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まいえあんさい
4 years ago
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1 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

2 中性子捕捉療法 Boron Neutron Caputure Therapy

3 KUR の BNCT 症例

世界の BNCT 施設 HFRP ペッテン研究炉 (1997~)22 例 FiR-1 フィンランド研究炉 (1999~2012)311 例 R2-0 スウェーデン研究炉 (2001~2005)52 例 LVR-15 チェコ研究炉 (2000~)2 例イタリア研究炉 (2002~)2 例 JRR-2 日本原子力研究開発機構 33 例 JRR-4 日本原子力研究開発機構 107 例 HTR 日立炉

4 世界の BNCT 施設 HFRP ペッテン研究炉 (1997~)22 例 FiR-1 フィンランド研究炉 (1999~2012)311 例 R2-0 スウェーデン研究炉 (2001~2005)52 例 LVR-15 チェコ研究炉 (2000~)2 例イタリア研究炉 (2002~)2 例 JRR-2 日本原子力研究開発機構 33 例 JRR-4 日本原子力研究開発機構 107 例 HTR 日立炉 (1968~1974)13 例 BMRR ブルックヘブン医学研究炉 (1951~ ~1999)99 例 MuITR 武蔵工業大学原子炉 (1977~1989)108 例 KUR 京都大学原子炉 511(+53 例 ) MITR マサチューセッツ工科大学 THOR 台湾研究炉 37 例 (2010~) (1959~ ~ 1999)42 例 Copyright (C) ZENRIN DataCom CO.,LTD. All Rights Reserved. Copyright (C) ZENRIN CO., LTD. All Rights Reserved. アルゼンチン研究炉 (2003~)7 例

5 原子炉中性子源重水設備

6 加速器中性子源加速器減速体系ビーム輸送系照射台

7 加速器中性子源加速器減速体系ビーム電流ターゲットの熱除去熱外中性子束 > cm -2 s -1 ビーム強度 IAEA-TECDOC-1223 推奨値高速中性子線量含有 < Gy cm -2 ( 現状 Gy cm -2 ) ガンマ線線量含有 < Gy cm -2

8 Reaction Proton Energy Ep<3MeV 3MeV<Ep<8MeV 8MeV<Ep<100MeV Ep>100MeV Proton Energy Ep 加速器中性子源 Yield (Neutron/ Proton) Melting Accelerator 静電型加速器高周波型加速器直線加速器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 Conductivity (W/m/K) Neutron Energy 7 Li(p,n) 7 Be x ~0.5MeV 小 9 Be(p, n) 9 B 4 1.6x 陽子エネルギーに依存 9 Be(p, n) 9 B x 陽子エネルギーに依存 Ta(p,xn) x 陽子エネルギーに依存トレードオフビーム電流減速体系のサイズターゲットの熱除去減速体系後の中性子強度 Moderator Size 大大大

9 加速器中性子源考慮すべき項目 1ターゲットでの熱除去 2ターゲットのブリスタリング 3 放射化 4 生成中性子量 5 減速体系の設計 6 加速器電流電源冷却水

10 1 ターゲットでの熱除去 1kW の熱負荷を毎分 1 リットルの水で冷却するときの水温の上昇は 14.4 =1kWx60secx0.24/1000 熱負荷密度が均一に 2MW/m 2 (50kW/250cm 2 ) よりも大きい場合は核沸騰領域での熱伝達にしなければならずヒートシンクの冷却水配管内部の温度は 100 以下にできない沸騰を継続的に起こすために流速を高速にする必要あり ( 水圧を数気圧 ) 沸点上昇 (5atm で 150 ) 陽子エネルギー 2.5MeV 20mA =50kW 陽子バッキング材での温度勾配を考えるとさらに高くなる陽子ビームを均一に照射する技術熱勾配による熱応力発生液体 Li を用いたプロジェクト陽子核沸騰領域拡大図

11 2 ターゲットのブリスタリングブリスタリング : ターゲット内に荷電粒子が留まり気泡が発生剥離する原因ブリスタリングバッキング材と冷却水路陽子ベリリウムターゲット 10 MeV 陽子 1uA 2 hours. ブリスタリングを起こしにくいバッキング材の開発が必須ターゲット陽子陽子の飛程 0.8 mm 10MeV in Be 陽子の飛程 0.23mm 2.5MeV in Li 飛程の 2~3% が飛程ストラグリングでばらつきを生じるベリリウム厚さ 5.5 mm ( 陽子の飛程 5.8 mm 30MeV) 冷却水中に陽子を放出

12 3 放射化中性子エネルギーを上げると反応チャンネルが開く熱中性子による放射化 27 Al(n, ) 0.2 barn 約 2 分の半減期

13 3 ターゲットの放射化 Irradiation Period Cooling Period メインテナンス

14 4 生成中性子量 4MeV の場合に比べて 30MeV は約 50 倍高い 9MeV の場合に比べて 30MeV は約 10 倍高い 2.5MeV 入射 Li の場合に比べて 30MeVBe は約 125 倍平均エネルギーが 326keV と低い

