FOTOPRODUZIONE DI NEUTRONI DA ACCELERATORI LINEARI PER TRATTAMENTI DI BNCT

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FOTOPRODUZIONE DI NEUTRONI DA ACCELERATORI
LINEARI PER TRATTAMENTI DI BNCT
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PhoNeS (PhotoNeutronSource) OBIETTIVO
Sfruttare la fotoproduzione di neutroni dagli
acceleratori lineari per trattamenti NCT
LINAC da 18 MeV e 25 MeV già presenti in reparti
di radioterapia
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Produzione di fotoneutroni
testata
neutroni
Fascio gamma
Testata W 7.42 MeV Fe 10.9 MeV Cu 9 MeV
Pb 7.41 MeV
I neutroni sono prodotti per Risonanza Gigante di
Dipolo (G.D.R.) 1 MeV ltEnlt 3 MeV
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MISURE PRELIMINARI (INFN TS)
LINAC SATURNE 43 18MV Installazione del
collimatore presso lospedale Gemelli di Roma
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PREMESSA

• MCNP-GN Flusso medio attraverso una superficie
  n/cm2/e-

• Fattore di conversione n/cm2/e-
  n/cm2/s dipende dal LINAC

• Fattore di conversione 6.5E13 e-/s 1.7E14
  e-/s

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Prima configurazione
LINAC 25 MeV
GRAFITE
POLIETILENE
X
BISMUTO
TUNGSTENO
20cm x 20cm
C A V I T À di T R A T T A M E N T O
Z
20 cm X 20 cm
X
Y
55 cm
CAVITÀ DI TRATTAMENTO
22 cm
115 cm
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Spettro neutronico allinterno della cavità
(configurazione 1)
Flusso terapeutico 3.09E6 n/cm2/s
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Quarta configurazione
TUNGSTENO
PIOMBO
BISMUTO
GRAFITE
X
20cm x 20cm
ACQUA PESANTE
Z
10cm x 10cm
X
Y
55 cm
CAVITÀ DI TRATTAMENTO
115 cm
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Spettro neutronico allinterno della cavità
(configurazione 4)
Flusso terapeutico 8.93E7 n/cm2/s
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Confronto configurazioni
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ELECTRON MODE(25 MeV)
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Spettro neutronico allinterno della cavità (no
filtri)
Flusso terapeutico 9.05E7 n/cm2/s
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Confronto configurazioni
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Nuova configurazione
PIOMBO
GRAFITE
BISMUTO
TUNGSTENO
PLEXIGLAS
MATERIALE IDROGENATO (C10H13)
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Caratteristiche nuova geometria

• Superficie utile per fotoproduzione maggiore
• - Area utile 4 config. 1665.78 cm3
• - Area utile config. calotte 1801.06 cm3
  (7.5)
• Riflettore conico inserito allinterno della
  struttura
• Materiale idrogenato (C10H13) con una buona
  sezione durto di assorbimento per neutroni
  veloci

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CONFIG. CALOTTE (1 versione)
Flusso terapeutico 3.53E8 n/cm2/s
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CONFIG. CALOTTE (C10H13)
Flusso terapeutico 2.82E8 n/cm2/s
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Confronto configurazioni (elettroni)
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CONFRONTO CONFIGURAZIONI
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Confronto configurazioni (aria C10H13)
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Confronto config.4 (fotoni) vs config. calotte
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Calcolo figure di merito
Roma Calotte 1 config. C10H13
Dfast / Fterapeutico 3.61E-12 3.43E-12 1.73E-12
Dg / Fterapeutico ---- 1.99E-12 1.24E-12

• Valori raccomandati dallIAEA
• Dfast / Fepithermal ? 5E-13
• Dg / Fepithermal ? 3E-13

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Figure di merito reattori
Reattore Dfast / F Dg / F
HFR (Petten) 8.6E-13 1.0E-12
BMRR (Brookhaven) 4.3E-13 1.3E-13
MITR-II (MIT) 8.6E-13 1.3E-12

• Configurazione con C10H13
• . Dfast / F 1.73E-12
• . Dg / F 1.24E-12

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Flusso neutronico esterno
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CONFRONTO FLUSSI (NEUTRONI)
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Flusso gamma esterno
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CONFRONTO FLUSSI (GAMMA)
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Dose gamma
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Dose neutronica esterna
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Dose indesiderata cavità

• Dose indesiderata gamma 1.33E-17 Gy/e-
• Dose indesiderata neutroni veloci 2.36E-17
  Sv/e-
• IMPORTANTE
• Quantità confrontabili con i valori di dose
  indesiderata in un
• trattamento di radioterapia gamma con LINAC da
  15 e 18 MeV.

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(No Transcript)
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Work in Progress
13 cm
GAMBA
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STIMA PRELIMINARE

• Rapporto concentrazione boro tessuto sano
  tessuto tumorale 16
• (47 ppm tumore 8 ppm sano) (TAOrMINA)
• Dose utile per BNCT stimata 0.4 Gy-eq/min
  (PRELIMINARE)
• Dose utilizzata per trattamento TAOrMINA 5.6
  Gy-eq/min
• TAOrMINA 62 Gy-eq in 11 minuti
• PHONES 62 Gy-eq in 2.5 hrs

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Conclusioni

• Modalità elettroni (calotte)
  flusso neutronico maggiore
• Flusso terapeutico ottenuto 2.80E8 n/cm2/s
  (1E8 n/cm2/s)
• Ipotesi trattamento allarto con rapporto boro
  16 fra tessuto
• tumorale e tessuto sano ha stimato una dose di
  circa
• 0.4 Gy-eq/min rispetto i 5.6 Gy-eq/min di
  TAOrMINA

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Campi di applicazione
Fonte AIOM (Associazione Italiana di Oncologia
Medica )
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Calcolo della dose (Gy-eq)

• La valutazione dellefficacia clinica di un
  fascio per BNCT richiede il calcolo della dose
  sia nel tessuto sano sia in quello tumorale.

Dtot CF DB RBEN DN RBEH DH RBEg Dg
CF o CBE compound factor (1.3 tessuto sano 3.8
tessuto tumorale) DB dose fisica dovuta
al boro DN dose fisica dovuta allazoto
14N(n,p)14C RBEN efficacia biologica
relativa per lazoto (3.2) DH hydrogen dose o
dose veloce (dovuta a p di rinculo prodotti
dallinterazione di neutroni con energia gt 1 keV
con il tessuto) RBEH efficacia biologica
relativa per la dose veloce (3.2) Dg dose
gamma H(n,g)2H RBEgefficacia biologica relativa
per i fotoni (1)
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ELECTRON MODE(21 MeV)
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Calotte 21 MeV
Flusso terapeutico 1.68E8 n/cm2/s