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 PETTRACE800 به عنوان نمونه برای شبیه‌سازی شد. برای انجام این شبیه‌سازی‌ از کد MCNPX استفاده شده است. 2- روش انجام تحقیق سیکلوترون PETTRACE800 سیکلوترون بدون خودحفاظ 16.5 مگا الکترون ولتی از شرکت GEاست که در جریان 60 میکرو آمپر کار می‌کند. برای این سیکلوترون شبیه‌سازی تنها بر روی ضخامت دیوار حفاظ انجام شد,که در آن ضخامت دیوار بتنی با حدفاصل های 10سانتی‌متری افزایش یافت و در هر فاصله میزان دوز اندازه گیری شد. 2-1- شبیه‌سازی در مونت کارلو در این بخش با استفاده از روشی که در مقالات آورده شده است سیکلوترون پت تریس 800 (PETtrace 800 series) از شرکت GE شبیه‌سازی شد ودر مرحله بعد ضخامت مناسب برای دیوار را بدست آوردیم. شکلی که مدل ساده شده یک سیکلوترون است و توسط جنگ برای شبیه‌سازی عنوان شده‌است در شکل (1-1) آورده شده است.[1] شکل 1-1 برای شبیه سازی از یک چشمه پروتون 16.5مگاالکترون ولت و 60 میکروامپر استفاده شد. که پروتونها بعد از شتاب گرفتن و طی مسیر در محفظه ای از جنس الومینیوم و عبور از دو فویل هاوار به هدف برخورد میکنند. همانطور که در مدل ساده شده مشخص است محفظه هدف از جنس نقره است که با الومینیوم احاطه شده است. برای دیوار از بتن استفاده شده است که مواد با درصد وزنی ppmنیز لحاظ شده اند. جدول مواد استفاده شده در این شبیه سازی به همراه درصد وزنیشان در زیر آورده شده است. جدول (1-1) H_2 O^18 Havar Concrete air H-1 0.666 1.0 O-18 0.333 O-16 52.91 0.231781 C-12 0.2 0.1 0.000124 Cr-52 20.0 Mn-55 1.6 Fe-56 17.46 Co-59 42.5 Ni-58 13.0 Mo-96 2.4 W-184 2.8 Mg-24 0.20 Al-27 3.38 Si-28 33.70 k-39 1.30 Ca-40 4.40 Fe-56 1.40 Co-59 25e-6ppm Cs-133 3e-6ppm Eu-151 1.005e-7ppm Eu-153 1.095e-7ppm N-14 0.755268 Ar-40 0.012827 میزان دوز با توجه به دیوار محافظ با استفاده از کد MCNPX عرض دیوار بتنی حفاظ برای فوتون ها و نوترون های تولید شده در هدف از طریق تالی 6 (Tally 6) که انرژی جذب شده است (MeV/gr) تا فاصله 200 سانتی متری در فواصل 10 سانتی متری اندازه گیری شد. 2-2- محاسبه دز جذبی همانطور که ذکر شد برای خروجی شبیه سازی از تالی F6 استفاده شده است که واحد آن MeV/gr است. این مقدار برای تبدیل شدن به erg در مقدار 1.6e-6 ضرب می‌شود و برای تبدیل شدن به rad در 10e-2 طبق روابط زیر ضرب می شود. 1Mev/gr=1.6e-6 erg/gr 1rad=100erg/gr مقدار به دست آمده به ازای یک پروتون است. تعداد پروتون‌ها با رابطه های زیر بدست می‌آید. i=q/t q=n e e=1.6e-19 شدت جریان برای این سیکلوترون برابر µA60 است. در نتیجه تعداد پروتون‌ها برابر مقدار محاسبه شده در زیر است. n=i/e n=(60e-6)/(1.6e-19) تعداد پروتونها در یک ثانیه n=3.75e14 نحوه محاسبه دوزمعادل با استفاده از خروجی تالی f6در ادامه آمده است. قابل ذکر است که فاکتور وزنی برای نوترون در اجرای کد با دستوری که در ادامه توضیح داده