FOTOPRODUZIONE DI NEUTRONI DA ACCELERATORI LINEARI PER TRATTAMENTI DI BNCT

1. FOTOPRODUZIONE DI NEUTRONI DA ACCELERATORI LINEARI PER TRATTAMENTI DI BNCT Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

2. 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 Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

3. W W W 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 <En< 3 MeV Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

4. MISURE PRELIMINARI (INFN TS) LINAC: SATURNE 43 18MV Installazione del collimatore presso l’ospedale Gemelli di Roma Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

5. Duty cycle: dipende dalla corrente ed è definito da (frequenza di emissione delle particelle) x (durata di un singolo impulso) Valori estremi: n = 200 Hz÷240 Hz; T = 3.5ms÷5 ms; I = 15 mA ÷23 mA (Numero di e-/s = 6.25E18(e-/s) x I x n x T) TAOrMINA: ~ 4E12 n/cm2 per T = 11 min. 6E9 n/cm2/s 20 – 30 sedute di 15 – 20 min. ciascuna flusso: ~ 1E8 n/cm2/s 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 Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

6. 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 Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

7. Spettro neutronico all’interno della cavità (configurazione 1) Flusso terapeutico = 3.09E6 n/cm2/s Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

8. 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 Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

9. Spettro neutronico all’interno della cavità (configurazione 4) Flusso terapeutico = 8.93E7 n/cm2/s Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

10. Confronto configurazioni Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

11. ELECTRON MODE(25 MeV) Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

12. Spettro neutronico all’interno della cavità (no filtri) Flusso terapeutico = 9.05E7 n/cm2/s Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

13. Confronto configurazioni Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

14. Nuova configurazione PIOMBO GRAFITE BISMUTO TUNGSTENO PLEXIGLAS MATERIALE IDROGENATO (C10H13) Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

15. Caratteristiche nuova geometria • Superficie utile per fotoproduzione maggiore - Area utile 4° config. : 1665.78 cm^3 - Area utile config. calotte : 1801.06 cm^3(+7.5%) • Riflettore conico inserito all’interno della struttura • Materiale idrogenato (C10H13) con una buona sezione d’urto di assorbimento per neutroni veloci Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

16. CONFIG. CALOTTE (1° versione) Flusso terapeutico = 3.53E8 n/cm2/s Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

17. CONFIG. CALOTTE (C10H13) Flusso terapeutico = 2.82E8 n/cm2/s Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

18. Confronto configurazioni (elettroni) Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

19. CONFRONTO CONFIGURAZIONI Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

20. Confronto configurazioni (aria – C10H13) Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

21. Confronto config.4 (fotoni) vs config. calotte Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

22. Calcolo figure di merito • Valori raccomandati dall’IAEA: • Dfast /Fepithermal  5E-13 • Dg / Fepithermal  3E-13 Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

23. Figure di merito reattori • Configurazione con C10H13: • . Dfast /F = 1.73E-12 • .Dg / F = 1.24E-12 Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

24. Flusso neutronico esterno Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

25. CONFRONTO FLUSSI (NEUTRONI) Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

26. Flusso gamma esterno Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

27. CONFRONTO FLUSSI (GAMMA) Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

28. Dose gamma Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

29. Dose neutronica esterna Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

30. 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. Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

31. Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

32. Work in Progress 13 cm GAMBA Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

33. STIMA PRELIMINARE • Rapporto concentrazione boro tessuto sano tessuto tumorale 1:6 • (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 Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005

34. Conclusioni • Modalità elettroni (calotte) flusso neutronico maggiore • Flusso terapeutico ottenuto 2.80E8 n/cm2/s (1E8 n/cm2/s) • Ipotesi trattamento all’arto con rapporto boro 1:6 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 Oscar Borla - Workshop in Turin – 18 Aprile 2005