RU2808930C1 - Device for forming neutron beam at proton accelerator of prometheus complex - Google Patents
Device for forming neutron beam at proton accelerator of prometheus complex Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808930C1 RU2808930C1 RU2023120533A RU2023120533A RU2808930C1 RU 2808930 C1 RU2808930 C1 RU 2808930C1 RU 2023120533 A RU2023120533 A RU 2023120533A RU 2023120533 A RU2023120533 A RU 2023120533A RU 2808930 C1 RU2808930 C1 RU 2808930C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cone
- moderator
- boron
- vol
- addition
- Prior art date
Links
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 9
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004980 dosimetry Methods 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000009203 neutron therapy Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-BJUDXGSMSA-N (6Li)Lithium Chemical compound [6Li] WHXSMMKQMYFTQS-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-BJUDXGSMSA-N Boron-10 Chemical compound [10B] ZOXJGFHDIHLPTG-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000987 absorbed dose Toxicity 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Заявленное изобретение относится к области формирования пучка нейтронов в широком диапазоне энергий и может быть, в частности, использовано для получения пучка нейтронов для использования в лучевой терапии, в практической дозиметрии при определении поглощенной дозы от пучка нейтронов для медицинских целей, в нейтронной терапии при облучении малоинтенсивным пучком нейтронов биологических объектов, в частности, в борзахватной нейтронной терапии.The claimed invention relates to the field of formation of a neutron beam in a wide energy range and can, in particular, be used to obtain a neutron beam for use in radiation therapy, in practical dosimetry when determining the absorbed dose from a neutron beam for medical purposes, in neutron therapy during low-intensity irradiation beam of neutrons of biological objects, in particular, in bore-capture neutron therapy.
Кроме этого, заявленное изобретение может быть использовано для контроля надежности электронных компонентов и/или микросхем на основе кремния при моделировании воздействия на них потока нейтронов космического излучения.In addition, the claimed invention can be used to monitor the reliability of electronic components and/or silicon-based microcircuits when simulating the impact of a cosmic radiation neutron flux on them.
Известно устройство для формирования пучка нейтронов, содержащее расположенные последовательно на одной продольной оси вакуумный канал, предназначенный для распространения пучка протонов, и мишень, предназначенную для получения быстрых нейтронов, а также систему получения пучка эпитепловых нейтронов, ортогонального направлению распространения пучка протонов, включающую в себя замедлитель, отражатель и поглотитель (см. RU 2540124 С2, МПК G21G 4/02, опубл. 10.02.2015 [1]).A device is known for forming a beam of neutrons, containing a vacuum channel located sequentially on one longitudinal axis, intended for propagation of a beam of protons, and a target intended for producing fast neutrons, as well as a system for producing a beam of epithermal neutrons, orthogonal to the direction of propagation of the proton beam, including a moderator , reflector and absorber (see RU 2540124 C2, IPC G21G 4/02, published 02/10/2015 [1]).
К недостаткам известного устройства относятся:The disadvantages of the known device include:
- возможность излучения нейтронов в ограниченном по энергии спектре (в результате включения в конструкцию устройства замедлителя излучаются только эпитепловые нейтроны);- the possibility of neutron emission in a limited energy spectrum (as a result of the inclusion of a moderator in the design of the device, only epithermal neutrons are emitted);
- низкая степень защищенности технического персонала, обслуживающего устройство (в качестве поглотителя традиционно используется один слой полиэтилена толщиной в несколько сантиметров, содержащий изотопы лития-6 или бора-10, не обладающий должной надежностью, а также не способный к поглощению гамма-излучения).- low degree of protection for technical personnel servicing the device (a single layer of polyethylene several centimeters thick is traditionally used as an absorber, containing isotopes of lithium-6 or boron-10, which does not have proper reliability, and is also not capable of absorbing gamma radiation).
