bnct یک روش درمانی موثر برای درمان تعدادی از سرطان ها نظیر سرطان مغز محسوب می شود. در این روش درمانی، طیف نوترون فوق گرمایی بیشترین اثر بخشی را دارا می باشد. برای تأمین این طیف نوترون درمانی، راکتورها تنها چشمه های تولید نوترون بشمار می آیند. البته اخیراً تحقیقات گسترده ای برای فراهم آوری باریکه نوترون در بیمارستان ها با استفاده از شتاب دهنده های خطی الکترون انجام گرفته است. با وجود اینکه استفاده از چشمه ی شتاب دهنده الکترون یک روش جایگزین برای تولید نوترون از طریق انجام فرآیند الکترون/فوتون/نوترون محسوب می شود، اما نقطه ضعف عمده تولید نوترون با استفاده از شتاب دهنده های الکترون، بازده نوترون پایین آنها می باشد. جهت فرآهم آوری طیف نوترون مناسب برای درمان تومورهای عمیق مغزی، این کار بر اساس استفاده از شتاب دهنده الکترون mev 25 صورت پذیرفت. بهینه سازی هدف الکترون فوتون و فوتونوترون با توجه به انرژی الکترون انجام گرفت. محاسبات با استفاده از کد مونت کارلو mcnpx برای مواد متفاوت به عنوان هدف(e,?) و(?,n) با هندسه های مختلف انجام شد. با استفاده از نتایج، مناسب ترین طیف فوتونوترون با بیشترین شدت معرفی شد. بعلاوه تعدادی مجموعه شکل دهنده طیف نوترون شامل کند کننده، فیلتر، بازتابنده و موازی ساز طراحی شدند. در این قسمت ترکیبات متنوعی از مواد در ضخامت های گوناگون جهت دستیابی به مناسب ترین باریکه نوترون درمانی برای برقراری استانداردهای ارائه شده توسط iaea، مورد بررسی قرار گرفتند. با توجه به نتایج بدست آمده، استفاده از مجموعه های شکل دهنده طیف بهینه، منجر به برقراری پارامترهای iaea برای طیف نوترون خروجی شد. همچنین، در گام بعدی بررسی پارامترهای طیف درون فانتوم سر snyder انجام گرفت. محاسبات mcnpx جهت دزیمتری و تعیین پارامترهای درون فانتوم برای طیف های نوترون خروجی از هریک از مجموعه های طراحی شده به طور جداگانه انجام گرفت. با توجه به محاسبات انجام گرفته، بهترین سیستم درمانی که قادر به تأمین مناسب ترین بیم نوترون جهت بکارگیری در روش bnct است، انتخاب شد.

در این پایان نامه، به طراحی اتاق درمان bnct، بر اساس چشمه نوترونی d-t، پرداخته شده است که در مطالعات اخیر به عنوان چشمه مناسبی برای درمان تومورهای عمقی مغز معرفی شده است. بر این اساس، محاسبات حفاظ سازی با استفاده از کد mcnp برای طراحی اتاق درمان این چشمه، انجام شده است که شامل بهینه سازی و تعیین ضخامت دیوار اصلی و فرعی، پنجره، راهرو و درب ورودی است، به گونه ای که آهنگ دز معادل در بیرون اتاق به کمتر از حد تعیین شدهsv/h ? 1 برسد. نتایج شبیه سازیها نشان داد که ضخامت 90 سانتیمتر بتن معمولی برای حفاظ اصلی، 60 سانتیمتر به عنوان حفاظ فرعی، پنجره پلکانی شکل برای مشاهده موقعیت بیمار از جنس شیشه ساده به ضخامت 60 سانتیمتر و یک راهروی پیچ در پیچ به همراه یک درب ورودی با ضخامت 2 سانتیمتر سرب در انتهای راهرو، می تواند آهنگ دز معادل را در بیرون اتاق درمان به کمتر از مقدار تعیین شده برساند.

