The 14N(n,p) reaction cross-section measurement at n TOF - CERN and its application to the design of a facility for neutron capture therapy

Resumen

El uso de datos nucleares experimentales y simulaciones es crucial para nuevas formas de radioterapia contra el cáncer. En la Terapia mediante Captura de Neutrones por Boro (BNCT, por sus siglas en ingles), un conocimiento preciso de la interacción de los neutrones con los elementos presentes en los tejidos corporales es clave para la dosimetría. La reacción de los neutrones con el nitrógeno, 14N(n,p), es una componente muy importante de la dosis en la mayor a de tejidos humanos para neutrones de baja energía. Existen discrepancias entre varias medidas anteriores de esta reacción, lo que aumenta la incertidumbre en las estimaciones de dosis necesarias para plantificar un tratamiento. Por otra parte, la Terapia por Captura de Neutrones necesita fuentes de neutrones intensas y limpias, adecuadas para terapia y que tengan la posibilidad de instalarse en el entorno hospitalario, a diferencia de las instalaciones anteriores que se han construido en reactores nucleares. Esta tesis pretende contribuir a resolver estos dos problemas. Se mostrarán los datos nucleares obtenidos en una nueva medida de la reacción 14N(n,p) realizada en las instalaciones de neutrones por tiempo de vuelo (n TOF) del CERN. Los nuevos datos de alta precisión abarcan el rango entre 8 meV y 800 keV, cubriendo por completo el rango de interés para BNCT, lo que incluye el punto térmico (25.3 meV), para el cual se ha encontrado que la sección e caz es 1.809 0.045 b. Las repercusiones de estos nuevos datos nucleares para la dosimetría en BNCT serán exploradas usando simulación Monte Carlo. Se propone un nuevo dispositivo conformador de haces (Beam Shaping Assembly, BSA), diseñado para una fuente de neutrones basada en acelerador, con 30 mA de protones a 2.1 MeV sobre un blanco de litio. Esta BSA produce un campo de neutrones colimado de alta intensidad que además presenta una contaminación baja por radiación gamma y neutrones rápidos o térmicos. Se mostrar a que el espectro del haz de neutrones a la salida de la apertura de la BSA es adecuado para tratamientos de BNCT, cumpliendo todas las recomendaciones del Organismo Internacional para la Energía Atómica (OIEA) y además mostrando buenos resultados con simulaciones de dosis en maniquíes. Tanto los nuevos datos nucleares como el haz de neutrones propuesto se combinarán como inputs en el desarrollo de un Sistema de Planificación de Tratamientos (TPS, por sus siglas en inglés). El TPS procesa imágenes médicas DICOM y ejecuta simulaciones Monte Carlo de transporte de neutrones en un modelo del paciente, lo que permite calcular la dosis en el tumor y los tejidos circundantes, incluyendo los órganos de riesgo. El TPS ser a usado para realizar una simulación de prueba piloto con un caso realista de paciente con Glioblastoma.