重水設備について

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つかさはにうだ
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1 京都大学原子炉実験所放射線生命医科学研究本部医学物理学分野田中浩基平成 23 年 6 月 28 阪大 RCNP

2 中性子捕捉療法 Boron Neutron Caputure Therapy

3 中性子捕捉療法薬剤の集積性 HO HO boronophenylalanine(bpa) B CH 2 sodium borocaptate (BSH) NH 2 C H COOH 18 F で標識した BPA の陽電子放出断層撮像 (PET)

世界の BNCT 施設 R2-0 スウェーデン研究炉 (2001~2005)52 例 FiR-1 BMRR フィンランド研究炉 (1991~)260 例ブルックヘブン医学研究炉 (1951~19 LVR-15チェコ研究炉 (2000~)2 例 61 1994~199 JRR-4 9)99 例

4 世界の BNCT 施設 R2-0 スウェーデン研究炉 (2001~2005)52 例 FiR-1 BMRR フィンランド研究炉 (1991~)260 例ブルックヘブン医学研究炉 (1951~19 LVR-15チェコ研究炉 (2000~)2 例 ~199 JRR-4 9)99 例 HFRPペッテン研究炉 (1997~)22 例日本原子力研究開発機構 133 例イタリア研究炉 (2002~)2 例 KUR 京都大学原子炉 309 例 THOR 台湾研究炉 8 例 (2010~) MITR マサチューセッツ工科大学 (1959~ ~1999 9)42 例アルゼンチン研究炉 (2003~)7 例

日本の BNCT 施設 KUR 東京大学 JRR-4 筑波大学京都大学川崎医科大学香川小児病院

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6 KUR 重水照射設備 Heavy Water Neutron Irradiation Facility 脳腫瘍頭頸部癌脳腫瘍

7 研究炉 BNCT 原子炉は極めてシンプルな構造であり中性子源としては非常に優秀 :KURは臨床研究を推進設置場所が限られるとともに新規設置が困難定期検査で使用できない期間 (3か月) がある一度トラブルがあると安全性の確認に時間がかかる世界中で現有する研究用原子炉は老朽化医療機器を目指した新規中性子源を確保するためには加速器を用いたシステムでないと

BNCT 用加速器中性子源加速器減速体系ビーム電流ターゲット除熱中性子ビーム強度熱外中性子束 :1 10 9 cm -2 s -1 以上

8 BNCT 用加速器中性子源加速器減速体系ビーム電流ターゲット除熱中性子ビーム強度熱外中性子束 : cm -2 s -1 以上高速中性子の熱外中性子との線量比 Gy/cm -2 以下 ( Gy/cm -2 ) 混在 γ 線の熱外中性子との線量比 Gy/cm -2 以下

9 陽子加速器 (BNCT に関して ) Proton Energy Ep<3MeV 3MeV<Ep<10MeV 10MeV<Ep<100MeV Ep>100MeV Accelerator 静電加速器 RFQ ライナックサイクロトロンサイクロトロン FFAG シンクロトロンサイクロトロン FFAG Reaction Proton Energy Ep Yield (Neutron/ Proton) Melting Conductivity (W/m/K) Neutron Energy 7 Li(p,n) 7 Be x ~0.5 小 9 Be(p, n) 9 B x Ep に依存大 Ta(p,xn) x Ep に依存大 Moderator Size Trade off 必要電流量ターゲット除熱減速体系の大きさ減速後中性子発生量

10 世界で検討 ( 計算評価 ) 中の BNCT 用加速器中性子源 Country Institute Reaction Energy(MeV) Current(mA) UK Birmingham Univ 7 Li(p,n) 7 Be USA MIT 7 Li(p,n) 7 Be 1.95 >5 USA BNL 7 Li(p,n) 7 Be USA Ohaio St. Univ. 7 Li(p,n) 7 Be Argentina Depar. of Fisica 7 Li(p,n) 7 Be Belgium IBA 7 Li(p,n) 7 Be Russia IPPE 7 Li(p,n) 7 Be Japan KURRI 7 Li(p,n) 7 Be Italy San Giovanni Hosp. 2 H (d,n) 3 He Italy INFL-LNL 7 Be(p,n) 5 30 Japan HITACHI 7 Be(p,xn) Japan FFAG-DDS 7 Be(p,xn) Japan Tohoku Univ. Ta(p,xn) Japan Kyushu Univ. Ta(p,xn) Japan Engineering Ta (p,xn) Development 世界中でいまだ治療可能 ( 動物照射も ) なBNCT 加速器中性子源は実現していない