Известно устройство для формирования пучка нейтронов, содержащее расположенные последовательно на одной продольной оси ускоритель заряженных частиц, канал, предназначенный для распространения пучка заряженных частиц, мишень, предназначенную для получения быстрых нейтронов, и замедлитель, окруженный блоком материала, предназначенного для поглощения нейтронного и гамма-излучения, для получения направленного потока эпитепловых нейтронов (см. US 2020/0001113 А1, МПК A61N 5/10, опубл. 02.01.2020 [2]).A device is known for forming a beam of neutrons, containing a charged particle accelerator located sequentially on one longitudinal axis, a channel designed to propagate a beam of charged particles, a target designed to produce fast neutrons, and a moderator surrounded by a block of material designed to absorb neutron and gamma radiation , to obtain a directed flux of epithermal neutrons (see US 2020/0001113 A1, IPC A61N 5/10, published 01/02/2020 [2]).
К недостаткам известного устройства относятся:The disadvantages of the known device include:
- возможность излучения нейтронов в ограниченном по энергии спектре (в результате включения в конструкцию устройства замедлителя излучаются только эпитепловые нейтроны);- the possibility of neutron emission in a limited energy spectrum (as a result of the inclusion of a moderator in the design of the device, only epithermal neutrons are emitted);
- сложность монтажа и демонтажа устройства в связи с необходимостью его встраивания в помещение для лучевой терапии.- difficulty in installing and dismantling the device due to the need to integrate it into the radiation therapy room.
Известное из [2] устройство принято в качестве ближайшего аналога заявленного устройства.The device known from [2] is accepted as the closest analogue of the claimed device.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, состоит в создании устройства для формирования пучка нейтронов с расширенными возможностями применения, за счет возможности получать как пучок высокоэнергетичных нейтронов с энергией до 100 МэВ (т.н. быстрых нейтронов), так и пучок эпитепловых нейтронов и изменять как площадь облучаемой поверхности, так и мощность подводимой дозы, что может оказаться актуальным в лучевой терапии, практической дозиметрии или при неразрушающем контроле в результате возможности использования одного устройства для облучения областей различной протяженности и локализации без внесения изменений в его конструкцию.The technical problem solved by the claimed invention is to create a device for forming a neutron beam with expanded application possibilities, due to the ability to obtain both a beam of high-energy neutrons with an energy of up to 100 MeV (the so-called fast neutrons), and a beam of epithermal neutrons and change both the area of the irradiated surface and the delivered dose rate, which may be relevant in radiation therapy, practical dosimetry or non-destructive testing as a result of the possibility of using one device to irradiate areas of varying length and localization without making changes to its design.
При этом достигается технический результат, заключающийся в повышенной безопасности использования устройства при одновременной простоте его изготовления и использования.In this case, a technical result is achieved, which consists in increased safety of using the device while simultaneously simplifying its manufacture and use.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания устройства для формирования пучка нейтронов, содержащего расположенные последовательно на одной продольной оси протонный ускоритель, протонный канал, мишень, предназначенную для получения быстрых нейтронов, и замедлитель, окруженный средством, предназначенным для поглощения излучения, для получения направленного потока эпитепловых и тепловых нейтронов. Устройство снабжено диафрагмой с регулируемым выходным отверстием, выполненной из материала ПОВ, расположенной после упомянутого замедлителя, на одной оси с ним. Упомянутый замедлитель выполнен съемным в форме усеченного конуса, обращенного большим основанием к выходу устройства, а упомянутое средство представляет собой набор эквидистантных полых усеченных конусов, расположенных один в другом, вплотную друг к другу, на больших основаниях которых расположена обечайка. Первый, считая от упомянутой оси, конус выполнен из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с добавлением аморфного бора в количестве 5-7 об.% и шариков вольфрама диаметром от 1 до 10 мм, второй конус - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с добавлением аморфного бора в количестве 5-7 об.%, третий конус - из сферопластика с добавлением карбида бора из расчета 20 об.% бора, четвертый конус - из сферопластика с добавлением карбида бора из расчета 10 об.% бора, а обечайка - из материала ПОВ.The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved as a result of the creation of a device for forming a neutron beam containing a proton accelerator, a proton channel, a target designed to produce fast neutrons, and a moderator located sequentially on one longitudinal axis, and a moderator surrounded by a means designed to absorb radiation, to obtain a directed flux of epithermal and thermal neutrons. The device is equipped with a diaphragm with an adjustable outlet, made of POV material, located after the mentioned moderator, on the same axis with it. The said retarder is made removable in the shape of a truncated cone, with its large base facing the outlet of the device, and the said means is a set of equidistant hollow truncated cones located one inside the other, close to each other, on the large bases of which the shell is located. The first, counting from the mentioned axis, the cone is made of ultra-high molecular weight polyethylene with the addition of amorphous boron in an amount of 5-7 vol.% and tungsten balls with a diameter of 1 to 10 mm, the second cone is made of ultra-high molecular weight polyethylene with the addition of amorphous boron in an amount of 5-7 vol. .%, the third cone is made of spheroplastics with the addition of boron carbide at the rate of 20 vol.% boron, the fourth cone is made of spheroplastics with the addition of boron carbide at the rate of 10 vol.% boron, and the shell is made of POV material.
