作成： 1996/11/12 井上 信
データ番号 ：040020
熱外中性子治療用原子炉
目的 ：原子炉における中性子治療のための熱外中性子および速中性子源建設
放射線の種別 ：中性子
放射線源 ：原子炉(4MW-20MW)
線量（率） ：6Gy-50Gy
利用施設名 ：ブルックヘブン医療用研究炉、ペッテン高束炉、ミュンヘン研究炉
照射条件 ：大気中
応用分野 ：ガン治療
概要 ：
原子炉による速中性子治療および中性子捕捉を利用する熱外中性子治療が各地で計画されており、既存の原子炉について最も効果的な中性子ビームを得るための設計製作が行われている。海外の例として米国ブルックヘブンのもの、ミュンヘン工科大学のもの、オランダのものその他があり、1010n/cm2sec 程度の熱外中性子が得られている。なおガンマー線の混入は2割程度になっている。
詳細説明 ：
人体中にボロンを含む化合物で、ガン組織に吸収されやすいものを注入し、中性子を照射すると、中性子はボロンに吸収されてアルファ粒子とリチウムイオンを放出し、これが周囲のガン組織を破壊する。この原理を利用する中性子捕捉治療(NCT)あるいはボロン中性子捕捉治療(BNCT)は、原子炉によるガン治療として知られている。米国ブルックヘブンでは、ブルックヘブングラファイト研究炉(BGRR)を用いて1951年の最初の治療テストを行った後、ブルックヘブン医療用研究炉(BMRR)が建設され利用されてきた。体内の深いところまで中性子が到達するためには熱中性子より熱外中性子の方がよいので、各地の原子炉で熱外中性子が最大の分布をもつように、フィルターとモデレーターを工夫している。最近BMRRではアルミナ65.4cmと11.4cmのビスマスおよび薄いカドミウムのシートからなるシステムで3MW のとき1.8x109n/cm2secの熱外中性子束を得ている。またこの時、10keV 以上の速中性子束は1x108n/cm2secとなった。これらのことから、熱外中性子1個あたりの速中性子による線量は4.2*10-11rad/n cm2 となる。また、ガンマー線による線量は1.12*10-11rad/n cm2 であった。このほか各地での実験および計算値についてまとめたものが表1である。
表1 Beam Parameters Measured or Calculated,In Air, for Various Epithermal Neutron Beams.（原論文3より引用。 Reproduced from US DOE Rep. BNL-45809, 6pages (1990), Table 2 (Data source 4, pp.3), with permission from Brookhaven National Laboratory Associated Universities, INC.）
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Beam Measurement Epithermal Rad in Air/epithermal Reference
or neutron neutron
calculation flux density (10-11 rad/neutron/cm2)
(n/cm2*sec) Neutrons Gammas
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BMRR M 1.8x109 4.2 1.1
(Al2O3 moderator)
Harwell/Pluto M 2 x107 29.0 4.2 1
(Fe filter)
BMRR M 1.1x1010 27.0 3.2 1
(D2O moderator)
Georgia Tech M 6.9x107 14.8 27.0 1
Research Reactor
(Al-S filter)
MITR M 2.6x108 〜24 ? 23
(Al-S moderator)
HFR,Petten C 1.1x109 7.8 1.7 13
(Al-S moderator)
PBF (20 MW) C 10x109 2 1 14,15
(Al-D2O)
MURRll(10 MW) C 7.9x109 2.8 0.3 16
(Al2O3)
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治療に当たっては、中性子がボロンに吸収された場合の生物学的効果(RBE)、人体中の窒素に吸収されて陽子と炭素14になる場合のRBE、速中性子およびボロンに吸収されない熱外中性子によるRBEなどを検討して正常細胞の許容線量と比較しつつ、正常組織を安全に保つ範囲で、治療のための最大照射線量を決めることになる。
また、オランダのPettenの共同研究センター(JRC)では高中性子束炉(HFR)を用いたBNCT用のビームコースが建設されている。ここでは本格的なHB11コースの建設に先立ちより小型のHB7 のコースで予備実験がなされた。HFRは、45MWの材料試験炉で減速材は軽水である。HB11とHB12はそれぞれ熱外中性子と熱中性子によるBNCTのビームラインになるが、HB7 での実験は1989年の7月から11月にかけて行われた。中性子スペクトルの予測はハーウェルでのモンテカルロ計算で行って、測定は低いエネルギーは放射化法、高いエネルギーは比例計数管による反跳陽子測定法を用いるなどして行った。その結果予測値と良い一致を得ている。そこで1mm Cd, 150mm Al, 50mm S, 10mm Ti,と 1500mm Ar(液体)を組み合わせてビームコースを作ることにしている。
一方、ドイツのミュンヘン工科大学ではその研究炉(FRM)で速中性子治療の検討をしている。これは各地の速中性子治療の結果から、1MeV程度の中性子が細胞への高いエネルギー付与(LET)になるので、核分裂中性子が有用であるという理由による。図1にFRMの概略図、図2にこのコースにおける中性子とガンマー線の線量分布を示す。