15 5 減速体系の設計単色の中性子を水ファントム中に入射した際の線量分布 Tumor dose = (D n + D h ) RBE n + D RBE + D 10B CBE t C t Normal dose = (D n + D h ) RBE n + D RBE + D 10B CBE n C n 10 kev 付近の中性子が深部まで線量を付与する事ができる RBE,CBE Normal Tumor 10 B N 3 3 H 3 3 G 1 1 Normal Tumor 13 ppm 45.5 ppm J.C.Yanch et al.,radiation Research 126, 1-20, 1991.) は ~40keV までが有効

16 加速器中性子源リチウムベリリウムタンタル低融点(180 ) トリチウム発生陽子エネルギー小低中性子発生量放射化しにくい ( 熱中性子には放射化 ) 減速体系が小ブリスタリング有大電流 ( 熱負荷 ) 高融点高融点陽子エネルギー大高中性子発生量トリチウム発生放射化しやすい発生中性子エネルギー高い減速体系が大ブリスタリング無小電流

17 世界における加速器 BNCT プロジェクト by A. Institute Accelerator(Status) Target reaction Beam energy(mev) Beam current(ma) Budker Institute Russia Vacuum insulated Tandem(Ready) Solid 7 Li(p,n) P:2.0 N:<1 2 Birmingham University UK Dynamitron(Ready) Solid 7 Li(p,n) P:2.8 N:<1 1-2 KURRI Japan Cyclotron(Completed, Clinical trials started) Be(p,n) P:30 N:up to 28 1 SARAF Israel RFQ-DTL(Ready) Liq. 7 Li(p,n) P:up tp 4 N:<1 1-2 Legnaro INFN Italy RFQ(Under construction) Be(p,n) P:4-5 N:up tp Tsukuba Japan RFQ-DTL(Under construction) Be(p,n) P:8 N:up to 6 10 CNEA Buenos Aires Argentina Single ended Tandem Electrostatic Quadrupole(TESQ)(Unde r construction) Be(d,n), Solid 7 Li(p,n) P:1.4 N:up to 6 P: N:< NCC-CICS Japan RFQ(Under development) Solid 7 Li(p,n) P:2.5 N:<1 20

18 日本における加速器 BNCT プロジェクト SouthernTOHOKU-SHI SouthernTOHOKU-SHI Tsukuba-MHI Osaka-SC Nagoya CICS-NCC KURRI-SHI KURRI-FFAG Okinawa Tsukuba-MHI CICS-NCC KURRI-FFAG Osaka-SC KURRI-SHI

2012 年 10 月再発悪性神経膠腫に対する治験開始 2014 年 4 月頭頸部がんに対する治験開始イノベーションリサーチラボ医療棟

19 Cyclotron Based Epithermal Neutron Source(C-BENS) 2007 年 8 月京大炉と住友重機械工業と共同研究開始 2008 年 12 月 C-BENSインストール 2009 年 3 月中性子発生試験開始施設検査合格 2012 年 10 月再発悪性神経膠腫に対する治験開始 2014 年 4 月頭頸部がんに対する治験開始イノベーションリサーチラボ医療棟加速器室 3F 2F Kyoto University Research Reactor Institute@KUMATORI イノベーションリサーチラボ KUR KUCA 1F 照射室

20 Cyclotron Based epi-thermal Neutron 住友重機械工業社製 :HM30 加速粒子 : 水素負イオン (-H) 最大エネルギー :30MeV 電流値 : 1mA (Maximum ~2mA) 最大出力 : 30kW Source(C-BENS) 1620 mm 3030 mm 1724 mm

21 Pb : 高速中性子に対するブリーダーと減速材 Fe : 高速中性子に対する減速材減速体系

22 減速体系 Al and CaF 2 : 熱外中性子を生成するためのフィルター Polyethylene : 高速中性子の遮蔽

23 減速過程 Pb Fe により高速中性子を減速 Calculation using MCNPX D C B A Al と F を用いて熱外中性子の生成

24 C-BENS と KUR との比較 1.22E09

26 総合南東北病院 2013年3月センター起工 2014年4月機器搬入 2014年9 10月中性子発生試験開始施設検査 2015年夏頭頸部がん治験開始予定 JAPANHealth Facilities: 70 General Hospitals : 6

27 今後 2015 年 ~2017 年中性子が出れば日本各地で治験が開始される原子炉実験所の役割 KURにおける臨床研究の推進, 適応拡大, 共同利用推進 C-BENSにおける治験の推進 BNCTに関わる人材育成 BNCT 国際拠点 C-BENSの高強度化新規薬剤の開発には細胞動物照射が必須基礎研究用照射場の整備共同利用への展開病院には設置困難

28 ありがとうございました

重水設備について

重水設備について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 日核データ研究戦略検討会 @ 阪大 RCNP 中性子捕捉療法 Boron Neutron Caputure Therapy 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