Nghiên cứu đánh giá các thành phần liều phục vụ nghiên cứu BNCT trên kênh ngang của lò phản ứng hạt nhân đà lạt

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - PHẠM ĐĂNG QUYẾT NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC THÀNH PHẦN LIỀU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU BNCT TRÊN KÊNH NGANG CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2020 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - PHẠM ĐĂNG QUYẾT NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC THÀNH PHẦN LIỀU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU BNCT TRÊN KÊNH NGANG CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số: 9.44.01.06 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Nhị Điền TS Trịnh Thị Tú Anh Hà Nội – 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Thầy Cơ hướng dẫn khoa học Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực, không chép hay sử dụng bất hợp pháp chưa tác giả khác cơng bố cơng trình khác Tôi xin chịu trách nhiệm nội dung tác quyền luận án Tác giả Phạm Đăng Quyết i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, trước tiên xin cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc, tri ân, khắc ghi công lao Thầy Cô hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Nhị Điền TS Trịnh Thị Tú Anh, người khơi lên niềm đam mê nghiên cứu, định hướng cho mục tiêu nghiên cứu dẫn dắt, hướng dẫn tơi tận tình suốt thời gian thực luận án Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Ngọc Sơn, truyền đạt kiến thức tận tình hướng dẫn thời gian tơi thực thí nghiệm Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS Cao Đông Vũ, truyền đạt cho kinh nghiệm quý báu nghiên cứu khoa học Tôi xin gửi lời cám ơn Ban Lãnh đạo Viện, Ban Giám đốc cán Trung tâm Vật lý Điện tử hạt nhân, Trung tâm An toàn xạ, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt tạo điều kiện, tận tình giúp đỡ suốt thời gian thực luận án Tơi xin gửi lời cám ơn PGS.TS Nguyễn Đức Hịa, PGS.TS Nguyễn An Sơn Quý Thầy Cô giáo Khoa Kỹ thuật hạt nhân Trường Đại học Đà Lạt giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để thực luận án Xin cám ơn Quý Thầy Cơ giảng dạy, gia đình bạn bè động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án Tác giả Phạm Đăng Quyết ii MỤC LỤC BẢNG CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xii MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên lý BNCT 1.2 Chữa trị u não BNCT giới 10 1.3 Hệ số KERMA nơtrôn mô 12 1.3.1 Tiết diện tương tác nơtrôn 12 1.3.2 Hệ số KERMA nơtrôn mô 14 1.4 Lý thuyết tính liều hấp thụ BNCT 16 1.4.1 Liều hấp thụ đơn vị đo 16 1.4.2 Các thành phần liều BNCT 17 1.4.3 Liều hấp thụ toàn phần BNCT 23 1.5 Các thành phần mơ hình nghiên cứu BNCT giới 24 1.5.1 Dịng nơtrơn phin lọc 24 1.5.2 Phantom 29 1.5.3 Xác định thông lượng nơtrôn nhiệt kỹ thuật NAA 31 1.5.4 Xác định hàm lượng bor kỹ thuật PGNAA 34 1.5.5 Xác định liều gamma TLD 35 1.6 Sử dụng chương trình MCNP5 BNCT 36 1.6.1 Giới thiệu 36 1.6.2 Cấu trúc input file loại đánh giá 37 1.6.3 Chuyển đổi thông lượng nơtrôn gamma sang suất liều 38 1.6.4 Đánh giá sai số 39 1.6.5 Mơ tính liều hấp thụ BNCT 41 1.6.6 Thiết kế dịng nơtrơn cho BNCT 42 iii 1.7 Dịng nơtrơn phin lọc CN2DR 43 1.7.1 Lò phản ứng Đà Lạt 43 1.7.2 Dịng nơtrơn phin lọc CN2DR 44 1.8 Tóm tắt chương 45 Chương 2: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 46 2.1 Mơ mơ hình nghiên cứu BNCT LPƯ Đà Lạt 46 2.1.1 Dịng nơtrơn phin lọc kênh số 46 2.1.2 Phantom nước 49 2.1.3 Kết mô 50 2.1.4 Đánh giá sai số mô 57 2.2 Thực nghiệm cấu hình để nghiên cứu BNCT LPƯ Đà Lạt 58 2.2.1 Hiệu chu n detector 58 2.2.2 Đo phân bố thông lượng nơtrôn nhiệt phantom 62 2.2.3 Xây dựng đường chu n hàm lượng bor PGNAA CN2DR 68 2.2.4 Đo suất liều gamma phantom TLD 70 2.3 Tóm tắt chương 71 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 72 3.1 Đánh giá kết mô thực nghiệm với cấu hình CN2DR 72 3.1.1 Đối với thông lượng nơtrôn 72 3.1.2 Đối với suất liều gamma 76 3.2 Định liều hấp thụ BNCT phantom 81 3.3 Kết xây dựng đường chuNn hàm lượng bor PGNAA CN2DR 85 3.4 Thiết kế cấu hình CN2DR 86 3.4.1 