Согласно частому варианту выполнения, устройство снабжено падовой камерой на «теплой жидкости» и системой для измерения дозного профиля, установленными на общем основании на выходе из устройства.According to a common embodiment, the device is equipped with a “warm liquid” pad chamber and a system for measuring the dose profile, installed on a common base at the outlet of the device.
Согласно другому частому варианту выполнения, замедлитель представляет собой водный фантом.According to another common embodiment, the moderator is a water phantom.
Согласно еще одному частому варианту выполнения, протонный ускоритель выполнен с возможностью перестройки на различную энергию протонов.According to another common embodiment, the proton accelerator is configurable to different proton energies.
На фиг. 1 представлена общая схема заявляемого устройства.In fig. 1 shows a general diagram of the proposed device.
На фиг. 2 представлена схема падовой камеры.In fig. Figure 2 shows a diagram of the pad chamber.
На фиг. 3 представлен профиль эпитепловых и тепловых нейтронов, измеренный при помощи падовой камеры на протонным ускорителе КПТ «Прометеус» (г. Обнинск) при выборе толщин конусов А и В - 30 мм, конусов С и D и обечайки Е - 40 мм, диаметра шариков вольфрама - 4 мм, количества аморфного бора - 6 об.%.In fig. Figure 3 shows the profile of epithermal and thermal neutrons, measured using a pad chamber at the KPT Prometheus proton accelerator (Obninsk) when choosing the thickness of cones A and B - 30 mm, cones C and D and shell E - 40 mm, the diameter of the tungsten balls - 4 mm, the amount of amorphous boron - 6 vol.%.
На фиг. 4 представлен профиль быстрых нейтронов, измеренный при помощи падовой камеры на протонным ускорителе КПТ «Прометеус» (г. Обнинск) при тех же выбранных параметрах.In fig. Figure 4 shows the fast neutron profile measured using a pad chamber at the KPT Prometheus proton accelerator (Obninsk) with the same selected parameters.
Устройство для формирования нейтронного пучка, представленное на фиг. 1, содержит расположенные последовательно на одной продольной оси протонный ускоритель (1), например, синхротрон, протонный канал (2), предназначенный для распространения пучка протонов, испускаемых ускорителем (1), мишень (3), например, изготовленную из NaI и предназначенную для получения быстрых нейтронов, и замедлитель (4).The device for forming a neutron beam, shown in Fig. 1, contains a proton accelerator (1), for example, a synchrotron, located sequentially on one longitudinal axis, a proton channel (2), intended for propagation of a beam of protons emitted by the accelerator (1), a target (3), for example, made of NaI and intended for obtaining fast neutrons, and a moderator (4).
Допустимо использование мишени (3) из любого иного материала, отвечающего задаче получения быстрых нейтронов.It is permissible to use a target (3) made of any other material that meets the task of producing fast neutrons.
