contactanos


    Tesis

    Estudio de la reacción 9Be(d,n)10B como fuente de neutrones para la Terapia por Captura Neutrónica en Boro (BNCT)

    2014



    Tesista María Eugenia CAPOULAT
    Licenciada en Ciencias Físicas - Universidad de Buenos Aires - Argentina
    Doctora en Ciencia y Tecnología, Mención Física - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
    Director Dr. Andrés KREINER, CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina
     
    CodirectorDr. Daniel MINSKY, CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina
    Lugar de realizaciónGerencia Investigación y Aplicaciones - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
    Fecha Defensa 27/03/2014
    Jurado Dra. Silva BORTOLUSSI, INFN, Universidad de Pavia - Italia 
    Dr. Gustavo Alberto SANTA CRUZ, CNEA - Argentina
    Dr. Darío Esteban SANZ, FUESMEN, UNCuyo - Argentina
    Código IS/TD 79/14

    Título completo

    Estudio de la reacción 9Be(d,n)10B como fuente de neutrones para la Terapia por Captura Neutrónica en Boro (BNCT)

    Resumen

    La Terapia por Captura Neutrónica en Boro (BNCT, por sus siglas en inglés), es una terapia "binaria", actualmente en desarrollo a nivel internacional, para el tratamiento de ciertos tipos de cáncer muy resistentes a las radioterapias convencionales y para patologías para las cuales hoy en día solo existen tratamientos paliativos, de baja o nula efectividad o mutilantes, como tumores de grado alto del sistema nerviosos central, melanomas de diversos tipos y tumores de cabeza y cuello. La terapia consiste de dos etapas. En la primera etapa, se suministra al paciente un compuesto portador de 10B, isótopo estable que tiene una muy alta sección eficaz de captura de neutrones térmicos. Este compuesto se concentra preferentemente en las células tumorales. En una segunda etapa, se irradia al paciente con un haz de neutrones con energía apropiada según la profundidad del tumor a tratar. De esta forma, el capturador sufre la reacción nuclear 10B(n,a)7Li que ocurre en las células donde se ha concentrado el agente portador, emitiendo radiación muy energética y localizada (una partícula a y un ion de 7Li, con energías próximas al MeV, cuyos rangos son del orden del diámetro celular). Debido a la selectividad del compuesto portador, el daño se produce en las células tumorales (o en su entorno inmediato), sin producir daño significativo en las células normales. Un aspecto muy importante para el éxito de la terapia es poder contar con fuentes de neutrones suficientemente intensas (del orden de 109 neutrones/s cm2) y de la energía apropiada de acuerdo a la profundidad del tumor a tratar. Para tumores superficiales se requieren haces “térmicos” (<0.5 eV), mientras que para tumores profundos el haz de neutrones debe ser “epitérmico” (~10 keV). En la actualidad los reactores nucleares son las únicas fuentes de neutrones que se han implementado, tanto para I+D como para ensayos clínicos. Sin embargo existe un importante consenso en la comunidad científica de BNCT sobre la importancia de desarrollar fuentes de neutrones basadas en aceleradores de partículas. Por un lado, porque mediante reacciones nucleares apropiadas es posible generar haces de neutrones mucho más blandos que el espectro de neutrones de fisión de un reactor. Esto permite producir más fácilmente el haz epitérmico requerido, y por ende lograr una mayor calidad terapéutica. Por otra parte, pero no menos importante, por el mucho menor costo y complejidad un acelerador frente un reactor; y fundamentalmente porque un acelerador de partículas es instalable en un hospital (lo cual no es admisible para un reactor nuclear). Una de las reacciones de uso potencial en BNCT es la reacción 9Be(d,n)10B, cuya factibilidad se estudia en esta tesis. Si bien la reacción 7Li(p,n)7Be es la elegida para BNCT, la alternativa que se estudia aquí tiene ciertas ventajas en lo que concierne a su implementación práctica, fundamentalmente debido a las muy superiores propiedades termomecánicas del Be frente al Li y a la ausencia de radiactividad residual. Esta reacción, aunque no es óptima desde el punto de vista neutrónico, tiene la particularidad de que mediante la adecuada elección del espesor del blanco y la energía de bombardeo es posible eliminar buena parte de los neutrones más energéticos, lo cual contribuye significativamente a ablandar el espectro neutrónico. El estudio que se presenta aquí tiene por objetivo estudiar la posibilidad de generar, mediante la reacción 9Be(d,n)10B, haces de neutrones epitérmicos apropiados para el tratamiento de tumores profundos mediante BNCT. Como modelo de tumor profundo se consideró un tumor cerebral. Mediante simulaciones del transporte neutrónico y fotónico por Monte Carlo, se han evaluado las dosis en tejido sano y tumoral que se obtendrían utilizando blancos delgados (hasta ~8 micrones) y una corriente de 30 mA de deuterones con energías entre 1.2 y 1.45 MeV. Con el fin de obtener el mejor haz epitérmico posible se optimizó computacionalmente el sistema de conformación de flujos neutrónicos. Se ha encontrado posible entregar, en 1 h de tratamiento, dosis máximas de alrededor de 50 Gy-Eq en tumor manteniendo las dosis en los tejidos normales dentro de los límites tolerables establecidos en los protocolos clínicos. Palabras clave: BNCT – 9Be(d,n)10B – Fuentes de Neutrones Epitérmicos – Sistema de Conformación de Flujos Neutrónicos –Dosimetría Computacional –MCNP. "

