امکان سنجی استفاده از شتاب‎دهنده الکترون ilu با انرژی mev10 برای استفاده در bnct

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.