Замедлитель (4) выполнен съемным в форме усеченного конуса, обращенного большим основанием к выходу устройства, и окружен набором эквидистантных полых усеченных конусов А, В, С, D, расположенных один в другом, вплотную друг к другу, на больших основаниях которых расположена обечайка Е, с образованием средства, предназначенного для поглощения излучения и, следовательно, защиты персонала, обслуживающего устройство, и получения направленного потока эпитепловых и тепловых нейтронов. В качестве замедлителя может быть использован водный фантом (в частности, при энергии протонов 300 МэВ должен быть использован водный фантом длиной 41 см). Допустимо использовано любого иного замедлителя, отвечающего задаче получения низкоэнергетичных нейтронов.The moderator (4) is removable in the shape of a truncated cone, with its large base facing the outlet of the device, and is surrounded by a set of equidistant hollow truncated cones A, B, C, D, located one inside the other, close to each other, on the large bases of which the shell E is located , with the formation of a means designed to absorb radiation and, therefore, protect personnel servicing the device, and obtain a directed flux of epithermal and thermal neutrons. A water phantom can be used as a moderator (in particular, at a proton energy of 300 MeV, a water phantom with a length of 41 cm should be used). It is acceptable to use any other moderator that meets the task of producing low-energy neutrons.
Для привязки положения мишени (3) к продольной оси введена система координат х, у, z.To link the position of the target (3) to the longitudinal axis, a coordinate system x, y, z is introduced.
После замедлителя (4), на одной оси с ним, расположена диафрагма F с регулируемым, например, дистанционно, из комнаты оператора, выходным отверстием (от dmin до dmax), обеспечивающая возможность облучения областей различной протяженности и локализации.After the moderator (4), on the same axis with it, there is a diaphragm F with an outlet adjustable, for example, remotely from the operator’s room (from d min to d max ), providing the possibility of irradiating areas of varying length and localization.
Первый, считая от оси, конус А выполнен из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (далее - СВМПЭ) с добавлением аморфного бора в количестве 5-7 об.% и шариков вольфрама диаметром от 1 до 10 мм.The first, counting from the axis, cone A is made of ultra-high molecular weight polyethylene (hereinafter referred to as UHMWPE) with the addition of amorphous boron in an amount of 5-7 vol.% and tungsten balls with a diameter of 1 to 10 mm.
Второй конус В выполнен из СВМПЭ с добавлением аморфного бора в количестве 5-7 об.%.The second cone B is made of UHMWPE with the addition of amorphous boron in an amount of 5-7 vol.%.
Известна способность бора активно захватывать нейтроны, что используют в создании защиты от нейтронного излучения (см. В.А. Палеха, А.А. Гетьман. Бор. Свойства и применение в ядерной энергетике, Литье и металлургия, №3 (88), 2017, стр. 91-94 [3]).The ability of boron to actively capture neutrons is known, which is used in creating protection against neutron radiation (see V.A. Palekha, A.A. Getman. Boron. Properties and application in nuclear energy, Casting and metallurgy, No. 3 (88), 2017 , pp. 91-94 [3]).
Широко известна способность элементов с высоким атомным номером и высокой плотностью (в том числе, вольфрама) поглощать гамма-излучение.The ability of elements with high atomic number and high density (including tungsten) to absorb gamma radiation is widely known.
Кроме этого, известна способность легких материалов (в частности, полимеров) с высоким содержанием водорода эффективно ослаблять нейтронное излучение в результате поглощения быстрых нейтронов, которые замедляются до тепловых нейтронов и затем могут быть поглощены аморфным бором (или карбидом бора), при этом шарики вольфрама ослабляют поток гамма-излучения.In addition, the ability of light materials (in particular, polymers) with a high hydrogen content is known to effectively attenuate neutron radiation as a result of the absorption of fast neutrons, which are slowed down to thermal neutrons and can then be absorbed by amorphous boron (or boron carbide), while tungsten balls attenuate gamma radiation flux.
