چکیده

تقویت درمان پروتونی از طریق همجوشی پروتون- بورن سیده نسرین حسینی مطلق 1، فاطمه حبیبی2 1 دانشجوی دکتری فیزیک، گروه فیزیک، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز،ایران 2 دانشیار، گروه فیزیک، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز،ایران nasrin_hosini@yahoo.com کلمات کليدي: پروتون، بورن، درمان، همجوشی، دوز 1- مقدمه به عنوان یک روش رادیوتراپی پیشرفته خارجی ، پروتون درمانی ازباریکه های پروتونی با انرژی بالا به جای باریکه های فوتونی برای تابش دهی به حجم هدف به منظور از بین بردن سلولهای هدف استفاده می کند. براساس ویژگی قله براگ ، پروتون درمانی برای مطابقت با شکل و عمق یک حجم هدف حرفه ای تر است ، در حالی که خطر اسیب به بافت های سالم اطراف را کاهش می دهد.تعداد زیادی کارآزمایی بالینی در مورد روشهای درمانی با ذرات باردار در حال انجام است که نتایج حاصل از آن برای روشن شدن مزایای بالینی واقعی پروتونها نسبت به رادیوتراپیهای معمولی مهم خواهد بود. مزایای اصلی درمان با استفاده از پروتون ها از توزیع مطلوب دوز عمقی مطلوب آنها ناشی می شود. در برهمکنش با بافت انسان ، ذرات باردار بطور عمده در یک خط مستقیم حرکت می کنند و تنها مقدار کمی از انرژی را در مسیر مستقیم از دست می دهند ، تا زمانی که آنها در عمق دقیقی که توسط انرژی اولیه ای که توسط شتاب دهنده معین می کند و از پیش تعیین می شوند، متوقف می شوند. مقدار انرژی آزاد شده در این نقطه به حداکثر خود می رسد و به قله براگ معروف است (شکل 1). . شکل1: ذره درمانی از منحنی دوز عمقی مطلوب بهره می برند. ذرات باردار بیشتر انرژی اولیه خود را در هنگام کند شدن ، نزدیک به انتهای برد (قله براگ) در داخل تومور هدف ، بجا می گذارند ، در حالی که انرژی اشعه ایکس بصورت نمایی با دوز کاهش می یابد. ذرات با انرژی زیاد (ورودی ، بافت سالم) دارای انتقال انرژی خطی (LET) مشابه پرتوهای X هستند ، در حالی که LET زیاد می شود وقتی یونها در اطراف قله براگ کند می شوند. این مورد مزایای رادیوبیولوژیکی مانند اثربخشی افزایش بیولوژیکی نسبی (RBE) و کاهش نسبت تقویت اکسیژن (OER) در تومور را فراهم می کند. اخیراً چندین روش پروتون درمانی غیر متعارف ارائه شده است که به آن روش های درمانی پروتون تقویت شده گفته می شود.که هدف از این کار افزایش بجاگذاری دز در حجم هدف و بدون افزایش دوز به حجم سالم است. یکی از این روشها بر اساس واکنش همجوشی پروتون بورون-11 (PBFR) ارائه شده است. که در آن ، هنگامی که PBFR اتفاق می افتد ، ابتدا هسته بورن در یک حالت برانگیخته به یک هسته کربن (12C) تبدیل می شود ، سپس هسته کربن برانگیخته ممکن است به یک ذره آلفابا انرژی 3.76 MeV و یک بریلیم (8Be) تقسیم شود.بدنبال آن ، هسته بریلیم به دو ذره آلفا با انرژی 2.74 MeV فروپاشی می کند. در کل ، سه ذره آلفا در محل PBFR گسیل می شوند. این فرایندها می توانند در معادلات زیر نشان داده شوند: (_^11)B+p→〖(_^12)C〗^*.〖(_^12)C〗^*→(_^8)Be+α(3.76MeV).(_^8)Be→2α(2.74MeV) یا بطور خلاصه با (_^11)B+p→3α نشان داده شوند بنابراین ، این روش پروتون درمانی تقویت شده می تواند پروتون درمانی تقویت شده از طریق همجوشی پروتون -بورون (11B) (PBFEPT) نامیده شود. به طوی که ، ذرات آلفا ی گسیل شده از PBFR ها به عنوان تابش اضافی هدفمند به توسعه بجاگذاری دز در سلولهای هدف استفاده می شوند. نمودار PBFEPT در شکل 1 نشان داده شده است.