می شود وارد شده است و از آنجا که برای فوتون این فاکتوربرابر 1است لذا در معادله فوق rad=rem درنظر گرفته شده است. دستور EM در کد :MCNP E62 10e-3 100e-3 2 20 EM62 5 10 20 10 میزان دوز معادل با توجه به ضخامت دیواره حفاظ در جدول (2-1) آمده است. جدول(2-1) Photon(µsv/hr) Neutron(µsv/hr) P+N(µsv/hr) 10cm 2.50E+04 1.01E+05 1.23E+05 20cm 1.34E+04 3.00E+04 4.34E+04 30cm 8.21E+03 1.00E+04 1.82E+04 40cm 4.48E+03 3.11E+03 7.59E+03 50cm 2.05E+03 1.09E+03 3.14E+03 60cm 1.04E+03 4.30E+02 1.47E+03 70cm 5.09E+02 1.81E+02 6.90E+02 80cm 2.60E+02 6.00E+01 3.20E+02 90cm 1.16E+02 2.09E+01 1.37E+02 100cm 5.11E+01 1.17E+01 6.28E+01 110cm 1.97E+01 1.02E+00 2.07E+01 120cm 1.30E+01 6.00E-03 1.30E+01 130cm 5.91E+00 5.90E-04 5.91E+00 140cm 2.53E+00 3.34E-04 2.53E+00 150cm 1.55E+00 2.12E-04 1.55E+00 160cm 6.00E-01 5.06E-05 6.00E-01 170cm 3.20E-01 0.00E+00 3.20E-01 180cm 2.07E-01 0.00E+00 2.07E-01 190cm 4.08E-02 0.00E+00 4.08E-02 200cm 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 3- نتایج و بحث نتایج بدست امده را در نمودارهای زیر نشان داده ایم. وقتی سیکلوترون کار می کند یک نمودار کاهشی با توجه به ضخامت دیوار برای فوتون و نوترون تولیدی داریم. وبعد ازضخامت 200سانتی متری هیچ شمارشی در تالی ثبت نشده است. فوتونها با توجه به عرض یک نمودار خطی نزولی نشان می دهند . اما برای نوترونها این خطی بودن تا ضخامت110سانتی متری حفظ شده و ازآن به بعد تا130سانتی متری یک کاهش ناگهانی داشته است. میزان دوز جذب شده دیوار محافظ برای 2000 ساعت کار(8 ساعت در روز ، 5 روز درهفته50 هفته در سال)فرض شد. دوز دریافتی افرادی که با اشعه کار می کنند نباید از 12.5µsv/hr (25msv/yr) یا (10 msv/yr) 5µsv/hr بیشتر شود. نه تنها این ، بلکه طبق گفته[2] S. Agosteo ، این ادعا وجود دارد که باید آن را به µsv/hr 2-1 کاهش داد. با توجه به این موضوع ، با مشخص شدن میزان دوز جذب شده با توجه به عرض دیواره حفاظ اگردوز به کمتر از 12.5 µsv/hr کاهش یابد ، بیش از 130 سانتی متر عرض بتن مورد نیاز است ، وهنگامی که به کمتر از 5µSv/hr کاهش یابد، بیش از 140 سانتی متر، و هنگامی که به زیر µsv/hr1 کاهش یابد بیش از 160 سانتی متر عرض بتن مورد نیاز است. برای محافظت کامل بيش از 200 سانتيمتر عرض بتن لازم است زيرا هيچ شماري در تالی دريافت نمي شود. مراجع ]1[ Jang, D. G., J. M. Kim, and J. H. Kim, “Design of the shielding wall of a cyclotron room and the activation interpretation using the Monte Carlo simulation,” J. Instrum., vol. 12, no. 1, (2017). ]2[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 , بررسی میزان نشت نوترون و گاما در سیکلترون Pettrace و طراحی حفاظ اتاق آن به روش شبیه‌سازی مونت کارلو , ششمین کنفرانس(مجازی) سنجش و ایمنی پرتوهای یونساز و غیر یونساز