BNCT系统快速中子产生与减速的实验研究

　　BNCT是一种二元疗法，它利用一次中子束及其捕获剂硼10通过硼107Li反应产生α和Li核。产生的子核在人体细胞中具有短距离，然后将被捕获在肿瘤部位，它们将沉积所有能量以杀死恶性肿瘤细胞。这种细胞放射疗法已经从过去的一些临床试验中获得了乐观的结果，这鼓励了其发展成为未来的另一种正式的癌症治疗方法。然而，自1951年首次临床试验以来，核反应堆一直是硼中子治疗的主要和唯一中子源。这基本上是BNCT在医院环境中广泛应用的主要问题。因此，自90年代末以来，基于加速器的BNCT一直是解决此问题的最佳技术方法。
　　 迄今为止，世界上有许多正在进行的AB-BNCT研究，例如日本，俄罗斯，英国和阿根廷。提到的所有这些设施只有一个光束端口，一次只能进行一次治疗。由于BNCT需要复杂的准备工作和相对较长的治疗时间才能获得满意的治疗效果，因此一个疗程可能会占用半天的时间。因此，为了在保持适度的能量消耗的同时增加可能的处理数量，我们提出了一种紧凑的AB-mBNCT，它可以提供高质量的中子束，并具有高强度的中热通量。
　　 拟议的AB-mBNCT系统在W目标上实现了50MeV质子束，以产生快速中子。但是，这些快中子不能直接用于治疗，因为用于BNCT的中子束除了超热中子通量外，还具有非常严格的要求。这些条件包括极快的中子分量，低的伽马污染和其他因素。因此，快中子需要进一步减速。据此，许多工作研究了可能的材料组合，以用作中子缓和的光束整形组件。至于拟议的AB-mBNCT，我们选择了Fe，AlF3和Teflon作为AB-mBNCT中减速器组件的主要材料。分别通过24cm的Fe，AlF3和Teflon缓和后的中子能谱的示例，以及通过PHITS模拟对这些材料的组合进行缓和的例子。他们每个人都有不同的有效能量区域用于快速中子减速，就像我们对以前使用减速效率参考参数的研究所期望的那样。因此，本研究旨在通过使用测试主持人组件进行的实验来验证在PHITS中计算出的这种适度，其中包括上述所有材料，以及用作热中子吸收剂的LiF薄层。
　　 此外，本研究的目的还在于在任何调节之前确定中子的快速产生。由于初级中子产率直接影响缓和的中子束，因此在使用主持人进行实验之前进行确认非常重要。尽管先前的工作已经报道了在50MeV时W反应的实验性厚靶中子产量差异，但没有与PHITS代码中采用的核内级联模型进行比较。因此，为了实现这些目标，在RCNP回旋加速器设施上使用W标靶进行了两个测试实验。
　　 该实验使用了来自AVF回旋加速器的53MeV质子束到20×20平方毫米宽W靶，厚度为0.2毫米。通过飞行时间方法检测产生的快中子。他们被允许在RCNP的N0路线的TOF隧道中通过10m的飞行距离。通过沿着弯曲磁体的磁场中的中心轨迹改变W目标位置来改变测量角度。使用常规的NIM电子设备和CAMAC模块获取数据。
　　 由于中子脉冲由于其较慢的荧光作用而趋向于具有较大的输出信号电荷Q的尾巴，因此通过脉冲形状鉴别分析所获取的数据。伽马和中子通过直方图投影从尾Q到总Q谱分离。取尾Q与总Q的比率，我们确定比率较大的数据是中子，而比率较小的数据是伽马射线。
　　 NE213检测器的检测器效率是通过积分在SCINFUL-QMD中计算的响应函数获得的。电子输出的偏差水平估计为通道来实现MeVee。对应于不同偏置水平的检测器效率。由于偏置电平仅对检测器效率产生轻微影响，因此采用0.57MeVee的偏置电平平均值。
　　 所有计算均使用JAEA，RIST和KEK开发的PHITS进行。代替先前提出的AB-mBNCT中使用的50MeV，而是使用53MeV的质子束来简化直接的实验比较。为了研究实验大厅中的中子散射效应，使用已知的入射中子光谱通过PHITS计算探测器位置处的TOF分布。在计算中，使用了RCNP中N0路线和TOF隧道的真实几何形状。将TOF转换为E后入射中子光谱与检测光谱之间的比较。检测光谱与入射光谱非常匹配。这表明，厚的屏蔽层和较长的飞行长度可充分抑制大多数背景散射。因此，为了减少计算时间，不使用实验大厅的真实几何形状与实验结果进行交叉比较。
　　 在53MeV时W目标的积分角中子产率与PHITS计算中0度和45度屈服角下的Bertini+GEM模型一致。另一方面，INCL+GEM模型高估了所有角度的集成产率在20-23％之内。尽管两个模型的角度都较小，但是Bertini+GEM模型的角中子谱与E<40MeV的实验结果显示出更好的一致性。外推这些图，我们可以得出结论：PHITS中采用的Bertini+GEM模型能够估算E<40MeV的快中子的角中子能谱。
　　 至于缓和中子束的测量，R(E)exp与PHITS计算结果显示可接受的一致性。因此，我们通过结合PHITS模拟估计的AB-mBNCT系统建议的主要材料，确认了适度性。为了进一步提高此类研究的主要结果的可靠性和可靠性，有必要进一步努力以改善该实验引起的误差。应该研究EJ270塑料闪烁体的探测器响应，以便通过仿真更好，更直接地比较中子能谱。此外，应该考虑使用一种更有效的检测方法，该方法利用沉积在探测器中的中子能量来代替TOF测量，以消除任何扭曲的TOF与能量相关性的可能性。掺杂有6种元素的半导体或无机探测器Li或硼10是未来BNCT潜在的中子探测器，因为它们具有良好的能量分辨率以及对超热和快中子的敏感性。