JP6241008B2 - 中性子遮蔽構造及びこれを用いた中性子遮蔽方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ホウ素中性子捕捉療法(boron neutron capture therapy: BNCT)で使用される、加速器を用いた中性子源から放射された中性子によって、内部で中性子を使用する構造物（例えば、中性子が患者に照射される治療室の壁構造、床構造及び天井構造）が放射化されるのを防止するのに適用可能な中性子遮蔽構造及びこれを用いた中性子遮蔽方法に関するものである。

近年では、加速器を用いた中性子源によるホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）が新たながん治療の手法として期待されており、かかるホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）が確立されることにより、これまで原子炉施設でしか行うことができなかったがん治療を一般の病院などの医療施設で行うことができるようになった。

中性子を扱う場合の主な問題点は、中性子が患者に照射される治療室の内壁、例えば、壁構造、床構造及び天井構造が放射化されることである。多くの場合、この放射化は、これらの構造物がエネルギーが低い熱中性子を吸収することによるものである。そして、中性子が使用される治療室内の壁、床構造及び天井構造を構成するコンクリートは、治療が行われるにつれて、徐々に放射化され、治療室内の放射線量が高くなる。

そこで、中性子源から放射された中性子によって、中性子が患者に照射される治療室の壁構造が放射化されるのを低減する、中性子遮蔽構造等が知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

特開２０１１−５８９２２号公報 特開２００９−２２９３８４号公報 特開２００７−１３９６０５号公報

しかしながら、上述の先行技術による遮蔽構造等は、中性子が患者に照射される治療室の壁構造等が中性子源から放射された中性子によって放射化されるのを低減することは可能であるが、その壁構造等が放射化されるのを完全に防止することはできない。従って、そのような壁構造等の放射化が低減された治療室を別用途として使用する場合には、高コストな除染作業が必要となる。また、医療施設では、患者及び作業従事者の被爆をできる限り軽減化させなければならず、そのためにもこのような放射化を極力抑制しなければならない。

本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、中性子源から放射された中性子が、内部で中性子を使用する構造物まで到達させないように遮蔽して、かかる構造物が中性子源から放射された中性子によって放射化されるのを完全に防止することができると共に、熱中性子化された中性子を、中性子を吸収する物質によって捕獲して、かかる熱中性子化された中性子によるチャンバー内の中性子線量を大幅に抑制させることができる中性子遮蔽構造及びこれを用いた中性子遮蔽方法を提供することを目的とする。

本発明は、中性子源から放射された中性子によって、内部で中性子を使用する構造物が放射化されるのを防止する中性子遮蔽構造であって、
前記遮蔽構造は、前記構造物の前記中性子が存在する側の表面上に配置された三層構造であり、
前記三層構造は、
前記構造物の前記中性子が存在する側の表面上に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる内層と、
前記内層上に配置された、ポリエチレンからなる中間層と、
前記中間層上に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる外層と、から構成されることを特徴とする、中性子遮蔽構造を提供する。

また、前記中性子を吸収する物質は、サマリウム、ホウ素、リチウム、カドミウム及びガドリウムのうちの一つ又は複数から構成される。また、前記中性子を吸収する物質の含有量は適当に変更させることができ、更には内層に含有される中性子を吸収する物質と外層に含有される中性子を吸収する物質とは異なっても良い。

また、前記内層、前記中間層及び前記外層は、同じ厚さで形成されることができ、あるいは、異なる厚さで構成されることができる。

また、前記外層上には、ガンマ線を遮蔽する物質からなるガンマ線遮蔽層を更に設けることができる。この場合、前記ガンマ線を遮蔽する物質は、鉛にすることができる。

また、前記中性子源は、荷電粒子を高速度に加速する加速器を用いた中性子発生装置にすることができる。

また、前記構造物は、コンクリートから構成されることができる。

また、本発明は、請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の中性子遮蔽構造を用いて、中性子源から放射された中性子によって内部で中性子を使用する構造物が放射化されるのを防止することを特徴とする、中性子遮蔽方法を提供する。

本発明によれば、中性子源から放射された中性子によって、内部で中性子を使用する構造物が放射化されるのを防止する中性子遮蔽構造であって、
前記遮蔽構造は、前記構造物の前記中性子が存在する側の表面上に配置された三層構造であり、
前記三層構造は、
前記構造物の前記中性子が存在する側の表面上に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる内層と、
前記内層上に配置された、ポリエチレンからなる中間層と、
前記中間層上に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる外層と、から構成されるため、
中性子源から放射された中性子が、内部で中性子を使用する構造物まで到達させないように遮蔽して、かかる構造物が中性子源から放射された中性子によって放射化されるのを完全に防止することができると共に、熱中性子化された中性子を、中性子を吸収する物質によって捕獲して、かかる熱中性子化された中性子によるチャンバー内の中性子線量を大幅に抑制させることができる。

