Golshanian, Mohadeseh;Rajabi, Ali Akbar;Kasesaz, Yaser
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.7
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pp.1505-1512
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2017
Because accelerator-based boron neutron capture therapy (BNCT) systems are planned for use in hospitals, entry into the medical room should be controlled as hospitals are generally assumed to be public and safe places. In this paper, computational investigation of the medical staff effective dose during BNCT has been performed in different situations using Monte Carlo N-Particle (MCNP4C) code and two voxel based male phantoms. The results show that the medical staff effective dose is highly dependent on the position of the medical staff. The results also show that the maximum medical staff effective dose in an emergency situation in the presence of a patient is ${\sim}25.5{\mu}Sv/s$.
미국의 경우 질병으로 인한 사망자의 절반 정도가 암으로 인한 사망이다. 정산 세포 속에 위치한 암세포만을 선택적으로 손상시키기에는 미흡한 기존의 암치료 방법에 비해, 열중성자와 표적핵을 사용하여 방사선에 민감한 암조직 세포만을 효과적으로 죽일 수 있는 방사선 치료 방법 중의 하나인 BNCT 기술이 새롭게 주목을 끌고 있다. BNCT 기술의 현황과 전망을 알아본다.
This paper is intended to provide key issues and current research outcomes on accelerator-based Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). Accelerator-based neutron sources are efficient to provide epithermal neutron beams for BNCT; hence, much research, worldwide, has focused on the development of components crucial for its realization: neutron-producing targets and cooling equipment, beam-shaping assemblies, and treatment planning systems. Proton beams of 2.5 MeV incident on lithium target results in high yield of neutrons at relatively low energies. Cooling equipment based on submerged jet impingement and micro-channels provide for viable heat removal options. Insofar as beam-shaping assemblies are concerned, moderators containing fluorine or magnesium have the best performance in terms of neutron accumulation in the epithermal energy range during the slowing-down from the high energies. NCT_Plan and SERA systems, which are popular dose distribution analysis tools for BNCT, contain all the required features (i.e., image reconstruction, dose calculations, etc.). However, detailed studies of these systems remain to be done for accurate dose evaluation. Advanced research centered on accelerator-based BNCT is active in Korea as evidenced by the latest research at Hanyang University. There, a new target system and a beam-shaping assembly have been constructed. The performance of these components has been evaluated through comparisons of experimental measurements with simulations. In addition, a new patient-specific treatment planning system, BTPS, has been developed to calculate the deposited dose and radiation flux in human tissue. It is based on MCNPX, and it facilitates BNCT efficient planning based via a user-friendly Graphical User Interface (GUI).
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.161-163
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2002
The BNCT(Boron Neutron Capture Therapy) facility has been developed in Hanaro(High-flux Advanced Neutron Application Reactor), a research reactor of Korea Atomic Energy Research Institute. A typical tangenial beam port is utilized with this BNCT facility. Thermal neutrons can be penetrated within the limits of the possible maximum instead of being filtered fast neutrons and gamma rays as much as possible using the silicon and bismuth single crystals. In addition to, the liquid nitrogen (LN$_2$) is used to cool down the silicon and bismuth single crystals for the increase of the penetrated thermal neutron flux. Neutron beams for BNCT are shielded using the water shutter. The water shutter was designed and manufactured not to interfere with any other subsystem of Hanaro when the BNCT facility is operated. Also, it is replaced with conventional beam port plug in order to cut off helium gas leakage in the beam port. A circular collimator, composed of $\^$6/Li$_2$CO$_3$ and polyethylene compounds, is installed at the irradiation position. The measured neutron flux with 24 MW reactor power using the Au-198 activation analysis method is 8.3${\times}$10$\^$8/ n/cm$^2$ s at the collimator, exit point of neutron beams. Flatness of neutron beams is proven to ${\pm}$ 6.8% at 97 mm collimator. According to the result of acceptance tests of the water shutter, the filling time of water is about 190 seconds and drainage time of it is about 270 seconds. The radiation leakages in the irradiation room are analyzed to near the background level for neutron and 12 mSv/hr in the maximum for gamma by using BF$_3$ proportional counter and GM counter respectively. Therefore, it is verified that the neutron beams from BNCT facility in Hanaro will be enough to utilize for the purpose of clinical and pre-clinical experiment.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.05a
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pp.937-942
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1995
Great interest has prompted Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) as a new treatment for brain tumors. The use of $^{252}$Cf as a neutron source for BNn makes the in-hospital treatments of tumors to be possible. Newly proposed subcritical multiplying assemblies (SMA) are explored to improve relatively tow neutron fluxes of the source and construct the feasibilities of $^{252}$Cf as a neutron source. The MCNP code has been used to evaluate the effective multiplication factor of the entire system and the intensities and percentages of epithermal neutron flux at the patient-end surface of the system. The neutron beam using SMA shows the epithermal neutron flux enhancement of about 13 times as large as the beam without using SMA. It is expected that the neutron beam proposed in this research will be more effective for treatment of tumors due to the increased therapeutic neutron fluxes.