    Complete Title

    Study of the 9Be(d,n)10B reaction as a neutron source for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)

    Abstract

    Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is a cancer therapy modality under development worldwide appearing as a promising alternative for diffuse, infiltrating and very radioresistant tumors, such as high-grade glioma, certain types of melanoma, head and neck tumors; and other pathologies for which there are only palliative, low-effectiveness or mutilating treatments. The therapy involves two steps. In the first one, the patient is administered with a 10B-carrying compound, which preferentially accumulates in tumor cells. 10B is a stable isotope with a high thermal neutron capture cross section. In a second step, the patient is irradiated with an intense beam of epithermal or thermal neutrons (for deep-seated or superficial tumors respectively). Neutrons are captured by 10B present in tumor cells producing high LET and short-range radiation (an α particle and a 7Li ion, whose ranges are comparable to the diameter of a cell) that damage the targeted cells without harming the surrounding healthy tissue significantly. The success of the therapy strongly depends on the neutron beam quality. For deep-seated tumors, an intense beam of “epithemal” neutrons (this is with energies about ~10 keV) is needed. The intensity must be of about ~109 n/s cm2, at least. For superficial tumors, “thermal” neutrons (energy < 0.5 eV) are better. So far, BNCT clinical trials have been carried out in nuclear reactor facilities. However, there is an important consensus in the scientific community about the mayor advantages of accelerator-based neutron sources. First, because the neutron spectrum from certain nuclear reactions is much softer than the one coming from fission. This make it easier to generate the “ideal” epithermal spectrum, and hence to produce a neutron field of better therapeutic quality. Also, but not less important, because of their much lower cost and level of complexity compared to a reactor-based facility, and mainly because they permit in-hospital siting. Several neutron-producing reactions have been proposed as potential neutron sources for BNCT. Among them, the 9Be(d,n)10B reaction is particularly interesting and its potential use has been thoroughly investigated in this thesis. Although the traditional 7Li(p,n)7Be reaction is better for BNCT, the potential use of a 9Be(d,n)10B-based source would imply a significant advantage concerning the practical implementation of a high-power target (such as required for BNCT), mainly due to the suitable thermal and mechanical properties of beryllium, and also because of the absence of residual radioactivity. Although the 9Be(d,n)10B reaction produces a relatively hard neutron spectrum, the appropriate choice of the target thickness and bombarding energy allows eliminating most of the highest energy neutrons. This significantly softens the primary neutron spectrum, and therefore enhances the therapeutic potential of the neutron source. The work carried out in this thesis is aimed at evaluating the potential use of the 9Be(d,n)10B reaction as an epithermal neutron source for the treatment of deep-seated tumors through BNCT. A brain tumor was considered as a deep-seated tumor model. Doses in tumor and normal tissues were evaluated by means of neutron and photon Monte Carlo transport simulations. This evaluation was carried out for target thicknesses up to ~8 micron and bombarding energies from 1.2 to 1.45 MeV. A 30 mA deuteron beam current was considered throughout. For each of the above mentioned configurations, the beam shaping assembly was optimized in order to obtain the best possible beam quality. It was found that maximum doses of about 50 Gy-Eq can be delivered to the tumor in 1 h treatment, keeping the dose to normal tissues below the adopted tolerances according to BNCT protocols.

    volver al listado

    Bajate la app del
    Instituto Sabato

    Una fuente de información útil y un canal de comunicación para toda la comunidad universitaria.

    PROXIMAMENTE