Система формирования пучка для бор-нейтронозахватной терапии поверхностных опухолей с замедлителем из материалов на основе оргстекла

Ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией разработан в Институте ядерной физики для исследования бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). Нейтроны генерируются в реакции ⁷Li(p,n)⁷Be. Для получения терапевтического пучка нейтронов используют систему формирования пучка, состоящую из замедлителя, отражателя и фильтров. Замедлитель обычно изготавливают из MgF₂ из-за высокого значения сечения неупругого рассеяния нейтронов. Ранее нами было продемонстрировано, что для генерации нейтронов оптимально использовать энергию пучка протонов 2,3 МэВ.

В результате анализа принятых нами ранее решений по формированию терапевтического пучка нейтронов, работ других групп исследователей, а также успешных результатов экспериментов по облучению лабораторных животных и клеточных культур, проводившихся на нашей установке, мы отметили, что с наметившейся в последнее время тенденцией к уменьшению энергии протонов процесс неупругого рассеяния в MgF₂ уже не является определяющим в замедлении нейтронов, и решили рассмотреть материалы на основе оргстекла в качестве материала замедлителя.

В данной работе представлен разработанный нами замедлитель из материала Poly-Biz, позволяющий получать нейтронный пучок такого же качества, как в системе формирования пучка с замедлителем из MgF₂ при энергии протонов 2,3 МэВ, но при более низком токе и энергии пучка протонов, что приведет к уменьшению времени терапии и обеспечит более стабильную и надежную генерацию нейтронов. Долгое время развитие методики БНЗТ сдерживалось недостатком ускорителей заряженных частиц, способных стабильно генерировать нейтроны при энергии протонного пучка 2,5 МэВ и токе 10 мА. Использование СФП с Poly-Biz может помочь упростить требования к ускорителям заряженных частиц и способствовать использованию в БНЗТ ускорителей, которые еще не достигли требуемых параметров.

1. Fujimoto N., Tanaka H., Sakurai Y., Takata T., Kondo N., Narabayashi M., Nakagawa Y., Watanabe T., Kinashi Y., Masunaga S., Maruhashi A., Ono K., Suzuki M. Improvement of depth dose distribution using multiple-field irradiation in boron neutron capture therapy // Appl Radiat Isot. 2015. Vol. 106.

2. Taskaev S. Accelerator based epithermal neutron source // Phys. Part. Nucl. 2015. Vol. 46. P. 956 990.

3. Zaidi L., Kashaeva E., Lezhnin S., Malyshkin G., Samarin S., Sycheva T., Taskaev S., Frolov S. Neutron-beam-shaping assembly for Boron Neutron-Capture Therapy // Phys. At. Nucl. 2017. Vol. 80. P. 60–66.

4. Torres-Sánchez P., Porras I., Ramos Chernenko N., Saavedra F., Praena J. Optimized beam shaping assembly for a 2.1-MeV proton-accelerator-based neutron source for boron neutron capture therapy // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. P. 7576.

5. Kanygin V., Razumov I., Zaboronok A., Zavjalov E., Kichigin A., Solovieva O., Tsygankova A., Guselnikova T., Kasatov D., Sycheva T., Mathis B., Taskaev S. Dose-dependent suppression of human glioblastoma xenograft growth by accelerator-based boron neutron capture therapy with simultaneous use of two boron-containing compounds // Biology. 2021. Vol. 10, № 1124.

6. Kanygin V., Kichigin A., Zaboronok A., Kasatova A., Petrova E., Tsygankova A., Zavjalov E., Mathis B., Taskaev S. In vivo Accelerator-based Boron Neutron Capture Therapy for Spontaneous Tumors in Large Animals: Case Series // Biology. 2022. Vol. 11, № 138.

7. Saurwein W. et al. (Eds.) Neutron Capture Therapy: Principles and Applications. Springer, Berlin, Germany, 2012. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-31334-9

8. Lee C. L., Zhou X. L. Thick target neutron yields for the 7Li(p, n)7 Be reaction near threshold // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research.1999. Vol. 152, № 1. P. 1 11.

9. Poly-Biz specifications. URL: http://www.shieldwerx.com/assets/SWX-217%202018.2.pdf

10. Taskaev S., Berendeev E., Bikchurina M., Bykov T., Kasatov D., Kolesnikov I., Koshkarev A., Makarov A., Ostreinov G., Porosev V., Savinov S., Shchudlo I., Sokolova E., Sorokin I., Sycheva T., Verkhovod G. Neutron Source Based on Vacuum Insulated Tandem Accelerator and Lithium Target // Biology. 2021. Vol. 10, iss. 5. № 350.

11. Bykov T., Kasatov D., Koshkarev A., Makarov A., Porosev V., Savinov S., Shchudlo I., Taskaev S. A multichannel neutron flux monitoring system for a boron neutron capture therapy facility // Journal of Instrumentation. 2019. Vol. 14. P12002 P12002.

12. Bykov T., Kasatov D., Koshkarev A., Makarov A., Porosev V., Savinov G., Shchudlo I., Taskaev S., Verkhovod G. Initial trials of a dose monitoring detector for boron neutron capture therapy // JINST. 2021. Vol. 16. № P01024.

13. Wide range gamma area monitor DBG – S11D. URL: http://www.doza.ru/eng/catalog/Continuous_radiation_monitoring/6094/