Features of accelerator-based neutron source for boron neutron capture therapy calculated by Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS)

粒子および重イオン輸送コードシステム(PHITS)によって計算されたホウ素中性子捕捉療法のための加速器ベースの中性子源の特徴

松谷 悠佑  ; 楠本 多聞*; 谷内 淑恵*; 平田 悠歩   ; 三輪 美沙子*; 石川 正純*; 伊達 広行*; 岩元 洋介   ; 松山 成男*; 福永 久典*

Matsuya, Yusuke; Kusumoto, Tamon*; Yachi, Yoshie*; Hirata, Yuho; Miwa, Misako*; Ishikawa, Masayori*; Date, Hiroyuki*; Iwamoto, Yosuke; Matsuyama, Shigeo*; Fukunaga, Hisanori*

ホウ素中性子捕捉療法(Boron Neutron Capture Therapy: BNCT)は、腫瘍細胞選択的にホウ素薬剤を集積させ、Bと熱中性子の核反応から発生する線やLiイオンを利用して、腫瘍細胞に効率的に治療する放射線療法である。近年開発の進む加速器型(病院設置型)中性子源により、将来的に数多くの医療施設でBNCTが普及すると期待されている。加速器型中性子源で、BNCTに用いる熱外中性子はLi(p,n)Be反応により生成する。様々な種類の放射線や粒子の挙動を模擬できる放射線輸送計算コードPHITSでは、近年の改良により、日本国内の評価済み核データライブラリー(JENDL-4.0/HE)を使用してLi(p,n)Be反応からの中性子生成の推定が可能となった。本研究では、病院設置型BNCTの治療効果の評価へ向けて、PHITSで考慮されている中性子発生断面積や中性子エネルギー分布の基礎的検証を行った。さらに、熱中性子や反跳陽子の発生数 を試算し、BFガス計数管や固体飛跡検出器CR-39の測定値と比較した。その結果、これらの検証により、PHITSコードがLiターゲットを使用して加速器から生成された中性子を正確に予測できることを確認した。この成果は、PHITSコードが加速器型中性子場の正確な評価と加速器型BNCTの治療効果の予測に有用であることを示すものである。

Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is a radiation therapy, which can selectively eradicate solid tumors by -particles and Li ions generated through the nuclear reaction between thermal neutron and B in tumor cells. With the development of accelerator-based neutron sources that can be installed in medical institutions, accelerator-based boron neutron capture therapy is expected to become available at several medical institutes around the world in the near future. Lithium is one of the targets that can produce thermal neutrons from the Li(p,n)Be near-threshold reaction. Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS) is a general-purpose Monte Carlo code, which can simulate a variety of diverse particle types and nuclear reactions. The latest PHITS code enables simulating the generation of neutrons from the Li(p,n)Be reactions by using Japanese Evaluated Nuclear Data Library (JENDL-4.0/HE). In this study, we evaluated the neutron fluence using the PHITS code by comparing it to reference data. The subsequent neutron transport simulations were also performed to evaluate the boron trifluoride (BF) detector responses and the recoiled proton fluence detected by a CR-39 plastic detector. As a result, these comparative studies confirmed that the PHITS code can accurately simulate neutrons generated from an accelerator using a Li target. The PHITS code has a significant potential for contributing to more precise evaluating accelerator-based neutron fields and understandings of therapeutic effects of BNCT.