An Epithermal Neutron Source for Cancer Therapy

用于癌症治疗的超热中子源

基本信息

  • 批准号:
    7108062
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-09-26 至 2008-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): We propose to develop a commercial neutron source for the treatment of brain and liver cancer based on boron neutron capture therapy (BNCT). Boron-containing compounds are injected into a patient's bloodstream and accumulate in a malignant tumor. When irradiated with neutrons, the boron atoms preferentially capture neutrons and decay, releasing short-range radiation that kills the tumor but does not appreciably damage other tissues. BNCT has been tested using primarily nuclear reactors that are large and expensive and cannot be used in a clinical setting. The proposed source is relatively inexpensive, compact enough to be used in hospitals and promises safe operation. In addition, it will be designed to produce an ideal epithermal neutron spectrum (unlike reactors) and is expected to produce enough neutron flux for short treatment times. The proposed source consists of an rf-plasma fast-neutron source using the D-T reaction and an optimized, compact moderator to slow and collimate the neutrons. These components are brought together in a novel fashion to produce a high-flux, optimum epithermal neutron spectrum for BNCT. Tritium storage, replenishing and recycling will be achieved by a self-contained vacuum system to minimize radiation and explosion hazards. Our design is novel in that it integrates the plasma neutron source using an optimized fast-neutron target with new moderator materials and geometries for greater efficiency and compactness. Preliminary analysis shows that optimizing the target-anode's geometry can decrease the required power to the generator when integrated with a properly designed moderator. This Monte-Carlo N-particle (MCNP) analysis will be improved to determine the D-T generator's geometry with a moderator configuration that will produce a neutron beam of optimum neutron energy and minimize power consumption. To facilitate water cooling, the ion beam power density on the target anode will be less than 150 Watts per square cm. We will create a source model for dose calculations using the Simulation Environment for Radiotherapy Application (SERA) treatment program. For comparison, we will calculate the dose in a patient model with the MCNP program. The fast-neutron generator will be designed using computer codes developed at the research institute. Prior fast neutron sources have been fabricated and tested demonstrating the efficacy of these codes and the research institute's technological skill.
描述(由申请人提供):我们建议开发一种基于硼中子俘获疗法(BNCT)的用于治疗脑癌和肝癌的商用中子源。含硼化合物被注射到病人的血液中,并在恶性肿瘤中积累。当用中子照射时,硼原子优先捕获中子并衰变,释放短程辐射,杀死肿瘤,但不会明显损害其他组织。BNCT主要使用大型和昂贵的核反应堆进行测试,无法用于临床环境。所提议的源相对便宜,足够紧凑,可以在医院使用,并保证安全操作。此外,它将被设计为产生理想的超热中子谱(与反应堆不同),预计将产生足够的中子通量,用于短时间的治疗。建议的源包括一个射频等离子体快中子源使用的D-T反应和一个优化的,紧凑的慢化剂慢和准直的中子。这些组件以一种新的方式聚集在一起,以产生高通量,最佳的超热中子谱BNCT。氚的储存、补充和再循环将通过一个独立的真空系统来实现,以尽量减少辐射和爆炸危险。我们的设计是新颖的,因为它集成了等离子体中子源,使用优化的快中子靶与新的慢化剂材料和几何形状,以获得更高的效率和紧凑性。初步分析表明,优化靶阳极的几何形状可以降低所需的功率发生器时,与适当设计的慢化剂集成。这种蒙特-卡罗N粒子(MCNP)分析将得到改进,以确定具有慢化剂配置的D-T发生器的几何形状,该慢化剂配置将产生具有最佳中子能量的中子束并使功耗最小化。为了便于水冷却,靶阳极上的离子束功率密度将小于150瓦/平方厘米。我们将使用放射治疗应用程序模拟环境(SERA)治疗程序创建用于剂量计算的源模型。为了进行比较,我们将使用MCNP程序计算患者模型中的剂量。快中子发生器将使用研究所开发的计算机代码进行设计。先前的快中子源已经制造和测试,证明了这些代码和研究所的技术技能的有效性。

项目成果

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