BNCT超热中子通量监测器的研制

Boron neutron capture therapy (BNCT) is a highly targeted and effective way to treat cancers, thus it has been a hot study in the research field of particle therapy and one of the most important choices for future cancer radiotherapy. The epithermal neutron (0.5 eV - 10 keV) flux is an essential characteristic parameter of the BNCT neutron source. The epithermal neutron flux measurement of a BNCT neutron source is very important for its quality assessment and developing the treatment planning system. Therefore, this project is proposed to develop a monitor for high-accuracy (better than 5%) measurement of the epithermal neutron flux of the BNCT neutron source. By using Monte Carlo simulations, the epithermal neutron flux monitor will be designed and optimized. The monitor performance also will be studied by Monte Carlo simulations. Moreover, the prototype monitor will be developed and its performance will be experimentally studied by using neutron generators. The presently developed monitor can provide technique and equipment for measuring the epithermal neutron flux of the BNCT field, it will be helpful for the quality assessment of BNCT neutron source and development of treatment planning system. Through this research, we will promote some international cooperation and expect to co-cultivate 2-3 graduate students, apply for 1 patent and publish 2-4 papers.

硼中子俘获治疗（BNCT）技术因其能精准、高效地治疗癌症目前已经成为粒子治疗研发的新热点和未来肿瘤放疗的重要选择之一。超热中子（0.5 eV - 10 keV）通量是BNCT中子源的重要特性参数，它的测量对于BNCT中子源品质的评价和治疗计划的制定至关重要。因此，本项目拟研制一种能够精确测量（精度好于5%）BNCT中子源中超热中子通量的监测器。理论上拟采用蒙特卡罗模拟方法设计并优化监测器，同时开展监测器性能的模拟研究；实验上拟试制监测器样机并利用中子发生器进行样机性能的实验验证。本项目研制的监测器可以为BNCT辐射场中子通量的测量提供技术与设备，有望在BNCT中子源品质评价和治疗计划制定方面发挥重要作用，极具应用前景。项目组将依托该项研究推动国内外合作，预期协助培养研究生2-3名，申请专利1项，发表论文2-4篇。

硼中子俘获治疗（BNCT）是非常有潜力的肿瘤靶向精准放疗技术，近年来在国内外蓬勃发展。超热中子（0.5 eV ‒ 10 keV）通量是BNCT中子束的重要特性参数，它的测量对于BNCT中子束的品质评价和治疗计划的制定至关重要。本项目研制了一种基于55Mn(n,γ)56Mn活化反应的中子监测器，实现了BNCT中子束超热中子通量的准确测量。项目完成了监测器的设计与优化，获得了最优化结构下监测器在0.005 eV ‒ 10 MeV能区的灵敏度，以及监测器对超热中子的平均灵敏度；利用国内外具有代表性的BNCT中子束开展了监测器性能研究，得到了监测器性能的理论数据，验证了监测器的有效性、实用性和普适性，为监测器的性能分析与评价及实际应用提供了理论支持；试制了监测器样机，为监测器的实验研究和工程应用奠定了基础；设计了一种基于D-D中子源的BNCT慢化体，为利用D-D中子源开展监测器的实验研究提供了一种有效方案，同时对基于D-D反应的AB-BNCT装置的研发也具有参考意义；开展了基于p-7Li反应的AB-BNCT装置束流整形体的设计，得到了各项参数均满足IAEA推荐值的BNCT中子束及其临床参数，验证了该BNCT中子束临床治疗的有效性和安全性，为基于p-7Li反应的AB-BNCT装置的研发及临床研究提供了参考，同时利用获得的BNCT中子束开展了监测器性能研究，为利用基于p-7Li反应的AB-BNCT装置开展监测器的实验研究提供了技术方案和理论支持；开发了监测器实验数据分析与处理系统，实现了实验数据的快速自动化分析与实验结果的可视化输出，为监测器实验研究与工程应用中的数据分析与处理提供了技术支持；基于兰州大学的AB-BNCT装置，制定了监测器样机性能测试实验方案，开展了实验准备工作及实验数据预分析，为利用该装置开展监测器的实验研究及监测器的实际应用奠定了基础。项目研制的监测器为BNCT中子束超热中子通量的测量提供了技术与设备，能够在BNCT中子束品质评价和精准治疗计划制定方面发挥重要作用，助力BNCT研究和临床应用，具有光明应用前景。