Добавление аморфного бора в количестве, меньшем 5 об.%, нецелесообразно из-за снижения защитных свойств материала конуса. Добавление аморфного бора в количестве, большем 7 об.%, также нецелесообразно, т.к. усложняет технологический процесс изготовления конуса (затрудняет перемешивание исходной смеси для равномерного распределения аморфного бора по объему конуса).Adding amorphous boron in an amount less than 5 vol.% is impractical due to a decrease in the protective properties of the cone material. Adding amorphous boron in an amount greater than 7 vol.% is also impractical, because complicates the technological process of manufacturing the cone (makes it difficult to mix the initial mixture for uniform distribution of amorphous boron throughout the volume of the cone).
Использование шариков вольфрама диаметром, меньшим, чем 1 мм, нецелесообразно из-за сложности их изготовления и необоснованного увеличения веса устройства в результате увеличения их количества в объеме конуса А.The use of tungsten balls with a diameter smaller than 1 mm is impractical due to the complexity of their manufacture and the unreasonable increase in the weight of the device as a result of an increase in their number in the volume of cone A.
Использование шариков вольфрама диаметра, большего, чем 10 мм, также нецелесообразно из-за снижения защитных свойств материала конуса А в результате возрастания промежутков между шариками.The use of tungsten balls with a diameter larger than 10 mm is also impractical due to a decrease in the protective properties of the material of cone A as a result of increasing gaps between the balls.
Третий конус С выполнен из сферопластика с добавлением карбида бора из расчета 20 об.% бора. Четвертый конус D выполнен из сферопластика с добавлением карбида бора из расчета 10 об.% бора.The third cone C is made of spheroplastic with the addition of boron carbide at the rate of 20 vol.% boron. The fourth cone D is made of spheroplastic with the addition of boron carbide at the rate of 10 vol.% boron.
Под сферопластиком понимается полимерная композиция с низкой плотностью на основе полимерных связующих, наполненная полыми микросферами (см., например, Шашкеев К.А., Кондратов С.В., Гуревич Я.М., Попков О.В., Фионов А.С. Сферопластики с углеродными нанотрубками, Сборник докладов III Всероссийской научно-технической конференции, ФГУП «ВИАМ», 2016, Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Москва [4]).Spheroplastic is understood as a low-density polymer composition based on polymer binders, filled with hollow microspheres (see, for example, Shashkeev K.A., Kondratov S.V., Gurevich Ya.M., Popkov O.V., Fionov A.S. Spheroplastics with carbon nanotubes, Collection of reports of the III All-Russian Scientific and Technical Conference, FSUE "VIAM", 2016, All-Russian Research Institute of Aviation Materials of the National Research Center "Kurchatov Institute", Moscow [4]).
Обечайка Е и диафрагма F выполнены из материала ПОВ (см. Малютин Е.В., Сиксин В.В., Шемяков А.Е., Щеголев И.Ю. Защитные свойства материалов ПОВ-40 в условиях облучения вторичными нейтронами и гамма-квантами, Медицинская физика, 2019, №4, стр. 75-79 [5]; Сиксин В.В. Исследование защитных свойств материала типа ПОВ в условиях облучения нейтронами и гамма-квантами от водного фантома, Краткие сообщения по физике ФИАН, №5, 2019, стр. 52-56 [6]).Shell E and diaphragm F are made of POV material (see Malyutin E.V., Siksin V.V., Shemyakov A.E., Shchegolev I.Yu. Protective properties of POV-40 materials under conditions of irradiation with secondary neutrons and gamma rays , Medical Physics, 2019, No. 4, pp. 75-79 [5]; Siksin V.V. Study of the protective properties of a material of the POV type under conditions of irradiation with neutrons and gamma rays from a water phantom, Brief communications on physics of the Lebedev Physical Institute, No. 5, 2019, pp. 52-56 [6]).
