Design of A Proton Accelerator-Based Neutron Source for BNCT Using The MCNP Simulation

Abstract

The optimization of a beam shaping assembly (BSA) design for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) based on a 30 MeV proton beam generator, has been simulated. The primary goal is to improve the flux of the epithermal neutrons and to prevent the background radiation which are required for the BNCT designation. A BNCT has been simulated using the MCNPX Monte Carlo code. A wide set of material and geometry simulations of neutron multiplier, moderator, reflector, and collimator was examined. The final configuration proper consists of 0.5 cm of beryllium as a p-n converter, 15 cm in radius of uranium as a neutron multiplier, 44 cm of TiF3 and 15 cm of Al2O3 as a first and second layer of moderator, 10 cm thickness of lead as a reflector, and lithium polyethylene as a collimator. However, the proposed BSA in this work did not satisfy all the recommended by IAEA but it has the best epithermal neutron flux.

งานวิจัยนี้ได้ทำการออกแบบระบบ Beam Shapping Assembly (BSA) สำหรับการรักษาด้วยเทคนิคโบรอนจับนิวตรอน (Boron Neutron Capture Therapy; BNCT) โดยใช้แหล่งกำเนิดนิวตรอนจากเครื่องเร่งอนุภาคโปรตอนพลังงาน 30 MeV โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่ม ฟลักซ์อิพิเทอร์มัลนิวตรอน ลดฟลักซ์เทอร์มัลนิวตรอนและฟลักซ์นิวตรอนพลังงานสูง ซึ่งจำเป็นสำหรับระบบ BNCT โดยใช้โปรแกรม MCNP ในการคำนวณ การออกแบบระบบ BSA ในงานวิจัยนี้ได้คำนวณชุดการจำลองของวัสดุและรูปทรงเรขาคณิต ซึ่งประกอบด้วยตัวเพิ่มจำนวนนิวตรอน (Neutron multiplier) ตัวลดทอนพลังงานนิวตรอน (Moderator) ตัวสะท้อนรังสี (Reflector) และคอลิเมเตอร์ (Collimator) ผลการคำนวณพบว่าวัสดุและค่าความหนาแต่ละส่วนที่เหมาะสมสำหรับระบบ BSA ได้แก่ วัสดุเบริลเลียม (Be) ความหนา 0.5 cm เป็นตัวแปลงพลังงานโปรตอน วัสดุยูเรเนียม (U) ทรงกลมรัศมี 15 cm เป็นตัวเพิ่มจำนวนนิวตรอน วัสดุไทเทเนียมฟลูออไรด์ (TiF3)ความหนา 44 cm เป็นตัวลดทอนพลังงานตัวแรก วัสดุอลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) ความหนา 15 cm เป็นตัวลดทอนพลังงานตัวที่สอง วัสดุตะกั่ว (Pb) ความหนา 10 cm เป็นตัวสะท้อนรังสี และวัสดุลิเทียมโพลิเอทิลีน (Li-Poly) ความยาว 50 cm เป็นคอลิเมเตอร์ ระบบ BSA ที่นำเสนอในงานวิจัยนี้มีค่าพารามิเตอร์ไม่ตรงตามเกณฑ์ที่ IAEA แนะนำทั้งหมด แต่มีค่าฟลักซ์อิพิเทอร์มัลนิวตรอนที่ดีที่สุด