCT 조사장치에서 방출되는 열중성자 및 감마선 혼합장의 선량 성분을 분리, 측정하였다. 선량측정은 물 속에 함유된 불순물과 중성자의 이차반응을 최소화하기 위해 증류수를 채운 물팬텀을 이용하였다. 그리고 측정 결과는 MCNP4B 전산계산의 결과와 상호 비교하였다. 측정 결과 열중성자속은 물팬텀 10 mm와 20 mm 깊이에서 각각 $1.02E9n/cm^2{\cdot}s$과 $6.07E8n/cm^2{\cdot}s$이었고, 고속중성자선량율은 10 mm 깊이에서 0.11 Gy/hr로 미세하였다. 감마선량률은 물팬텀 20 mm 깊이에서 5.10 Gy/hr로 나타났다. 측정된 중성자와 감마선량값은 MCNP의 결과와 5% 이내로 잘 일치하였고, 열중성자속은 14%의 비교오차를 나타내었다. 이러한 결과들은 중성자 검출의 난이도를 고려할 때 충분히 신뢰할 수 있는 수준이라 판단되며, BNCT 임상 연구를 위한 선량평가 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.