Согласно частному варианту выполнения, устройство снабжено падовой камерой (5) на «теплой жидкости» (см. фиг. 2) и системой для измерения дозного профиля, включающей в себя блок выработки номера сработавшего спота (6), аналоговый мультиплексор (7), триггер (8), обеспечивающий запуск считывания дозного профиля, блок считывающей электроники (9), блок контроля и обнаружения отклонений (10), программируемую матрицу (11), персональный компьютер (12), например, размещенный в комнате оператора.According to a particular embodiment, the device is equipped with a pad chamber (5) on a “warm liquid” (see Fig. 2) and a system for measuring the dose profile, which includes a unit for generating the number of the triggered spot (6), an analog multiplexer (7), a trigger (8), which ensures the start of reading the dose profile, a reading electronics unit (9), a control and detection unit for deviations (10), a programmable matrix (11), a personal computer (12), for example, located in the operator’s room.
Падовая камера (5) и система для измерения дозного профиля установлены на общем основании (13) на выходе из устройства, что обеспечивает высокую точность измерения дозного профиля за счет конструктивной устойчивости электронных средств при использовании устройства.The pad chamber (5) and the system for measuring the dose profile are installed on a common base (13) at the outlet of the device, which ensures high accuracy of dose profile measurement due to the structural stability of the electronic means when using the device.
Падовая камера на «теплой жидкости» (см. Сиксин В.В. Особенности контроля пучка падовыми камерами на «теплой жидкости» на ускорителе «Прометеус», Краткие сообщения по физике ФИАН, 2021, №1, стр. 16-23 [7]) позволяет быстро и с высокой точностью измерять дозный профиль пучка нейтронов для конформности проведения лечения пациента или экспериментов.Pad chamber on a “warm liquid” (see V.V. Siksin. Peculiarities of beam control by pad chambers on a “warm liquid” at the Prometheus accelerator, Brief Communications on Physics FIAN, 2021, No. 1, pp. 16-23 [7] ) allows you to quickly and accurately measure the dose profile of a neutron beam for conformity in patient treatment or experiments.
Программа, осуществляющая обработку дозного профиля на основе информации, поступающей от падовой камеры (5), может отключать ускоритель (1) при превышении накопленной дозы у облучаемого объекта.The program that processes the dose profile based on information received from the pad chamber (5) can turn off the accelerator (1) if the accumulated dose of the irradiated object is exceeded.
Заявленное устройство используют следующим образом.The claimed device is used as follows.
Из протонного ускорителя (1) по протонному каналу (2) выпускают пучок протонов, например, с энергией 300 МэВ, и облучают мишень (3).A beam of protons, for example, with an energy of 300 MeV, is released from the proton accelerator (1) through the proton channel (2), and the target (3) is irradiated.
При бомбардировке мишени (3) образуются направленные преимущественно вперед высокоэнергетичные нейтроны. В дальнейшем большая часть этих нейтронов попадает в замедлитель (4) и теряет энергию, что приводит к образованию эпитепловых и тепловых нейтронов, которые, проходя диафрагму F, попадают на облучаемый объект или (в частном варианте) на активную поверхность (14) падовой камеры (5), с помощью которой измеряется дозный профиль. За один выпуск протонного ускорителя (1) считывается информация со всех падов (15) активной поверхности (14) падовой камеры (5) (например, от позиции «-7» до позиции «+7» на оси х, как показано на фиг. 1), которая передается с помощью токовых выводов (16) на аналоговый мультиплексор (7).When bombarding a target (3), high-energy neutrons directed predominantly forward are formed. Subsequently, most of these neutrons enter the moderator (4) and lose energy, which leads to the formation of epithermal and thermal neutrons, which, passing through the diaphragm F, fall on the irradiated object or (in a particular version) on the active surface (14) of the pad chamber ( 5), with which the dose profile is measured. During one release of the proton accelerator (1), information is read from all pads (15) of the active surface (14) of the pad chamber (5) (for example, from position “-7” to position “+7” on the x-axis, as shown in Fig. 1), which is transmitted using current pins (16) to an analog multiplexer (7).
