基于加速器的硼中子俘获治疗的束流整形体的设计与优化

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1、·学校代码10530学号201510121206分类号O571.5密级硕士学位论文基于加速器的硼中子俘获治疗的束流整形体的设计与优化学位申请人田永顺指导教师梁天骄研究员彭向阳教授学院名称物理与光电工程学院学科专业物理学研究方向计算物理二〇一八年六月八日·Designandoptimizationofbeamshapingassemblyforaccelerator-basedboronneutroncapturetherapyCandidateTianYong-ShunSupervisorProfessorLiangTian-JiaoProfessorPengXiang-YangCollege

2、SchoolofPhysicsandOptoelectronicsProgramPhysicsSpecializationComputationalPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune8th2018湘潭大学硕士学位论文摘要硼中子俘获治疗(BoronNeutronCaptureTherapy,BNCT)有望成为治疗脑胶质瘤和黑色素瘤的一种非常有效的方法。与基于反应堆的BNCT比较，基于加速器的硼中子俘获治疗装置（Accelerator-basedBNCT,AB-BNCT），具有制造和维护成本低、可用来治疗

3、深部肿瘤、政策接受度高、易于在人口密集位置布置等优点。在BNCT装置中，需要用束流整形体(beamshapingassembly，BSA)将中子源产生的快中子束流慢化至超热中子能区（0.5eV

4、一个可行的BSA设计。在我们的设计工作中，BSA由以下部分组成：慢化器尝试采用不同慢化材料、反射体采用聚四氟乙烯(Teflon)、γ屏蔽采用铋、热中子过滤层采用6Li、准直器材料采用理化聚乙烯。我们采用了两种方法对BSA优化结果进行评估：国际原子能机构报告IAEA-TECDOC-1223所推荐的BSA出口的中子束流参数评价方法以及Synder人体头模中的剂量分布评价方法。通过对BSA的计算和模拟，掌握了结构参数变化对BSA出口能谱的影响，在此基础上对BSA的结构进行了更进一步优化。基于对以Fluental和LiF为慢化材料的BSA出口处能谱参数特征的分析，提出了Fluental和LiF间隔2c

5、m层状堆叠的三明治BSA构型。研究发现，在优化BSA其它结构参数，并使快中子剂量成分、γ射线剂量成分和热中子比例满足IAEA-TECDOC-1223报告推荐要求的条件下，采用三明治构型慢化器的BSA在出口处最大超热中子注量率（9.14×108n/cm2/s）优于分别单独使用Fluental（7.81×108n/cm2/s）和LiF材料（8.79×108n/cm2/s）作为慢化器的BSA的最大超热中子注量率。BSA出口处修正的Synder人头几何模型中的剂量深度分布计算结果显示：上述三明治构型比单独使用Fluental的结构，所需治疗时间更短，TR值相当，相对单独使用LiF的结构TR值更高，所需

6、治疗时间相近。另外三者优化后所能达到的治疗深度基本一致，这表明Fluental和LiF层状堆叠的三明治构型是一种可行的慢化器结构，基于此的BSA设计方案是一种合适的选择。关键词：硼中子俘获治疗；蒙特卡罗模拟；BSA；慢化I湘潭大学硕士学位论文AbstractBoronNeutronCaptureTherapy(BNCT)isexpectedtobeaveryeffectivemethodforimprovingthetherapeuticeffectonmalignantbraingliomaandmalignantmelanoma.Comparedwiththereactorneutrons

7、ource,accelerator-basedBoronNeutronCaptureTherapy(AB-BNCT),whichhasthemeritsoflowoperationandmaintenancecost,capabilitytotreatdeeptumor,highpolicyacceptance,andsafeinstallationinthedenselypopulatedare