また、三層構造の外層上に、鉛などのガンマ線を遮蔽する物質からなるガンマ線遮蔽層を更に設けることにより、構造物側から反射されたガンマ線の線量を大幅に抑制させることができる。

図１は、本発明にかかる中性子遮蔽構造の実施の形態を示す概略図である。 図２は、本発明にかかる中性子遮蔽構造の中性子を吸収する物質を示す表である。 図３は、本発明にかかる中性子遮蔽構造の実施の形態における中性子減衰特性を示すグラフである。 図４は、一般的なポリエチレンのみで構成された構造における中性子減衰特性を示すグラフである。 図５は、一般的なコンクリートのみで構成された構造における中性子減衰特性を示すグラフである。

以下、本発明にかかる中性子遮蔽構造を実施するための最良の形態について図面を参照しながら述べる。本発明にかかる中性子遮蔽構造は、中性子源、例えば、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）で使用される、荷電粒子を高速度に加速する加速器を用いた中性子発生装置（図示せず）から放射された中性子によって、内部で中性子を使用する構造物（例えば、中性子が患者に照射される治療室の壁構造、床構造及び天井構造）が放射化されるのを防止するのに適用可能なものである。

図１に示されるように、本発明にかかる遮蔽構造１は、内部で中性子を使用する構造物２の中性子が存在する側の内表面（すなわち、中性子が存在するチャンバー内の内壁表面）２ａ上に配置された三層構造で構成されている。図１に示される構造物は、コンクリートから構成されているものであるが、これに限定されない。

遮蔽構造１の三層構造は、構造物２の中性子が存在する側の表面２ａ上に直接的に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる内層３と、内層３上に配置された、ポリエチレンからなる中間層４と、中間層４上に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる外層５と、から構成されている。従って、中性子が存在するチャンバー６を画定する構造物の内壁は、この遮蔽構造１の三層構造によって被覆されている。換言すれば、この遮蔽構造１の三層構造によって、中性子が存在するチャンバー６の室内空間が覆われている。

中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる内層３と、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる外層５とは、同じ構成にすることができ、中性子を吸収する物質は、図２に示されるように、サマリウム、ホウ素、リチウム、カドミウム及びガドリウムのうちの一つ又は複数から構成され、好ましくは、サマリウムやホウ素である。また、内層３、中間層４及び外層５は、同じ厚さで形成されることができるし、異なる厚さで形成されることができる。図１に示されるものは、内層３、中間層４及び外層５が実質的にほぼ同じ厚さで形成されている。また、中性子を吸収する物質の含有量は適当に変更させることができ、更には内層３に含有される中性子を吸収する物質と外層５に含有される中性子を吸収する物質とは異なっても良い。

中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる内層３は、ポリエチレンによって、チャンバー６内に存在する中性子を減速させると共に、中性子を吸収する物質によって、このポリエチレンによって減速されて熱中性子化された中性子を吸収させる層（中性子高吸収・減速壁）として作用する。

内層３上に配置された、ポリエチレンからなる中間層４は、ポリエチレンによって、チャンバー６内に存在する中性子を減速させる層（中性子減速壁）として作用する。

中間層４上に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる外層５は、ポリエチレンによって、チャンバー６内に存在する中性子を減速させると共に、中性子を吸収する物質によって、このポリエチレンによって減速されて熱中性子化された中性子と、構造物２側から反射された熱中性子化された中性子の双方の熱中性子化された中性子を吸収させる層（中性子高吸収・減速壁）として作用する。

かかる三層構造により、構造物２は、中性子源から放射された中性子によって放射化されるのを完全に防止されると共に、熱中性子化された中性子を、中性子を吸収する物質によって捕獲して、かかる熱中性子化された中性子によるチャンバー６内の中性子線量を大幅に抑制させることができる。

図３のグラフには、中性子を吸収する物質としてホウ素（ボロン）が含有されたポリエチレンからなる内層３と、ポリエチレンからなる中間層４と、中性子を吸収する物質としてホウ素（ボロン）が含有されたポリエチレンからなる外層５とで構成された三層構造の遮蔽構造１の中性子減衰特性を示している。なお、内層３と、中間層４と、外層５とは、同じ厚さ（深さ）であり、５ｃｍの厚さをそれぞれ有している。