В программируемой матрице (11) задается, за какое время (в секундах) должна быть набрана доза для построения профиля, затем на персональном компьютере (12) строится дозный профиль нейтронов, излучаемых мишенью (3), вдоль оси х (см. фиг. 3).In the programmable matrix (11) it is specified how long (in seconds) the dose must be collected to build the profile, then on a personal computer (12) the dose profile of neutrons emitted by the target (3) is built along the x axis (see Fig. 3 ).
Безопасность использования устройства подтверждена экспериментальными данными, полученными на протонном ускорителе КПТ «Прометеус».The safety of using the device is confirmed by experimental data obtained at the KPT Prometheus proton accelerator.
В частном варианте, представленном на фиг. 3, доза была набрана за 180 с. Нейтроны, которые не замедлялись, и образующееся в результате проходящей в мишени (3) ядерной реакции гамма-кванты поглощались средством, предназначенным для поглощения излучения.In a particular embodiment, shown in Fig. 3, the dose was administered in 180 s. Neutrons that were not slowed down and the gamma quanta generated as a result of the nuclear reaction taking place in the target (3) were absorbed by a means designed to absorb radiation.
Далее из устройства демонтировали замедлитель, затем при облучении мишени (3) пучков протонов с энергией 300 МэВ снова измеряли дозный профиль (см. фиг. 4).Next, the moderator was removed from the device, then, when the target (3) was irradiated with proton beams with an energy of 300 MeV, the dose profile was again measured (see Fig. 4).
Сравнение дозных профилей, приведенных на фиг. 3 и фиг. 4, показало, что нейтроны, прошедшие замедлитель (4) (в данном случае, водный фантом), замедляются.Comparison of dose profiles shown in Fig. 3 and fig. 4 showed that neutrons that have passed through the moderator (4) (in this case, a water phantom) are slowed down.
Из фиг. 3 и фиг. 4 также видно, что коэффициент ослабления на «крыльях» дозного профиля составил не менее 100 (в случае формирования пучка быстрых нейтронов) и не менее 2 (в случае формирования пучка эпитепловых и тепловых нейтронов), что подтверждает возможность формирования пучка нейтронов в заявленном устройстве с обеспечением надежной защиты технического персонала, обслуживающего устройство, за счет использования в его составе предлагаемого средства, предназначенное для поглощения излучения.From fig. 3 and fig. 4 also shows that the attenuation coefficient on the “wings” of the dose profile was no less than 100 (in the case of the formation of a beam of fast neutrons) and no less than 2 (in the case of the formation of a beam of epithermal and thermal neutrons), which confirms the possibility of forming a neutron beam in the claimed device with ensuring reliable protection of technical personnel servicing the device through the use in its composition of the proposed means intended to absorb radiation.
Заявленное устройство отличается высокой степенью защищенности персонала, обслуживающего его, от излучения, что существенно повышает безопасность его использования. Кроме этого, устройство, в результате его компоновки, отличается простотой в изготовлении и использовании. В частности, имеется возможность быстрой перенастройки устройства с получения пучка эпитепловых нейтронов на получение пучка быстрых нейтронов и обратно за счет простоты демонтажа замедлителя и его последующего повторного монтажа в устройство.The claimed device is characterized by a high degree of protection of personnel servicing it from radiation, which significantly increases the safety of its use. In addition, the device, as a result of its layout, is easy to manufacture and use. In particular, it is possible to quickly reconfigure the device from receiving a beam of epithermal neutrons to receiving a beam of fast neutrons and back due to the ease of dismantling the moderator and its subsequent re-installation into the device.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808930C1 true RU2808930C1 (en) | 2023-12-05 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105654995A (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-08 | 中国核工业二四建设有限公司 | Nuclear power plant curved-surface high-precision pre-embedded sleeve fixing device |
