چکیده

- مقدمه سیکلوترون‌های پزشکی دستگاه‌هایی هستند که برای تولید محصولات رادیوایزوتوپی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این دستگاه‌ها، در پی تولید محصول رادیوایزوتوپی، فوتون و نوترون پر انرژی تولید می‌گردد. در این پروژه پس از مطالعه بر روی سیکلوترون‌های بیمارستانی، سیکلوترون ECLIPSE ST به عنوان نمونه برای شبیه‌سازی انتخاب شد. برای انجام این شبیه‌سازی ‌از کد MCNPX استفاده شده است. 2- روش انجام تحقیق سیکلوترون ECLIPSE STیک سیکلوترون خود حفاظ 11مگا الکترون ولتی از شرکت SIEMENS است که با جریان 25میکروآمپر کار می‌کند[1]. برای این سیکلوترون پس از بررسی حفاظ‌های سیکلوترون‌، حفاظ جدیدی طراحی شد که از سه ماده مختلف تشکیل شده است. شبیه‌سازی این دستگاه در دو بخش حفاظ اطراف سیکلوترون و دیواره آن انجام شد. ابتدا ضخامت مناسب سرب و پلی‌اتیلن برای اطراف سیکلوترون اندازه‌گیری شد و در ادامه میزان دوز جذبی در دو نقطه، قبل و بعد از دیواره بتنی، مورد سنجش قرار گرفت. در مدل مونت کارلو انجام شده در این پروژه از مدل ساده شده برای شبیه‌سازی بزشینو کمک گرفته شد [2]، که از یک چشمه MeV 11 که در داخل یک کره 5 سانتی‌متری قرار گرفته استفاده شده است. حفاظ‌ها شامل 2 کره با پوسته 4سانتی‌متری پلی‌اتیلن و 2 کره با پوسته 2 سانتی‌متری سربی است و در بخش نهایی یک حفاظ کروی با پوسته 50 سانتی‌متری بتنی قرار دارد. برای بهبود اندازه‌گیری دو کره به شعاع 2.4 سانتی‌متری حاوی آب قبل و بعد دیوار بتنی قرار گرفته است. برای این حفاظ سازی 4 شبیه‌سازی انجام شده است که شرح آن در جدول 1 آمده است. جدول 1-1: مشخصات شبیه‌سازی‌های انجام شده برای حفاظ‌سازی ضخامت پلی‌اتیلن(Cm) ضخامت سرب (Cm) ضخامت بتن (Cm) شبیه‌سازی اول 0 0 50 شبیه‌سازی دوم 8 0 50 شبیه‌سازی سوم 8 2 50 شبیه‌سازی چهارم 8 4 50 ضخامت‌های آورده شده در جدول 1 با توجه به ضخامت‌ حفاظ‌های سیکلوترون‌های موجود آورده شده است. 3- نتایج و بحث 1-3- مقایسه بین شبیه‌سازیهای‌انجام شده برای مقایسه بهتر بین 4 شبیه‌سازی در این بخش در هریک از نمودارهای زیر به مقایسه هر 4 شبیه‌سازی با هم می‌پردازیم. در نمودار (1-1)، نمودار احتمال #/〖cm〗^2 نوترون تالی F4 به ازای انرژی‌های مختلف در قبل از پوسته بتنی برای هر 4 حالت شبیه‌سازی آورده شده است. همانطور که در شکل مشخص است شار نوترون در ابتدا بالا است که با اضافه شدن پلی‌اتیلن در شبیه سازی دوم کاهش می‌یابد. نمودار1-1 احتمال #/〖cm〗^2 نوترون تالی F4 به ازای انرژی‌های مختلف در قبل از پوسته بتنی برای هر 4 حالت شبیه‌سازی در نمودار (2-1) نمودار احتمال #/〖cm〗^2 نوترون تالی F4 به ازای انرژی‌های مختلف در بعد از پوسته بتنی برای هر 4 حالت شبیه‌سازی آورده شده است. همانطور که در شکل مشخص است شار نوترون در ابتدا بالا است که با اضافه شدن پلی‌اتیلن در شبیه سازی دوم کاهش می‌یابد. همانطور که مشخص است بتن به تنهایی حفاظ مناسبی برای نوترون نیست. در نمودار (3-1) نمودار احتمال #/〖cm〗^2 فوتون تالی F4 به ازای انرژی‌های مختلف در قبل از پوسته بتنی برای هر 4 حالت شبیه‌سازی آورده شده است. همانطور که در شکل مشخص است شار فوتون در ابتدا بالا است که با اضافه شدن سرب در شبیه سازی سوم و چهارم کاهش می‌یابد. نمودار2-1 احتمال #/〖cm〗^2 نوترون تالی F4 به ازای انرژی‌های مختلف در بعد از پوسته بتنی برای هر 4 حالت شبیه‌سازی علت بالاتر بودن میزان شبیه سازی دوم نسبت به شبیه سازی اول اضافه شدن پلی اتیلن به ساختار است که باعث تولید گاما به علت واکنش گاما-نوترون است. که در مرحله بعد با وارد شدن سرب کاهش می‌یابد. نمودار3-1 احتمال #/〖cm〗^2 فوتون تالی F4 به ازای انرژی‌های مختلف در قبل از پوسته بتنی برای هر 4 حالت شبیه‌سازی در نمودار (4-1) نمودار احتمال #/〖cm〗^2 فوتون تالی F4 به ازای انرژی‌های مختلف در بعد از پوسته بتنی برای هر 4 حالت شبیه‌سازی آورده شده است. نمودار4-1 احتمال #/〖cm〗^2 فوتون تالی F4 به ازای انرژی‌های مختلف در بعد از پوسته بتنی برای هر 4 حالت شبیه‌سازی همانطور که در شکل مشخص است شارفوتون در ابتدا بالا است که با اضافه شدن سرب در شبیه‌سازی سوم و چهارم کاهش می‌یابد. علت بالاتر بودن میزان شبیه‌سازی دوم نسبت به شبیه‌سازی اول اضافه شدن پلی‌اتیلن به ساختار است که باعث تولید گاما به علت واکنش گاما-نوترون است. که در مرحله بعد با وارد شدن سرب کاهش می‌یابد. 2-3- محاسبه دز جذبی برای محاسبه دز جذبی از تالی F6 استفاده شده است که واحد آن MeV/g است. این مقدار برای تبدیل شدن به erg در مقدار 6 e-1.6 ضرب می‌شود. میزان این تالی در دو کره از جنس آب که یکی قبل از دیوار بتنی و دیگری بعد از آن بود سنجیده شده ‌است. در نمودار (5-1) نمودار دوز نوترون برای هرچهار شبیه سازی در قبل و بعد از دیواره بتنی آورده شده ‌است. در نمودار (6-1) نمودار دوز فوتون برای هرچهار شبیه‌سازی در قبل و بعد از دیواره بتنی آورده شده ‌است. نمودار5-1 دوز نوترون برای هرچهار شبیه سازی در قبل و بعد از دیواره بتنی نمودار6-1 دوز فوتون برای هرچهار شبیه سازی در قبل و بعد از دیواره بتنی برای محاسبه دز و تبدیل MeV/gr به راد از رابطه (1-1) استفاده می‌شود. برای بدست آوردن این مقدار ابتدا MeV به erg تبدیل می‌شود که در مرحله قبل انجام شده‌است. در قدم بعدی از رابطه (2-1) استفاده می‌گردد. (1-1) 1 rad = 100ergs/gr نحوه محاسبه دز برای نوترون در ادامه آورده شده است. (2-1) 7.79e-22 erg/g (1 rad)/(100 erg)=7.79e-24 مقدار به دست آمده به ازای یک پروتون است. تعداد پروتون‌ها با رابطه های زیر بدست می‌آید. (3-1) i=q/t (4-1) q=n e (5-1) e=1.6e-19 شدت جریان برای این سیکلوترون برابر µA25 است. در نتیجه تعداد پروتون‌ها برابر مقدار محاسبه شده در زیر است. (6-1) n=i/e (7-1) n=(25e-6)/(1.6e-19) (8-1) n=1.5625e14 تعداد پروتونها در یک ثانیه با توجه به Wf که برای نوترونهای 100keV-2meV طبق ICRP60 عدد 20 و برای فوتون عدد 1 است. مقدار دوزجذبی نوترون را در 20 ضرب میکنیم تا مقدار دوز معادل (rem) را داشته باشیم. و در ادامه برای رسیدن به واحد µsv/hr عملیات زیر را انجام می دهیم: 1.55e-22(rem)×(10e4µsv)/1rem ( 1.5625e14)/1s 3600s/1hr 8.80e-21(rem)× (10e4µsv)/1rem ( 1.5625e14)/1s 3600s/1hr میزان دوز معادل فوتون و نوترون در جدول (2-1) ارائه شده است. جدول 2-1: میزان دز فوتون و نوترون در خارج از دیواره بتنی دز نوترون (µsv/hr) 0/8 دز فوتون (µsv/hr) 0/5 بر اساس استانداردهای طراحی حافظ، دوز دریافتی افرادی که با اشعه کار می‌کنند نباید از (12.5 µsv/hr) یا (25msv/yr) بیشتر شود،حتی این ادعا وجود دارد که باید آن را به زیر (1-2 µsv/hr) کاهش داد.[3]. مجموع دوز برای نوترون و فوتون بعد از دیوار بتنی در محدوده مجاز 1-2 µsv/hr قرار دارد. مراجع [1] غفاریان، پ. «ارزیابی عملکرد اولین سیکلوترون بیمارستانی نصب شده در بیمارستان دکتر مسیح دانشوری جهت تولید رادیوایزوتوپهای پپوزیتون زا». [2] Shevchenko, T. and O. A. Bezshyyko, “Argon Activation in Air at Medical Cyclotron,” no. 2, (2009), pp. 37–39. [3] Agosteo, S. et al., Shielding design for a proton medical accelerator facility, IEEE Trans. Nucl. Sci. 43 (1996) 705.

کليدواژه ها

حفاظ‌سازی، سیکلوترون (FDG)، سرب، پلی‌اتیلن، بتن (MCNPX)

کد مقاله / لینک ثابت به این مقاله

برای لینک دهی به این مقاله، می توانید از لینک زیر استفاده نمایید. این لینک همیشه ثابت است :

نحوه استناد به مقاله

در صورتی که می خواهید در اثر پژوهشی خود به این مقاله ارجاع دهید، به سادگی می توانید از عبارت زیر در بخش منابع و مراجع استفاده نمایید:
ناهید مکی آبادی , 1400 , طراحی شیلدینگ و بررسی میزان نشت نوترون و گاما در یک سیکلوترون بیمارستانیPET به روش شبیه سازی مونت کارلو , ششمین کنفرانس(مجازی) سنجش و ایمنی پرتوهای یونساز و غیر یونساز