また、図４には、図３に示す本発明の一実施形態における三層構造の遮蔽構造１の中性子減衰特性と比較するために、三層全てがポリエチレンからなる層で構成された一般的な遮蔽構造を示している。なお、三層全てが同じ厚さ（深さ）であり、５ｃｍの厚さをそれぞれ有している。すなわち、図４に示す遮蔽構造は、図３の内層３と中間層４と外層５とに対応する１５ｃｍの厚さ（深さ）を有するポリエチレンからなる単層で構成されている。

また、図５には、図３に示す本発明の一実施形態における三層構造の遮蔽構造１の中性子減衰特性と比較するために、三層全てがコンクリートからなる層で構成された一般的な遮蔽構造を示している。なお、三層全てが同じ厚さ（深さ）であり、５ｃｍの厚さをそれぞれ有している。すなわち、図５に示す遮蔽構造は、図３の内層３と中間層４と外層５とに対応する１５ｃｍの厚さ（深さ）を有するコンクリートからなる単層で構成されている。

図３に示されるように、本発明の一実施形態による三層構造の遮蔽構造１では、構造物２が中性子源から放射された中性子によって放射化されるのが完全に防止されているのがわかる。一方、図４及び図５に示す一般的な遮蔽構造では、中性子源から放射された中性子をある程度減衰させることは可能であるが、構造物２の放射化を完全に防止させることができない。

図３乃至図５に示すグラフから理解されるように、本発明の遮蔽構造１は、ポリエチレンからなる層（中間層４）を、ホウ素（ボロン）などの中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる層（内層３及び外層５）で挟んだ三層構造にすることにより、構造物２が中性子源から放射された中性子によって放射化されるのが完全に防止させることが可能となる。さらに、熱中性子化された中性子を、ホウ素（ボロン）などの中性子を吸収する物質によって捕獲するようにしているため、かかる熱中性子化された中性子によるチャンバー６内の中性子線量を大幅に抑制させることができる。

また、本発明にかかる遮蔽構造１は、図１に示されるように、外層５上にガンマ線を遮蔽する物質からなるガンマ線遮蔽層７を更に設けることができる。このガンマ線遮蔽層７により、構造物２側から反射されたガンマ線によるチャンバー６内のガンマ線量を大幅に抑制させることができる。ガンマ線を遮蔽する物質は、例えば、鉛にすることができる。

１ 中性子遮蔽構造
２ 構造物
２ａ 構造物の中性子が存在する側の内表面
３ 内層
４ 中間層
５ 外層
６ チャンバー
７ ガンマ線遮蔽層

Claims (9)

1. 中性子源から放射された中性子によって、内部で中性子を使用する構造物が放射化されるのを防止する中性子遮蔽構造であって、
   前記遮蔽構造は、前記構造物の前記中性子が存在する側の表面上に配置された三層構造であり、
   前記三層構造は、
   前記構造物の前記中性子が存在する側の表面上に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる内層と、
   前記内層上に配置された、ポリエチレンからなる中間層と、
   前記中間層上に配置された、中性子を吸収する物質が含有されたポリエチレンからなる外層と、から構成されることを特徴とする、中性子遮蔽構造。
2. 請求項１記載の中性子遮蔽構造において、
   前記中性子を吸収する物質は、サマリウム、ホウ素、リチウム、カドミウム及びガドリウムのうちの一つ又は複数から構成されることを特徴とする、中性子遮蔽構造。
3. 請求項１又は２記載の中性子遮蔽構造において、
   前記内層、前記中間層及び前記外層は、同じ厚さで形成されていることを特徴とする、中性子遮蔽構造。
4. 請求項１又は２記載の中性子遮蔽構造において、
   前記内層、前記中間層及び前記外層は、異なる厚さで形成されていることを特徴とする、中性子遮蔽構造。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載の中性子遮蔽構造において、
   前記外層上には、ガンマ線を遮蔽する物質からなるガンマ線遮蔽層が更に設けられていることを特徴とする、中性子遮蔽構造。
6. 請求項５記載の中性子遮蔽構造において、
   前記ガンマ線を遮蔽する物質は、鉛であることを特徴とする、中性子遮蔽構造。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一つに記載の中性子遮蔽構造において、
   前記中性子源は、荷電粒子を高速度に加速する加速器を用いた中性子発生装置であることを特徴とする、中性子遮蔽構造。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一つに記載の中性子遮蔽構造において、
   前記構造物は、コンクリートから構成されることを特徴とする、中性子遮蔽構造。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の中性子遮蔽構造を用いて、中性子源から放射された中性子によって内部で中性子を使用する構造物が放射化されるのを防止することを特徴とする、中性子遮蔽方法。