ارزيابي اثر انرژي فوتون تابشي و ضخامت هدف تنگستني در بازدهي توليد فوتونوترون جهت درمان بيماران سرطاني

Effect of the Incident Photon Energy and the Thickness of the tungsten Target on the Efficiency of Photoneutron Production for the Treatment of Cancer Patients

زمينه و هدف: امروزه استفاده از گير اندازي نوترون توسط بورن روشي جايگزين جهت درمان برخي از سرطان هاست كه به روش راديوتراپي سنتي پاسخ نمي دهند. با توجه به اينكه تنها نوترون هاي انرژي متوسط (اپي ترمال) براي اهداف درماني مفيد و كاربرداي اند، داشتن حداكثر فلاكي نوترون اپي ترمال مد نظر است. لذا در اين تحقيق به بررسي اثر ضخامت مبدل فوتونوترون و انرژي فوتون تابشي بر ميزان شار توليد شده و انرژي نوترون هاي خروجي پرداخته است. روش بررسي: در اين تحقيق به روش شبيه سازي مونت كارلو با استفاده از كد MCNPX6.2، يك چشمه ي فوتوني مدادي تك انرژي با انرژي هاي 13, 15, 18, 20, 25MeV به شعاع 2mm مورد ارزيابي قرار گرفت. جهت بهينه سازي طراحي هدف فوتونوترون، هدف تنگستني با ضخامت هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. يافته ها: شار نوترون توليد شده براي تمام ضخامت ها و انرژي فوتون تابشي داراي پيكي در حدود انرژي 0.46MeV بود. با افزايش ضخامت تا 2cm ، شار نوتروني افزايش و سپس با افزايش بيشتر ضخامت يك روند كاهشي را نشان داد. نتيجه گيري: انرژي فوتون تابشي و ضخامت هدف تنگستني بر شار نوتروني كل، طيف انرژي و انرژي ميانگين نوترونها تاثير قابل توجهي دارند كه با توجه به طيف انرژي نوترون مورد نياز بايد انتخاب شوند. استفاده از يك لايه تنگستن به ضخامت 2 سانتيمتر و انرژي فوتون برخوردي 15MeV جهت توليد حداكثر شار با حداقل ميانگين انرژي نوتروني پيشنهاد مي شود.

Background and Objective: Nowadays boron neutron capture applies as an alternative method to treat some cancers which do not respond to traditional radiation therapy. Considering that the epithermal neutron energy are useful for therapeutic purposes, achieve the maximum flux of the epithermal neutron has always been concerned. The aim of this study was to evaluate the effect of the converter thickness and the photon energy incident on the neutron flux output and energy generated. Subjects and Methods: In this study, using Monte Carlo simulation MCNPX6.2 code, a single pencil photon beam with energies 13, 15, 18, 20, 25 MeV and 2 mm diameter were employed. To optimize the design of the photoneutron target, tungsten target was tested at different thicknesses. Results: The maximum of the neutron flux for all thicknesses and beam energy occurred at neutron energy peak 0.46MeV. Increasing thickness up to 2 cm showed the neutron flux was increased with increases in thickness and followed a downward trend. Conclusion: The photon energy and the thickness of the tungsten target have a significant impact on the total neutron energy, energy spectrum and the average energy neutrons which depending on the neutron energy spectrum required should be selected. The use of a tungsten layer with a thickness of 2 cm and the 15MeV photon energy for production of maximum neutron flux with a minimum average energy is suggested.