Lo scopo principale del lavoro è la progettazione di un collimatore per sorgenti neutroniche compatte da utilizzare per l’irraggiamento dei materiali. L’irraggiamento neutronico ha un dominio di applicazione molto ampio e l’installazione di una sorgente è fondamentale per il progetto LINCER, in cui è prevista la realizzazione di un “Laboratorio per la caratterizzazione di Irradiatori Neutronici Compatti in Emilia Romagna” presso il centro ricerche ENEA del Brasimone. Un'ambiziosa applicazione per sorgenti compatte è rappresentata dalla Neutron Capture Therapy (NCT) finalizzata alla radioterapia oncologica che richiede livelli di flusso elevati (108 cm-2 s-1) per limitare il tempo di irraggiamento del paziente. In collaborazione con TheranostiCentre Srl (TC), è stata analizzata la possibilità di utilizzare un Compact Neutron Generator (CNG) innovativo basato sulla reazione di fusione deterio-deuterio (DD, che produce neutroni da 2.45 MeV) per irraggiare tumori superficiali solidi con la tecnica intraoperatoria nIORT®. Nei modelli di simulazione con il codice MCNP ver. 6.1 tale sorgente è stata riprodotta e circondata da un Beam Shape Assembly (BSA), essenzialmente costituito da schermaggi ed un collimatore che “convoglia” i neutroni verso la finestra di irraggiamento dove viene posizionato il tessuto tumorale (a ferita aperta come previsto dalle tecniche intraoperatorie). In un precedente lavoro sono state analizzate due sorgenti con intensità diverse - 3.0 1010 e 3.3 109 n s-1 - ottenute con una corrente ionica di 10 mA e tensioni DC di 400 kV e 100 kV, rispettivamente. Nel presente, si è ottimizzato il design del BSA per il CNG da 100 kV mediante indagini parametriche, in cui si sono variati sia la forma del collimatore sia il diametro della finestra di irraggiamento e valutati i corrispondenti livelli di flusso e di dose in un tessuto biologico posto di fronte ad essa. Le simulazioni MCNP hanno: • confermato le ottime prestazioni del CNG-BSA, che raggiunge i livelli di dose auspiscati - i clinical end-points di 10 e 20 Sv previsti nei trattamenti intra-operatori “boost” e “radical” (e volendo anche più elevati) - con tempi di irraggiamento limitati in un intervallo compreso tra i 5 e i 10 minuti; • dimostrato la versatilità della sorgente “switch-on/switch-off”, il cui diametro della finestra di irraggiamento può variare tra 1 e 6 cm, ed è quindi potenzialmente utilizzabile per letti tumorali di diverse dimensioni (e condizioni). Le ridotte dimensioni (e peso <100 kg) consentono la movimentazione da remoto del CNG-BSA mediante un braccio robotico: tali caratteristiche, combinate con la possibilità di scelta della dimensione del fascio, lo rendono potenzialmente idoneo al trattamento di quasi tutti gli organi/parti del corpo.

MCNP analyses of the 100 kV D-ion-based compact neutron source: irradiation performances for nIORT® treatments with different irradiation window diameters

Massimo Sarotto;
2022

Abstract

Lo scopo principale del lavoro è la progettazione di un collimatore per sorgenti neutroniche compatte da utilizzare per l’irraggiamento dei materiali. L’irraggiamento neutronico ha un dominio di applicazione molto ampio e l’installazione di una sorgente è fondamentale per il progetto LINCER, in cui è prevista la realizzazione di un “Laboratorio per la caratterizzazione di Irradiatori Neutronici Compatti in Emilia Romagna” presso il centro ricerche ENEA del Brasimone. Un'ambiziosa applicazione per sorgenti compatte è rappresentata dalla Neutron Capture Therapy (NCT) finalizzata alla radioterapia oncologica che richiede livelli di flusso elevati (108 cm-2 s-1) per limitare il tempo di irraggiamento del paziente. In collaborazione con TheranostiCentre Srl (TC), è stata analizzata la possibilità di utilizzare un Compact Neutron Generator (CNG) innovativo basato sulla reazione di fusione deterio-deuterio (DD, che produce neutroni da 2.45 MeV) per irraggiare tumori superficiali solidi con la tecnica intraoperatoria nIORT®. Nei modelli di simulazione con il codice MCNP ver. 6.1 tale sorgente è stata riprodotta e circondata da un Beam Shape Assembly (BSA), essenzialmente costituito da schermaggi ed un collimatore che “convoglia” i neutroni verso la finestra di irraggiamento dove viene posizionato il tessuto tumorale (a ferita aperta come previsto dalle tecniche intraoperatorie). In un precedente lavoro sono state analizzate due sorgenti con intensità diverse - 3.0 1010 e 3.3 109 n s-1 - ottenute con una corrente ionica di 10 mA e tensioni DC di 400 kV e 100 kV, rispettivamente. Nel presente, si è ottimizzato il design del BSA per il CNG da 100 kV mediante indagini parametriche, in cui si sono variati sia la forma del collimatore sia il diametro della finestra di irraggiamento e valutati i corrispondenti livelli di flusso e di dose in un tessuto biologico posto di fronte ad essa. Le simulazioni MCNP hanno: • confermato le ottime prestazioni del CNG-BSA, che raggiunge i livelli di dose auspiscati - i clinical end-points di 10 e 20 Sv previsti nei trattamenti intra-operatori “boost” e “radical” (e volendo anche più elevati) - con tempi di irraggiamento limitati in un intervallo compreso tra i 5 e i 10 minuti; • dimostrato la versatilità della sorgente “switch-on/switch-off”, il cui diametro della finestra di irraggiamento può variare tra 1 e 6 cm, ed è quindi potenzialmente utilizzabile per letti tumorali di diverse dimensioni (e condizioni). Le ridotte dimensioni (e peso <100 kg) consentono la movimentazione da remoto del CNG-BSA mediante un braccio robotico: tali caratteristiche, combinate con la possibilità di scelta della dimensione del fascio, lo rendono potenzialmente idoneo al trattamento di quasi tutti gli organi/parti del corpo.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/20.500.12079/60152
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