تا کنون bnct در جهان با استفاده از چشمه راکتور و انواع شتاب‎دهنده‎ها و مولدهای نوترون و حتی با استفاده از چشمه کالیفرنیوم مورد مطالعه قرار گرفته است. البته درمان با استفاده از راکتور بر روی بیمار به صورت بالینی هم صورت گرفته ولی همچنان مطالعه بر روی چشمه مناسب، متناسب با امکانات هر کشور در حال انجام است. با توجه به توسعه کاربرد شتاب‎دهنده‎های الکترونی و رشد روزافزون تکنولوژی ساخت آن‎ها، این ابزار به عنوان چشمه در bnct مورد توجه قرار گرفته است ولی تا کنون شتاب‎دهنده‎های پیشنهاد شده پالسی بوده و قادر به تولید شار نوترونی کافی نبودند. در این پژوهش شتاب‎دهنده الکترونی با جریان ma10 به صورت پیوسته و توان kw100 به عنوان چشمه bnct مورد مطالعه و امکان‎سنجی علمی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که تا کنون در جهان هیچ شتاب‎دهنده صنعتی‎ای برای bnct پیشنهاد یا استفاده نشده است. در این پژوهش تمام مراحل تولید باریکه درمانی برای bnct با استفاده از باریکه شتاب‏‎دهندهilu-14 شبیه سازی و طراحی شد. این مطالعه با توجه به هدف کاربردی بودن، نیازمند توجه به جنبه‎هایی داشت که کمتر در مطالعات صورت گرفته تا کنون، به آن‎ها پرداخته شده بود. فرایند طراحی باریکه درمانی و بررسی ویژگی‎های درمان با این باریکه شامل مراحل زیر بوده است: نخست، هدف فوتونی با هندسه دیسکی، با شعاع cm2 و ضخامت mm5/1 طراحی شد ولی با اندازه‎گیری میزان حرارت انباشت شده در هدف فوتونی، دما به بیش از 0c18600رسید که بالاتر از نقطه ذوب تنگستن است بنابراین طرح هندسی هدف به شکل نواری با طول cm 50 و ضخامت mm5/1 تغییر کرد تا با افزایش سطح برخورد باریکه و استفاده از باریکه اسکن کننده دمای هدف به کمتر از نقطه ذوب تنگستن کاهش پیدا کند اما همچنان دمای دیواره سربی هدف فوتونوترونی بالا بود به طوری که موجب تبخیر آب سنگین می‎شد بنابراین به منظور کم کردن دمای هدف و رساندن سیستم به حالت پایا، ناگزیر به تعبیه سیستم خنک کننده شدیم. سیستم خنک کننده به صورت نگه‎دارنده‎ای از جنس فولاد طراحی شد که آب را با دبی litr.s-140 از طریق پمپی با توان kw 2 به سطح هدف فوتونی می‎رساند تا دمای نهایی دیواره سربی هدف فوتونوترونی به 0c2/14 رسید . بازده فوتونی حاصل از هدف طراحی شده نهایی 3/1 فوتون به ازای هر الکترون فرودی به دست آمد. پس از آن‎که هدف فوتونی با در نظر گرفتن ملاحظات حرارتی به طور کامل طراحی شد، به منظور تکمیل فرایند تولید نوترون، هدف فوتونوترونی طراحی شد. با بررسی مواد، هندسه‎ها و ابعاد گوناگون، هدف فوتونوترونی بهینه از جنس آب سنگین به شکل استوانه‎ای با ابعاد cm25 شعاع و cm 16 ارتفاع، طراحی شد که دور تا دور آن محفظه سربی با ضخامت cm1 به عنوان نگه‎دارنده هدف مایع قرار داده‎شد. این هدف در برخورد تابش ترمزی قادر است4-10×4/1 نوترون به ازای هر الکترون فرودی و همچنین 73/0 فوتون نیز به ازای هر الکترون فرودی تولید کند. با توجه به زیاد بودن پرتو گامای باریکه، در مسیر باریکه لایه‎هایی از سرب به منظور جذب این پرتو قرار داده شد. بعد از تولید باریکه نوترونی لازم است این باریکه شکل‎دهی شود تا به باریکه درمانی تبدیل شود، به این ترتیب مجموعه شکل‎دهنده‎های طیف با چیدمان‎های گوناگون شامل کندکننده، بازتابنده، همسوساز، حفاظ گاما و حفاظ نوترون شبیه سازی شدند و در نهایت چیدمان زیر به عنوان گزینه مناسب از لحاظ احراز استانداردهای معرفی شده از سوی iaea برای باریکه درمانی، انتخاب شد: 5/1 cm lif + 12 cm pb + 6 cm fe + 17 cm alf3 + 12 cm pb + 16 cm fluental+ 12cm pb + 75/0 cm lif پس از ورود باریکه نوترونی حاصل از چشمه به شکل‎دهنده طیف ابتدا یک لایه فلوئورید لیتیم قرار داده شد که نوترون‎های حرارتی باریکه را فیلتر کند و مانع از افزایش گامای باریکه شود زیرا نوترون‎های حرارتی با جذب شدن در ماده پرتو گاما تولید می‎کنند. در لایه بعدی سرب قرار داده شد تا هم گامای خروجی از چشمه جذب شود و همچنین با توجه به بالا بودن سطح مقطع تولید فوتونوترون برای سرب در انرژی‎های کمتر از mev10، نوترون تولید شود و تضعیف نوترونی صورت گرفته در لایه‎های مختلف کمی جبران شود. در لایه بعد آهن قرار داده شد تا انرژی نوترون‎های خیلی سریع را کم کرده و به ناحیه فوق‎حرارتی ببرد. سپس تری فلوئورید آلومنیم و فلوئنتال با لایه‎ای از سرب نیز برای کند کردن نوترون‎ها قرار داده شد. در آخر نیز لایه‎ای سرب و فلوئورید لیتیم برای کاهش دز گاما و نوترون حرارتی قرار داده شد. پس از خروج باریکه از شکل‎دهنده، مخروط ناقصی به طول cm55 از جنس نیکل به منظور همسوسازی باریکه قرار داده شد. دور تا دور سیستم طراحی شده cm50 سرب قرار داده شد تا هم نقش حفاظ گاما را داشته باشد و هم بازتابنده‎ نوترون‎ها باشد. وجود لایه‎های متعددی از مواد مختلف در طراحی صورت گرفته موجب ‎شد ترابرد ذرات به سختی صورت بگیرد به همین منظور در هر اجرای برنامه 1 میلیارد و هشتصد هزار ذره (بیشینه تعداد ذرات قابل ترابرد برای mcnp در هر بار اجرای برنامه) ترابرد شد تا خطای نتایج به کمتر از 5 درصد برسد.