بررسی حفاظ توسعه‌یافته برای حفاظت در برابر پرتوهای نوترون اتاق درمان BNCT جهت کاهش اثرات بالینی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

مرکز تحقیقات بهداشت نظامی، پژوهشکده سبک زندگی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله (عج)، تهران، ایران

چکیده

زمینه و هدف: از جمله روش‌­های پرتو درمانی مناسبی که برای درمان سرطان­‌هایی نظیر مغز، سر و گردن، پوست و اخیراً کبد پیشنهاد شده است، روش نوترون‌­درمانی با بور است. لذا انتخاب مناسب حفاظ­ نوترونی در اتاق درمان به روش نوترون­‌درمانی از جایگاه ویژه‌­ای برخوردار است چراکه جذب نوترون در حفاظ ممکن است به تولید پرتوهای گاما منجر شود که خود می‌­تواند اثرات مخربی داشته باشد. در صورت مواجه با پرتو گاما می­‌توان نقش حفاظ­ را با افزایش چگالی آن و از طریق تغییر در تراکم عناصر به‌­کار رفته در حفاظ بهبود بخشید اما در ارتباط با حفاظ‌سازی پرتوهای نوترون، به دلیل تفاوت در برهمکنش نوترون­‌ها با ماده نسبت به پرتو گاما و نیز وابستگی انرژی جنبشی و سطح مقطع واکنش نوترون با اتم­‌های تشکیل‌­دهنده حفاظ، این امر پیچیده‌­تر است.
روش‌ها: در این مقاله با استفاده از شبیه‌­سازی مونت کارلو و به همراه آن آزمایش­‌های انجام شده به بهینه­‌سازی حفاظ نوترون به عنوان حفاظ در برابر پرتوهای یونیزان نوترون ناشی از چشمه نوترونی در روش نوترون­‌درمانی پرداخته شده است. به همین منظور، ارزیابی ویژگی­‌های حفاظت در برابر پرتو نوترون برای حفاظ معمولی و حفاظ با عناصر سنگین است که با رزین اپوکسی و گادولینیوم اصلاح و بهبود داده شده‌­اند مورد بررسی قرار گرفت. به همین جهت در ابتدا برای ارزیابی کارایی حفاظ طراحی شده برای پرتوهای نوترون از شبیه‌­سازی انجام شده با کد MCNP < /span> استفاده شد. در انتها مقایسه‌­ای بین نتایج حاصل از شبیه­‌سازی MCNP < /span> و آزمایش واقعی ارائه شد.
یافته‌ها: گادولینیوم یک افزودنی کارآمد برای تضعیف نوترون‌­های کم انرژی است اما از نظر حفاظت در برابر نوترون­‌های سریع اثرگذاری مناسبی ندارد. همچنین رزین اپوکسی خاصیت حفاظتی کامپوزیت را در برابر تابش پرتوهای نوترون بهبود می­‌بخشد.
نتیجه‌گیری: نتایج نشان می­‌دهد که افزودن پلیمرهای به‌­کار گرفته شده در حفاظ کامپوزینی و روش ارائه شده برای بهبود حفاظ نوترونی می‌­تواند ویژگی‌­های حفاظ را برای پرتوهای نوترون بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها


1. Yasui L, Kroc T, Gladden S, Andorf C, Bux S, Hosmane N. Boron neutron capture in prostate cancer cells. Applied Radiation and Isotopes. 2012;70(1):6-12. Doi: 10.1016/j.apradiso.2011.07.001 2. Chen AY, Liu YW, Sheu RJ. Radiation shielding evaluation of the BNCT treatment room at THOR: A TORT-coupled MCNP Monte Carlo simulation study. Applied Radiation and Isotopes. 2008;66(3):28-38. Doi: 10.1016/j.apradiso.2007.07.016 3. Lotfi O, Sadrmomtazi A, Nikbin IM. A comprehensive study on the effect of water to cement ratio on the mechanical and radiation shielding properties of heavyweight concrete. Construction and Building Materials. 2019;229 (1):116905. Doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.116905 4. Roslan MKA, Ismail M, Kueh ABH, Zin MRM. High-density concrete: exploring Ferro boron effects in neutron and gamma radiation shielding. Construction and Building Materials. 2019;215(4):718-725. Doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.04.105 5. Tefelski DA, Piotrowski T, Polański A, Skubalski J, Blideanu V. Monte-Carlo aided design of neutron shielding concretes. Bulletin of the Polish Academy of Sciences. 2013;61(1):161-71. Doi: 10.2478/bpasts-2013-0015. 6. Abdullah MAH, Rashid RSM, Amran M, Hejazii F, Azreen NM, Fediuk R, Voo YL, Vatin NI, Idris MI. Recent Trends in Advanced Radiation Shielding Concrete for Construction of Facilities: Materials and Properties. Polymers. 2022;14(14):2830. Doi: 10.3390/polym14142830 7. Morioka A, Sato S, Kinno M, Sakasai A, Hori J, Ochiai K, Yamauchi M, Nishitani T, Kaminaga A, Masaki K, Sakurai S. Irradiation and penetration tests of boron-doped low activation concrete using 2.45 and 14 MeV neutron sources. Journal of nuclear materials. 2004;329(2):1619-23. Doi: 10.1016/j.jnucmat.2004.04.143. 8. Okuno K, Kawai M, Yamada H. Development of novel neutron shielding concrete. Nuclear Technology. 2009;168(2):545-52. Doi: 10.13182/NT09-A9241. 9. Thomas BS, Yang J, Bahurudeen A, Abdalla JA, Hawileh RA, Hamada HM, Nazar S, Jittin V, Ashish DK. Sugarcane bagasse ash as supplementary cementitious material in concrete–A review. Materials Today Sustainability. 2021;15(1):100086. Doi: 10.1016/j.mtsust.2021.100086 10. Dąbrowski M, Jóźwiak-Niedźwiedzka D, Bogusz K, Glinicki MA. Influence of serpentinite aggregate on the microstructure and durability of radiation shielding concrete. Construction and Building Materials. 2022;337(5):127536. Doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127536 11. Piotrowski T, Tefelski D, Polański A, Skubalski J. Monte Carlo simulations for optimization of neutron shielding concrete. Open Engineering. 2012;2(2):296-303. Doi: 10.2478/s13531-011-0063-0 12. Gallego E, Lorente A, Vega-Carrillo HR. Testing of a high-density concrete as neutron shielding material. Nuclear technology. 2009;168(2):399-404. Doi: 10.13182/NT09-A9216 13. Harvey ZR. Neutron flux and energy characterization of a plutonium-beryllium isotopic neutron source by Monte Carlo simulation with verification by neutron activation analysis. UNLV Theses. 2010. Doi:10.34917/2242920 14. Piotrowski T, Tefelski D, Polański A, Skubalski J. Monte Carlo simulations for optimization of neutron shielding concrete. Open Engineering. 2012;2(2):296-303. Doi: 10.2478/s13531-011-0063-0 15. Akkurt I, Altindag R, Gunoglu KA, Sarıkaya H. Photon attenuation coefficients of concrete including marble aggregates. Annals of Nuclear Energy. 2012;43(2):56-60. Doi: 10.1016/j.anucene.2011.12.031 16. Akkurt I, Akyıldırım H. Radiation transmission of concrete including pumice for 662, 1173 and 1332 keV gamma rays. Nuclear Engineering and Design. 2012;252(1):163-6. Doi: 10.1016/j.nucengdes.2012.07.008