Abstract
本研究完成清華水池式反應器「中子捕獲治療超熱中子束」第二階段之設計及TRR-II反應器中子捕獲治療超熱中子束濾屏概念設計。研究中發現FLUENTAL能濾掉較多的快中子，不過相對的也會犧牲一些超熱中子。經過以FLUENTAL為材料之濾屏後，快中子與超熱中子通率之比值下降的相當多。因此將濾屏置於照射管最末端以保持快中子通率之強度，再使用FLUENTAL為濾屏材料有效降低穿過濾屏之快中子與超熱中子通率之比值，為本研究照射管設計之基本精神。此外，由於照射管內大部份為空區,在使用決定論法角分格程式TORT進行計算時需使用偏集角分格以減少射線效應(ray effect)造成計算結果之偏差。在清華水池式反應器「中子捕獲治療超熱中子束」第二階段之設計研究中，經由分析假體內劑量分佈，發現當超熱中子束的強度不夠時，雖然沒有足夠的超熱中子通率可犧牲去抑低假體入口的伴隨每一超熱中子之快中子劑量，但假體內之有利治療深度(AD)與有利治療比例(AR)並不會太差。更新後之濾屏設計自爐心出口一直到中子束出口，使用TORT與MCNP之計算結果相差在20%以內。與實驗值相比，水假體內加馬射線劑量率測量值與計算值相當吻合，中子束出口之超熱中子通率及假體內之熱中子通率計算值比測量值高三?五倍。在照射管加入匯聚，或者是於濾屏進口前之照射管加上Bi殼反射體，可以提高照射管出口之超熱中子通率與擬腦假體內之有利治療深度劑量(ADDR)。第二階段超熱中子束照射管設計顯示17Al + 8FLUENTAL + 17Al + 8FLUENTAL之濾屏設計，照射管加入匯聚，在爐心功率1MW下，可使濾屏出口超熱中子通率達1.42 x 109 n/cm2/s，照射管出口(假體入口)超熱中子通率達0.71 x 109 n/cm2/s，伴隨每一超熱中子之快中子劑量與加馬射線劑量在設計限值以內。假體內有利治療深度可達~7.6公分，有利治療比例達?3。在有利治療深度(7.6公分)處之腫瘤治療劑量為?24 cGy-Eq/min。而假體內二公分處腫瘤治療劑量達?80cGy-Eq/min。以2000cGy-Eq總治療劑量計所需照射時間可在30 ~ 90分鐘左右。在TRR-II反應器中子捕獲治療超熱中子束濾屏概念設計中，為了避免干擾爐心，使得D2O槽內之照射管口徑縮減至13.5cm x 13.5cm，儘管D2O槽外之照射管口徑為60cm x 60cm且照射點(濾屏出口)一路由距爐心480公分處移至距爐心250公分處，於10MW的功率下，濾屏出口超熱中子束通率只能達到?3 x 108 n/cm2/s；若在D2O槽內之照射管加上Bi反射體，可以再提高濾屏出口之超熱中子通率達?4 x 108 n/cm2/s。；若再變更濾屏材料組成，可以再提高濾屏出口之超熱中子通率達?8 x 108 n/cm2/s。而「加分裂板」之研究結果顯示，不論濾屏出口是否前移，於濾屏出口都能獲得較理想的超熱中子束通率，為TRR-II反應器中子捕獲治療超熱中子束設計較佳之選擇。