水ファントム内深部反応率勾配を用いたBNCT用中性子源の高速中性子混入率判定法に関する基礎検討

Basic study of a determination technique of fast neutron component of neutron sources for BNCT based on a reaction-rate depth gradient in a water phantom

石川 諒尚; 田中 浩基*; 櫻井 良憲*; 中村 哲志*; 渡辺 賢一*; 鬼柳 善明*; 藤 暢輔   

Ishikawa, Akihisa; Tanaka, Hiroki*; Sakurai, Yoshinori*; Nakamura, Satoshi*; Watanabe, Kenichi*; Kiyanagi, Yoshiaki*; Toh, Yosuke

加速器BNCTでは、ターゲットから生じる高速中性子を、ビーム整形減速機構(BSA)により治療に適したエネルギー領域(熱外中性子)まで減速して利用する。しかしながら、BSAから取り出される中性子ビームには、一部高速中性子成分が混入しており、これが皮膚線量の増大などの好ましくない影響を及ぼすため、熱外中性子強度に対する高速中性子線量の比を高速中性子混入率と定義し、基準値を設けて規制している。ところが、特にLiターゲット用いた場合には、発生する高速中性子のエネルギーが低く、従来の閾値反応を利用した測定法ではBSAから出てくる高速中性子を測定することができず、現状、BNCT用中性子源の高速中性子混入率を測定する手法は確立されていない。そこで、我々は中性子エネルギーによる透過性の違いに着目し、水ファントム内深部の反応率勾配から高速中性子混入率を判定する手法(ReD-GraM)について検討した。ReD-GraMでは、小型中性子検出器を用いて水ファントム内ビーム軸方向のLi(n,t)反応率プロファイルを取得し、その深部における勾配が入射中性子エネルギーによって変化することを利用する。本研究では、PHITSを用いたモンテカルロシミュレーションにより、ReD-GraMの実現性検証のための計算を行った。また、KUR重水中性子照射設備においてCdフィルタの開口幅を変化させることで、熱中性子強度の違いが深部勾配に影響しないことを実証するための中性子計測実験を行った。PHITSを用いたモンテカルロシミュレーションでは、入射中性子ビームの高速中性子混入率の変化に応じて深部勾配が変化することを確認した。また、Cdフィルタ開口幅200-600mmの範囲で測定された水ファントム内深さ60-100mmの範囲の反応率プロファイルは、すべてのCdフィルタ開口幅において不確かさの範囲で一致した。これらのプロファイルについてその勾配を算出したところ、いずれも-4.710mm程度であった。この結果から、ReD-GraMは熱中性子強度の違いによる影響を受けないことを確認した。

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