Desarrollo y Construcción de un Blanco de Producción de Neutrones de Carbono, orientado a la Terapia por Captura Neutrónica en Boro con Aceleradores
2023
| Tesista | Alma Agostina BERTOLO |
| Directores | Dr. Andres J. Kreiner. CNEA, UNSAM - Argentina |
| Lugar de realización | Sub-Gerencia Tecnología y Aplicaciones de Aceleradores - Gerencia Investigación y Aplicaciones (CAC-CNEA) - Argentina |
| Fecha Defensa | 24/05/2023 |
| Jurado | Dra. Ana Laura LARRALDE. INTI - Argentina |
| Código | ITS/TD-165/23 |
Título completo
Desarrollo y Construcción de un Blanco de Producción de Neutrones de Carbono, orientado a la Terapia por Captura Neutrónica en Boro con Aceleradores
Resumen
El presente trabajo se encuentra enmarcado en el proyecto que contempla el desarrollo, la construcción e instalación de un acelerador de partículas y sus sistemas asociados, para la implementación de la Terapia por Captura Neutrónica en Boro con Aceleradores (AB-BNCT). Este proyecto interdisciplinario es llevado a cabo por la Sub-Gerencia de Tecnología y Aplicaciones de Aceleradores de la Gerencia de Investigación y Aplicaciones (GIyA) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA).
En este contexto, el objetivo general de esta tesis es contribuir al desarrollo de BNCT en la Argentina y a su consolidación como innovación terapéutica en el campo de la terapia radiante. Particularmente, la presente investigación se centra en el desarrollo y construcción de un blanco de carbono, como fuente de producción de neutrones, mediante reacciones nucleares inducidas por un haz de partículas cargadas, especialmente por las reacciones 12C(d,n)13N y 13C(d,n)14N, siendo la reacción de 13C la de mayor producción neutrónica.
Este trabajo comprende el diseño y desarrollo del proceso de fabricación de blancos de carbono, estudiando las diferentes variables del proceso, a partir del análisis detallado de la caracterización de las muestras fabricadas, de manera de obtener un blanco eficiente y estable ante las solicitaciones termomecánicas. Asimismo, para evaluar los efectos de la radiación en estos materiales, los blancos de carbono obtenidos fueron irradiados con un haz de protones de 150 keV en el acelerador electrostático tipo tandem TANDAR de la CNEA, y posteriormente se realizó una caracterización completa de estas muestras mediante diversas técnicas, para evaluar su comportamiento. Los resultados de estos estudios permitieron establecer que, aunque las muestras irradiadas presentaron cambios de estructura química y microestructurales en su superficie, los blancos de 12C y 13C son estables y mantendrían su rendimiento tras la irradiación.
Asimismo, la colaboración con instituciones internacionales, posibilitó realizar en forma experimental el estudio de los espectros neutrónicos de los blancos obtenidos, mediante la generación de neutrones a partir de la incidencia de un haz de deuterones. Estas irradiaciones se realizaron en el acelerador Wolverine del Michigan Ion Beam Laboratory (MIBL), de la Universidad de Michigan.
Palabras clave: Blanco de producción de neutrones, aceleradores, BNCT, carbono, caracterización, 13C(d,n)14N.
Complete Title
Development and construction of a carbon neutron production target for boron neutron capture therapy with accelerators
Abstract
The present work is framed in the project that contemplates the development, construction and installation of a particle accelerator and its associated systems for the implementation of Accelerator-Based Boron Neutron Capture Therapy (AB-BNCT). This interdisciplinary project is carried out by the National Atomic Energy Commission (CNEA), in Argentina.
In this context, the general objective of this thesis is to contribute to the development of BNCT in Argentina and its consolidation as a therapeutic innovation in the field of radiation therapy. Particularly, the present research focuses on the development and construction of a carbon target, as a source of neutron production, by means of nuclear reactions induced by a charged particle beam, especially by the reactions 12C(d,n)13N and 13C(d,n)14N, being the 13C reaction the one with the highest neutron production.
This work includes the design and development of the fabrication process, studying the different variables of the process, from the detailed analysis of the characterization of the fabricated samples, in order to obtain an efficient and stable target under thermomechanical stresses. Furthemore, to evaluate the irradiation effects on these materials, the carbon targets were irradiated with a 150 keV proton beam at the injector of the tandem accelerator TANDAR, and subsequently a complete characterization of these samples was carried out by different techniques to evaluate their behavior. The results of these studies allowed to establish that, even though the irradiated samples presented microstructural and chemical structure changes on its surface, the 12C and 13C targets are stable and would maintain their performance after irradiation.
Likewise, collaboration with international institutions made it possible to study the neutron spectra of the targets obtained, by generating neutrons from the incidence of a deuteron beam. These irradiations were carried out in the Wolverine accelerator of the Michigan Ion Beam Laboratory (MIBL), of the University of Michigan.
Keywords: Neutron production target, accelerator, BNCT, carbon, characterization, 13C(d,n)14N.
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