Kim, Moo-Sub;Shin, Han-Back;Choi, Min-Geon;Monzen, Hajime;Shim, Jae Goo;Suh, Tae Suk;Yoon, Do-Kun
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.1
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pp.155-163
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2020
To investigate the optimal detector material for prompt gamma imaging during boron neutron capture therapy, in this study, we evaluated the characteristic regarding radiation reaction of available detector materials using a Monte Carlo simulation. Sixteen detector materials used for radiation detection were investigated to assess their advantages and drawbacks. The estimations used previous experimental data to build the simulation codes. The energy resolution and detection efficiency of each material was investigated, and prompt gamma images during BNCT simulation were acquired using only the detectors that showed good performance in our preliminary data. From the simulation, we could evaluate the majority of detector materials in BNCT and also could acquire a prompt gamma image using the six high ranked-detector materials and lutetium yttrium oxyorthosilicate. We provide a strategy to select an optimal detector material for the prompt gamma imaging during BNCT with three conclusions.
The aim of this study was to optimize the target, moderator, and collimator (TMC) in a neutron beam generator for the accelerator-based BNCT (A-BNCT) system. The optimization employed the Monte Carlo Neutron and Photon (MCNP) simulation. The optimal geometry for the target was decided as the one with the highest neutron flux among nominates, which were called as angled, rib, and tube in this study. The moderator was optimized in terms of consisting material to produce appropriate neutron energy distribution for the treatment. The optimization of the collimator, which wrapped around the target, was carried out by deciding the material to effectively prevent the leakage radiations. As results, characteristic of the neutron beam from the optimized TMC was compared to the recommendation by the International Atomic Energy Agent (IAEA). The tube type target showed the highest neutron flux among nominates. The optimal material for the moderator and collimator were combination of Fluental (Al203+AlF3) with 60Ni filter and lead, respectively. The optimized TMC satisfied the IAEA recommendations such as the minimum production rate of epithermal neutrons from thermal neutrons: that was 2.5 times higher. The results can be used as source terms for shielding designs of treatment rooms.
Purpose : For the research of Boron Neutron Capture Therapy (BNCT), fast neutrons generated from the MC-50 cyclotron with maximum energy of 34.4 MeV in Korea Cancer Center Hospital were moderated by 70 cm paraffin and then the dose characteristics were investigated. Using these results, we hope to establish the protocol about dose measurement of epi-thermal neutron, to make a basis of dose characteristic of epi-thermal neutron emitted from nuclear reactor, and to find feasibility about accelerator-based BNCT. Method and Materials : For measuring the absorbed dose and dose distribution of fast neutron beams, we used Unidos 10005 (PTW, Germany) electrometer and IC-17 (Far West, USA), IC-18, ElC-1 ion chambers manufactured by A-150 plastic and used IC-l7M ion chamber manufactured by magnesium for gamma dose. There chambers were flushed with tissue equivalent gas and argon gas and then the flow rate was S co per minute. Using Monte Carlo N-Particle (MCNP) code, transport program in mixed field with neutron, photon, electron, two dimensional dose and energy fluence distribution was calculated and there results were compared with measured results. Results : The absorbed dose of fast neutron beams was $6.47\times10^{-3}$ cGy per 1 MU at the 4 cm depth of the water phantom, which is assumed to be effective depth for BNCT. The magnitude of gamma contamination intermingled with fast neutron beams was $65.2{\pm}0.9\%$ at the same depth. In the dose distribution according to the depth of water, the neutron dose decreased linearly and the gamma dose decreased exponentially as the depth was deepened. The factor expressed energy level, $D_{20}/D_{10}$, of the total dose was 0.718. Conclusion : Through the direct measurement using the two ion chambers, which is made different wall materials, and computer calculation of isodose distribution using MCNP simulation method, we have found the dose characteristics of low fluence fast neutron beams. If the power supply and the target material, which generate high voltage and current, will be developed and gamma contamination was reduced by lead or bismuth, we think, it may be possible to accelerator-based BNCT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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