Abstract
根據2001年清華水池式反應器超熱中子束設計的結論，在匯聚出口得到4.72 ×10^9 n/cm2.sec的超熱中子通率，伴隨每一超熱中子所產生的快中子劑量為2.1 ×10^(-11)cGy*cm2/n；伴隨每一超熱中子所產生的γ射線劑量為0.67 ×10^(-11)cGy*cm2/n；前向性指標J/Φ為0.753。而在考慮到原來熱中子柱土木結構的承載力限制之下，必須要將濾屏往外移36公分，後來再進一步調整濾屏組成，如此使得超熱中子通率略增20%，成為3.0×10^9 n/cm2.sec；快中子伴隨劑量為2.7 ×10^(-11)cGy*cm2/n；γ射線伴隨劑量為0.54 ×10^(-11)cGy*cm2/n。本研究的目標是在符合設計限值的要求下，調整中子束的設計，以期挽回超熱中子束的品質。本研究的所有模擬，皆是使用遷移模擬計算程式MCNP4C與截面庫ENDF/B-6，計算平台為本實驗室的hypercluster PC叢集系統，作業系統為Redhat Linux 6.1。首先，將濾屏出口的Bi厚度縮短為10公分，如此也可縮短從爐心到匯聚出口的距離。在濾屏配置方面，維持原來10cm Al + 16cm FLUENTAL + 10cm Al + 24cm FLUENTAL的設計。若再更進一步考慮減輕原熱中子柱土木結構的承載力，考慮將36公分空區周圍的反射體Pb移除，結果發現這是不可行的設計，會使得部分中子散逸。而在芬蘭VTT公司BNCT計畫主持人Iiro的建議下，將匯聚出口兩側的Bi往內移動10公分，結果這會讓在匯聚出口兩側的快中子通率和劑量率會有上升的現象。在匯聚設計部分，考慮到Bi造價成本高，而且6Li受管制不易取得，因此考慮將匯聚出口的配置由Bi＋6Li的組合改變為Pb＋Li-nat.的組合，並且將濾屏後方的Cd片加大，這樣的改變使得在匯聚出口的熱中子和γ射線通率皆會大幅提昇。為了使治療點的選擇上更有彈性，我們考慮在除了在匯聚出口照射外，還能在離出口10公分之後做治療，因此考慮到J+ /Φ的重要性。我們將匯聚整體長度拉長，結果是使得匯聚出口的J+ /Φ增加，讓離匯聚出口10公分之處也是個不錯的照射點選擇。若考慮到治療不限於腦癌病患，而將匯聚出口直徑加大，在離匯聚出口10公分照射其他如肝癌的病患也是可行。在研究匯聚出口材料的組成時發現Li2CO3和PE配置的問題，考慮了多種比例組合，發現Li2CO3為40%是較為適合的，這個設計會讓出口部分的熱中子和γ射線通率大幅下降，達到低污染的超熱中子束的品質要求。觀察完free beam的特性之後，我們觀察在假體內劑量的變化。置放假體在匯聚出口0公分和10公分之下觀察，並假設使用BPA藥物，其硼濃度在腫瘤和正常組織比為30ppm：10ppm、44ppm：12.7ppm、65ppm：18ppm三種藥物做計算並和國際上現有的超熱中子束比較。結果發現，在假體內的表現並不輸給芬蘭、瑞典這些國家。另外在射束出口鉛板周圍的混擬土區的γ射線劑量有過高的現象，再加上治療室的土木結構以及原熱中子柱在拆除時，內部γ射線劑量過高導致難以施工，因此決定將射束出口再度外移30公分。結果發現在射束出口外移30公分之後，在出口0公分以及10公分的能譜並無改變，僅中子束強度減弱為60%。在假體內的熱中子束峰值都發生在2~2.5公分處，有效治療深度為9公分，有效治療比例為5.6，最大治療比例為6，治療時間可控制在30分鐘之內。