11 京都大学原子炉実験所イノベーションリサーチラボラトリ 2007 年 8 月住友重機械工業と共同研究開始 2008 年 12 月装置搬入終了 2009 年 3 月 RI 施設検査合格中性子発生試験開始 Innovation Research lab. Medical Area 治療計画室 3F Kyoto University Research Reactor Institute@KUMATORI 医用加速器室 KUR KUCA 2F Innovation Research lab. 1F 中性子照射室

12 レーザーマーカ CR 装置照射装置治療台 ( 座位および臥位に対応 ) 座位臥位患者の位置決め装置

13 サイクロトロンベース熱外中性子源住友重機械工業社製サイクロトロン型式 :HM30 加速粒子 : 水素負イオン (-H) 加速エネルギー :30MeV 陽子電流 : 1.1mA( 最大 2mA) 出力 : 33kW( 最大 60kW) 1620 mm 3030 mm 1724 mm

14 サイクロトロンベース熱外中性子源

15 中性子発生ターゲット Be target thickness is 5.5 mm (proton range :5.8 mm at 30MeV) Cooling water outlet Cooling water Inlet

16 ターゲットの放射化 Irradiation Period Cooling Period

17 ベリリウムターゲットからの中性子スペクトル高い中性子収量低い放射化高融点ターゲットの性質ベリリウムを選択高エネルギー領域で差異 : 皮膚線量に影響 ENDF/B -VII Bertini Model 広角で大きな差異

18 中性子スペクトル測定実験放射線医学総合研究所サイクロトロン施設 : 汎用照射室ターゲット厚さ 6mm> 30MeV 陽子の飛程 5.8mm

19 測定回路

20 データ解析検出効率エネルギー分解能

21 結果全エネルギー領域に渡って実験値を過大評価高エネルギー領域を模擬できていない ENDF/B -VII Bertini Model スペクトルの形状はおおむね一致熱外中性子源の設計には ENDF/B-VII ただし 0.7 倍

22 RCNP-W コース Proton current ~0.9uA

23 中性子発生ターゲット Be 30MeV Ta 30MeV

24 減速体系の最適化 Tumor dose = (D n + D h ) RBE n + D γ RBE γ + D 10B CBE t C t Normal dose = (D n + D h ) RBE n + D γ RBE γ + D 10B CBE n C n The more effective neutron energy is around 10 kev RBE,CBE Normal Tumor 10 B N 3 3 H 3 3 G 1 1 Normal Tumor 13 ppm 45.5 ppm

25 減速体系 Pb : used as a breeder and a reflector for high energy neutrons Fe : used as a moderator Al and CaF 2 : used as a shaper for epi-thermal region Polyethylene : used as a shielding for high energy neutrons

26 減速過程 MCNPX による計算体系 D C B A

27 水ファントム照射実験 MCNPX による計算体系水ファントム TLD(BeO) Au Ge 半導体検出器 Au+Cd チューブ

28 Reaction rate Detection efficiency Gamma emission ratio Decay factor Counts of photo peak MCNPX による計算体系 Correction of cooling time Correction of measuring time Correction of irradiation time Cadmium ratio Reaction rate of thermal neutrons

29 水ファントム中熱中性子束分布 ( 実測 )

30 ビーム軸上熱中性子束分布 300mm 200mm

31 ビーム軸方向ガンマ線線量分布 300mm 200mm

32 多重放射化箔測定

33 熱外中性子束と陽子電流の関係

34 KUR ビームとの比較 1.22E09

35 線量分布比較より深い部分に線量を付与できるように Source surface n,γ Mean dose18% up Mean dose10% up

36 まとめサイクロトロンを用いた熱外中性子源を開発し BNCT の治療に適応可能な (cm -2 s -1 ) の熱外中性子強度を得ることに成功高速中性子成分ガンマ線成分の混入 : 基準を満たす深部線量分布が向上マウス細胞照射実験が終了し治験を開始する準備を進めている核データ中性子エネルギー角度二重微分断面積中性子発生ターゲット陽子重陽子入射線量導出のための中性子輸送計算減速体系体内

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<4D F736F F F696E74202D B9E91E C982A882AF82E B CC82BD82DF82CC8E9F8AFA928690AB8E718CB 京都大学原子炉実験所 BNCT 推進室田中浩基櫻井良憲鈴木実増永慎一郎木梨友子近藤夏子楢林正流仲川洋介藤本望高田卓志渡邉翼代谷誠治高橋千太郎丸橋晃小野公二平成 27 年 1 月 16 日京大炉におけるビーム利用のための次期中性子源検討 WS3 中性子捕捉療法 Boron Neutron Caputure Therapy KUR の BNCT 症例世界の BNCT 施設