برای این روش ، چند مطالعه تأییدی این روش توسط برنامه MCNP انجام شده است [1-5]. در این تحقیق ، روش PBFEPT با استفاده از محاسبات ریاضی ترکیبی و محاسبه Geant4 مونت کارلو بررسی و ارزیابی می شود. 2-روش انجام تحقیق از آنجا که فرآیند PBFR در مجموعه ابزار Geant4 گنجانده نشده است ، به منظور محاسبه بجاگذاری دز ناشی ازباریکه های پروتون وگسیلنده های آلفا مربوط به PBFR ، این روش تحقیق شامل دو مرحله است. مرحله اول محاسبه تعداد گسیلنده های آلفا از PBFRبرای غلظت های بورنی مشخص شده است. مرحله دوم محاسبه بجا گذاری دوز در حجم هدف برای وضعیت های مختلف است. که در آن هیچ بورنی در گروه متقابل وجود ندارد. بنابراین ، دز بجاگذاشته برای گروه متقابل فقط توسط باریکه پروتونی ایجاد می شود. برای گروههای دیگر که حاوی غلظت های متفاوتی از بورن هستند ، بجاگذاری دوز هم ازطریق باریکه پروتونی و هم از طریق گسیلنده های آلفا ناشی از PBFR ایجادمی شود. 2-1- محاسبه ریاضی برای تعداد گسیلندهای آلفای تولید شده برای به دست آوردن تعداد گسیلنده های آلفای تولید ی ناشی از PBFR ها ، ابتدا تعداد واکنش ها باید محاسبه شود. برای PBFR ها ، می توان تعداد واکنش ها را با استفاده از معادلهR=N(_^11)B×σ×φ محاسبه کرد. که در آن R تعداد واکنشهای همجوشی N11B چگالی عدد اتمی 11B ، که غلظت اتم های 11B در یک حجم را بیان می کند. در اینجا ، غلظت 11B در بورن طبیعی 80٪ تعیین می شود. σسطح مقطع مربوط به PBFR است .هنگامی که پروتون بر هدف فرود می آید ، با بورن برخورد می کند و PBFR ها را ایجاد می کند و اغلب پروتون های فرودی کند می شوند . تعداد پروتون های فرودی ، در اینجا 1.364387×109 در نظر می گیریم. چگالی عدد اتمی (N) 11B با استفاده از معادله N=n⁄V قابل محاسبه است. که در آن ، V حجم 11B است که می تواند محاسبه شود و با استفاده از معادله n=(mN_A)⁄M می توان تعداد اتم ها را بدست آورد. که در آن: m جرم 11B ، M وزن اتمی 11B است ، NA عدد آوگادرو در این تحقیق ، ماده ارسالی بور به صورت borax (Na2B4O7_10H2O) به منظورمقایسه با نتایج آزمایش های آتی تعریف شده است. 3-نتایج و بحث با تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از محاسبات ، می توان دریافت که مقدار دوز جذب شده از حجم هدف به دلیل گسیلنده های آلفا از PBFR ها هنگامی که 11B در ماده هدف موجود است ، افزایش می یابد. علاوه بر این ، با افزایش غلظت بورن، افزایش مقدار نرخ تقویت دوز نیز افزایش می یابد. براساس تحقیقات نظری و تجربی پیرامون PBFR ، می توان دریافت که بالاترین سطح مقطع PBFR در پروتون با انرژی 600-700 کیلو الکترون ولت انجام می شود. همچنین در چنین انرژی ، قله های براگ پروتون بیشتر اتفاق می افتند. بنابراین ، سطح مقطع ناشی از PBFE برای پروتونهای با انرژی بالاتر در ناحیه مجاورت قله براگ (ناحیه تومور) پایین تر است ، و بیشترین سطح مقطع ناشی از PBFR ها در ناحیه قله براگ اتفاق می افتد [6] 3- مراجع [1] D.-K. Yoon, J.-Y. Jung and T. S. Suh, Appl. Phys.Lett. 105, 223507 (2014). [2] S. Kim, D.-K. Yoon, H.-B. Shin, J.-Y. Jung and M.-S. Kim et al., J. Korean Phys. Soc. 70, 629 (2017). [3] D. Yoon, J. Jung, H. Shin, M. Kim and H. Jang etal., Med. Phys. 42, 3487 (2015). [4] J.-Y. Jung, D.-K. Yoon, H. C. Lee, B. Lu and T. S.Suh, AIP Adv. 6, 095119 (2016). [5] S. Atzeni and J. Meyer-ter-Vehn, The Physics of Inertial Fusion: Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics, Hot Dense Matter (International Series of Monographs on Physics), 1st ed. (Oxford University Press, Oxford, July 15, 2009), p. 12. [6] J. M. Davidson, H. L. Berg, M. M. Lowry, M. R. Dwarakanath and A. J. Sierk et al., Nucl. Phys. A 315, 253 (1979).

کليدواژه ها

پروتون، بورن، درمان، همجوشی، دوز

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:
سیده نسرین حسینی مطلق , 1400 , تقویت درمان پروتونی از طریق همجوشی پروتون- بورن , ششمین کنفرانس(مجازی) سنجش و ایمنی پرتوهای یونساز و غیر یونساز