| US20200001113A1 (en) * | 2017-03-13 | 2020-01-02 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Neutron capture therapy system and control device |
| CN110818418A (en) * | 2014-01-22 | 2020-02-21 | 日本轻金属株式会社 | Neutron moderator |
| CN109568812B (en) * | 2015-09-11 | 2020-08-11 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | Beam shaping body for neutron capture therapy |
| US10955365B1 (en) * | 2020-09-25 | 2021-03-23 | Adelphi Technology, Inc. | Neutron source with beam shaping apparatus for radiography |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110818418A (en) * | 2014-01-22 | 2020-02-21 | 日本轻金属株式会社 | Neutron moderator |
| CN105654995A (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-08 | 中国核工业二四建设有限公司 | Nuclear power plant curved-surface high-precision pre-embedded sleeve fixing device |
| CN109568812B (en) * | 2015-09-11 | 2020-08-11 | 南京中硼联康医疗科技有限公司 | Beam shaping body for neutron capture therapy |
| US20200001113A1 (en) * | 2017-03-13 | 2020-01-02 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Neutron capture therapy system and control device |
| US10955365B1 (en) * | 2020-09-25 | 2021-03-23 | Adelphi Technology, Inc. | Neutron source with beam shaping apparatus for radiography |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ульяненко С.Е. и др. Комплекс протонной терапии сканирующим пучком "Прометеус": радиологические основы и перспективы. Материалы I Всероссийского конгресса PATRO "Новые технологии в лучевой терапии и ядерной медицине. Перспективы развития". 27-28 апреля 2017 года. Сочи. с.107. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2695255C2 (en) | Radiator for neutron capturing therapy | |
| Park et al. | Basics of particle therapy I: physics | |
| US20180250528A1 (en) | Radiation detection system and radiation detection method for neutron capture therapy system | |
| Yang et al. | Neutron collimator design of neutron radiography based on the BNCT facility | |
| Brahme et al. | Neutron beam characteristics from 50 MeV protons on beryllium using a continuously variable multi-leaf collimator | |
| Carinou et al. | Evaluation of neutron dose in the maze of medical electron accelerators | |
| RU2808930C1 (en) | Device for forming neutron beam at proton accelerator of prometheus complex | |
| Kim et al. | Secondary neutron dose measurement for proton eye treatment using an eye snout with a borated neutron absorber | |
| Yonai et al. | Feasibility study on epithermal neutron field for cyclotron‐based boron neutron capture therapy | |
| US11740370B2 (en) | Radiation detection system and radiation detection method for neutron capture therapy system | |
| Agosteo et al. | Photoneutron dose in soft tissue phantoms irradiated by 25 MV X-rays | |
| Zanganeh et al. | Simulation of neutron and gamma shielding for an inertial electrostatic confinement fusion device | |
| Ramadhani et al. | Dose Estimation of the Bnct Water Phantom Based on MCNPX Computer Code Simulation | |
| Zheltonozhskaya et al. | Studying the Flow of Secondary Particles in a Medical Electron Accelerator | |
| Çeçen et al. | Photoneutron flux measurement via neutron activation analysis in a radiotherapy bunker with an 18 MV linear accelerator | |
| Rosenfeld et al. | Analysis of inelastic interactions for therapeutic proton beams using Monte Carlo simulation | |
| RU2743417C1 (en) | Method for determination of the absorbed dose of recoil nuclei | |
| Gokov et al. | Gamma and fast neutrons flux radiation minimization during the concentrated flux formation of delayed neutrons | |
| Praena et al. | Two absolute integral measurements of the 197Au (n, γ) stellar cross-section and solution of the historic discrepancies | |
| Hiramatsu et al. | Gamma-Ray Dose Measurement with Radio-Photoluminescence Glass Dosimeter in Mixed Radiation Field for BNCT | |
| US20230330433A1 (en) | Radiation irradiation system and control method therefor | |
| Sengupta | Generation and Modeling of Radiation for Clinical and Research Applications | |
| Fan et al. | Design of detector to monitor the Bragg peak location of carbon ions by means of prompt γ-ray measurements with Geant4 | |
| Hu et al. | Dosimetry in Thermal Neutron Irradiation Facility at BMRR | |
| Beyzadeoglu et al. | Radiation physics |