Введение к работе
Актуальность работы
Одной из фундаментальных проблем медицины является борьба с онкологическими заболеваниями. Терапия онкологических заболеваний помимо медикаментозного и хирургического вмешательства использует воздействие и ионизирующего излучения: электронов, протонов, сс-частиц, а также гамма-излучения и нейтронов, которые при прохождении создают заряженные частицы. Во многих случаях облучепие опухолей фотонами и электронами при лечении онкологических заболеваний оказывается малоэффективным. Доля таких пациентов по различным оценкам составляет от 10 до 30 % всех больных, которым показано использование нейтронного облучения.
В нейтронной терапии злокачественных новообразований используются как быстрые нейтроны с энергией от долей МэВ до нескольких МэВ (так называемая нейтрон-соударная терапия -НСТ), так и эпитепловые с энергией в диапазоне от нескольких эВ до десятков кэВ (нейтрон-захватная те-рапия-НЗТ).
Нейтрон-захватная терапия опухолей представляет собой сложную, многокомпонентную медицинскую технологию, предъявляющую высокие требования к параметрам нейтронного пучка, используемого для облучения, в особенности к его спектральному распределению и интенсивности. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют пучки нейтронов, выведенные из активной зоны ядерного реактора.
Энергии нейтронов, выведенных из активной зоны ядерного реактора, находятся в очень широком интервале - от долей МэВ до нескольких МэВ. Энергетический спектр нейтронов в пучке возможно изменять с помощью специальных фильтров и замедлителей, например, повышать среднюю энергию, убирая низкоэнергетическую компоненту (для НСТ) или оставлять эпитепловые нейтроны (для НЗТ). К числу преимуществ реакторных нейтронов для лучевой терапии по сравнению с другими источниками нейтронов относятся: высокая энергетическая и пространственно-временная стабильность нейтронных пучков; большие геометрические сечения пучков и равномерность потока по сечению; близкое к мононаправленному распространение нейтронов.
Широкомасштабное внедрение нейтронной терапии в клиническую практику онкологических диспансеров и радиологических центров страны в настоящее время полностью зависит от комплектования этих медицинских учреждеїшй интенсивными источниками нейтронов, поэтому разработка малогабаритных ядерных реакторов, ориентированных на генерацию нейтронов для лучевой терапии, представляется актуальной задачей.
Цели настоящей работы:
- нахождение оптимальной геометрии и состава активной зоны специализированной нейтрон-терапевтической реакторной установки, предна-
значенной для размещения на площадке клиники с пучками нейтронов для нейтрон-захватной и нейтрон-соударной терапии и удовлетворяющей сформулированным экологическим нормам и требованиям но безопасности;
нахождение оптимального состава фильтра и условий коллимации нейтронного пучка для получения наилучшего терапевтического выигрыша;
создание программы для нахождения наилучшего сценария облучения пациента при заданном расположении опухоли и се размерах с целью полу^ чения максимального терапевтического выигрыша;
Для достижения поставленных целей решены следующие задачи:
исследован ряд компоновок и топливных композиций состава активной зоны реактора;
оптимизирован состав и геометрия активной зоны реактора и определены ее характеристики;
обоснованы расположение и эффективность системы СУЗ;
оптимизированы система фильтров реакторной установки «МАРС», позволившая получить наилучшие показатели пучка нейтронов;
создана программа выбора сценария облучения пациента для достижения наибольшего терапевтического выигрыша.
Личным вкладом соискателя в представленную работу является:
проведение расчетных исследований и их анализ для нахождения оптимальных неитронно-физических характеристик активной зоны медицинского реактора и подборе системы фильтров выводного нейтронного пучка для достижения максимального терапевтического эффекта;
разработка оптимизационной программы для нахождения алгоритма облучения пациента с минимальным облучением здоровых тканей.
На защиту выносятся:
выбор топливной композиции (на основе 242шАт и ^U) и геометрии для медицинского реактора расположенного в клинике;
оптимизированные нейтронно-физические характеристики специализированного реактора для нейтронной терапии;
оптимизированные нейтронно-физические характеристики выходного пучка нейтронов;
расчетная программа по нахождению режима облучения при НЗТ с условием получения наибольшего терапевтического выигрыша.
Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:
рассчитаны, обоснованы и оптимизированы нейтронно-физические характеристики специализированного реактора для нейтронной терапии;
на основе оптимизации состава фильтра получены параметры пучка, лучшие среди известных и проектируемых реакторных установок;
разработано программное обеспечение для оптимизации сценария облучения пациента.
Обоснованность и достоверность полученных результатов работы подтверждается использованием различных методов и кодов (MCNP и ORIGEN) и хорошим согласием с расчетными данными, полученными другими авторами.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что предложены и обоснованы геометрия и состав активной зоны безопасного специализированного медицинского реактора, который может быть расположен непосредственно на территории онкологического центра.
Система фильтров реактора оптимизирована с целью получения максимального терапевтического эффекта.
Апробация работы
Ниже перечислены международные, всероссийские и отраслевые конференции и семинары, на которых представлялись материалы диссертационной работы.
IX Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров», Обнинск, 2005 г.
II Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине», Троицк, 2006 г.
VI Международная конференция «Ядерная и радиационная физика», Алматы, Казахстан, 2007 г.
X Международная конференции «Безопасность АЭС и подготовка кадров», Обнинск, 2007 г.
Ш Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине», Троицк, 2008 г.
VII Международная конференция «Ядерная и радиационная физика», Алматы, Казахстан, 2009 г.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в трёх статьях и восьми публикациях в сборниках тезисов докладов и трудах конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения, содержит 106 страниц, 43 рисунка, 51 таблицу, список литературы из 76 наименований.