Kết mô thay đổi hình dạng ống chu n trực 86 3.4.2 Tối ưu hóa chiều dài ống chu n trực 87 3.4.3 Tối ưu hóa chiều dài phin lọc 90 iv 3.4.4 Đề xuất cấu hình cho CN2DR 92 3.5 Tóm tắt chương 95 KẾT LUẬN 97 KIẾN NGHN VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 98 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC 110 v BẢNG CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu, Tiếng Anh từ viết tắt Tiếng Việt BMRR Brookhaven Medical Research Reactor Lò phản ứng nghiên cứu y học Brookhaven BNCT Boron neutron capture therapy Xạ trị phản ứng bắt nơtrơn bor BNL Brookhaven National Laboratory Phịng thí nghiệm quốc gia Brookhaven BPA p-dihydroxyborylphenylalanine Một loại hợp chất chứa bor dùng BNCT BPA-F L-p-boronophenylalanine –fructose Một loại hợp chất chứa bor dùng BNCT BSH disodium mercaptoundecahydro Một loại hợp chất chứa bor -closo-dodecaborate dùng BNCT CL Collimator length Chiều dài ống chuNn trực CN2DR Channel No.2 of Dalat Reactor Kênh số Lò phản ứng Đà Lạt Con Concentration Hàm lượng CT Computed Tomography Chụp cắt lớp điện toán Dγ Gamma dose Liều gamma &γ D Gamma dose rate Suất liều gamma & D n Neutron dose rate Suất liều nơtrôn E Energy Năng lượng Eff Full-peak efficiency Hiệu suất ghi Err Error Sai số Exp Experimental Thực nghiệm FiR-1 Finnish Reactor Lò phản ứng Phần Lan FL Filter length Chiều dài phin lọc GBM GlioBlastoma Multiforme U não nguyên bào GdDTPA DieThylenetriamine Pentaacetic Acid Một loại hợp chất chứa gadolinium dùng MRI GdNCT Gadolinium Neutron Capture Therapy Xạ trị phản ứng bắt nơtrơn gadolinium HFR High Flux Reactor Lị phản ứng thông lượng cao vi Ký hiệu, Tiếng Anh từ viết tắt Tiếng Việt I Intensity of the gamma peak Cường độ phát gamma IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế JRR-4 Japan Research Reactor No.4 Lò phản ứng nghiên cứu số Nhật Bản KF KERMA Factor Hệ số KERMA KERMA Kinetic Energy Released per unit Mass Năng lượng giải phóng đơn vị khối lượng LET Linear Energy Transfer Sự chuyển đổi lượng tuyến tính LPƯ Reactor Lị phản ứng m Mass Khối lượng MCNP Monte Carlo N – Particle Chương trình Monte Carlo cho loại hạt N Giá trị trung bình Mean MGH Massachusetts General Hospital Bệnh viện đa khoa Massachusetts MIT Massachusetts Institute of Technology Viện công nghệ Massachusetts MITR MIT Nuclear Research Reactor Lò phản ứng nghiên cứu Viện công nghệ Massachusetts MNSR Miniature Neutron Source Reactor Một loại lị nghiên cứu cơng suất nhỏ Trung Quốc thiết kế MRI Magnetic Resonance Imaging Chụp ảnh cộng hưởng từ MuITR Musashi Institute of Technology Reactor Viện nghiên cứu cơng nghệ lị phản ứng Musashi NAA Neutron Activation Analysis Phân tích kích hoạt nơtrơn đo gamma trễ NCT Neutron Capture Therapy Xạ trị phản ứng bắt nơtrôn NOH Number of the history Số hạt gieo P Power Công suất PGNAA Prompt Gamma Neutron Activation Analysis Phân tích kích hoạt nơtrơn đo gamma tức thời Pos Position Vị trí vii Ký hiệu, Tiếng Anh từ viết tắt Tiếng Việt tm Measuring time Thời gian đo T1/2 Half-life Chu ký bán hủy TLD ThermoLuminescence Dosimeter Liều kế nhiệt phát quang TRIGA Training, Research, Isotopes, General Atomics Một loại lò phản ứng nghiên cứu hãng General Atomics Hoa Kỳ thiết kế TRR Tehran Research Reactor Lò phản ứng nghiên cứu Tehran V Volume Thể tích WSU Washington State University Đại học bang Washington σth Thermal neutron cross-section Tiết diện nơtrôn nhiệt φth Thermal neutron flux Thông lượng nơtrôn nhiệt viii ... BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - PHẠM ĐĂNG QUYẾT NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC THÀNH PHẦN LIỀU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU BNCT TRÊN KÊNH NGANG CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN... tốn liều từ phản ứng nơtrôn-bor xảy BNCT Từ phân tích trên, việc nghiên cứu đánh giá thành phần liều phục vụ nghiên cứu BNCT kênh ngang LPƯ Đà Lạt vấn đề đặt để thực luận án Mục tiêu nghiên cứu. .. hấp thụ BNCT 16 1.4.1 Liều hấp thụ đơn vị đo 16 1.4.2 Các thành phần liều BNCT 17 1.4.3 Liều hấp thụ toàn phần BNCT 23 1.5 Các thành phần mơ hình nghiên cứu BNCT giới