図1 The 4-MW swimming -pool reactor of the Thechnische Universitat munchen at Garching. The converter plate is mounted diagonally in an evacuated aluminum box(3) and cooled from the rear side. By means of the turnig gear(10) just above the water surface, the converter can be turned away from the core when not in use. The cadmium filter and a fourfold first beam shutter(5) are in the evacuated part of the beam channel. At(6), five filters jointly form the second beam shutter. The reference point for all measurements is at the patient position(8); the distance from the center of the source to the skin is 5.45m.（原論文2より引用。 Reproduced, with permission of the copyrighter and the authors, from Nucl. Sci. and Eng. Vol.110, p.32-37 (1992), F.M.Wagner, L.Koester, T.Auberger, W.Reuschel, M.Mayr, P.Kneschaurek, A.Breit, H.Schraube: Fast reactor neutrons for the treatment of superficial carcinomas, Figure 1 (Data source 2, pp.33), Copyright (1994) by the American Nuclear Society, La Grange Park, Illinois.）
図2 Neutron and gamma dose distributions in a water phantom: (a) depth distribution on the beam axis and (b) lateral distributiions at a 2-cm depth.（原論文2より引用。 Reproduced, with permission of the copyrighter and the authors, from Nucl. Sci. and Eng. Vol.110, p.32-37 (1992), F.M.Wagner, L.Koester, T.Auberger, W.Reuschel, M.Mayr, P.Kneschaurek, A.Breit, H.Schraube: Fast reactor neutrons for the treatment of superficial carcinomas, Figure 2 (Data source 2, pp.33), Copyright (1994) by the American Nuclear Society, La Grange Park,Illinois.）
ここで、RENTは原子炉中性子治療の略である。速中性子は高いRBEと低い酸素増感比(OER)をもつので有利といわれる。OERというのは酸素を多く含む細胞の放射線にたいする感受性の増加の割合で、ガンマー線の場合にはOERが大きく、酸素を多く含む正常細胞は感受性が増すが、ガン細胞は酸素が少なく感受性が増さない。したがってガン細胞を破壊するためにガンマー線を照射するとそれ以上に正常細胞が破壊されるおそれがある。しかし中性子の場合はガンマー線と異なり、酸素を含む正常細胞に対して特に感受性が増すということはない。つまりOERが低いので安全である。彼らはこの速中性子治療用のコースでBNCTを併用して行えば体内のより深いところでのガン治療にとって有利であると結論している。
コメント ：
BNCTはまだ研究段階といえる。また速中性子治療についても定量的には充分な結論は得られていない。しかし中性子はRBEが非常に大きいので原子炉による中性子について各地でこのような検討が進んでいることは評価される。
原論文１ Data source 1：
Progress in neutron beam development at the HFR-Petten
G.Consntine, P.R.D.Watkins, C.A.Perks, H.J.Delafield, D.Ross, W.P.Voorbraak, A.Paardekooper, W.E.Freudenreich, F.Stecher-Rasmussen, R.L.Moss
AEA thechnology, Harwell, Oxfordshire OX11 ORA, UK, JRC-Petten, P.O.Box 2, NL-1755 ZG Petten, The Netherland, Birmingham University, Birmingham, UK, ECN, P.O.Box 1, NL-1755 ZG Petten, The Netherland
Proc. 7th ASTM-EURATOM Symp. React. Dosim., 1990, p.907-914 (1992)
原論文２ Data source 2：
Fast reactor neutrons for the treatment of superficial carcinomas
F.M.Wagner, L.Koester, Th.Auberger, W.Reuschel, M.Mayr, P.Kneschaurek, A.Breit, H.Schraube
FRM-Reactorstation Garching, Thechnische Unversitat Munchen,FRG Institut fur Strahlentherapie und Onkologie, Thechnische Universitat Munchen,FRG GSF-Forschungszentrum fur Umwelt und Gesundheit, Neueherberg, FRG
Nuclear Science and Engineering, Vol.110, p.32-37 (1992)
原論文３ Data source 3：
An optimaized epithermal neutron beam for neutron capture therapy(NCT) at the Brookhaven medical research reactor(BMMR)
R.G.Hairchild, V.Bemary, J.Kalef-Ezra, S.K.Saraf, R.M.Brugger, A.Shih, R.A.Gahbauer, J.H.Goodman, B.H.Laster, J.Gajewski, E.B.Ramsay, L.E.Reinstein, S.Fiarman, Y.Kamen
Medical Department, Brookhaven National Laboratory, Upton, NY11973,USA, University of Ioannina, Ioannina, Greece, Ohio State UniversityHospital, Ohio State University, Columbus, OH43210,USA, University of Missouri, Columbia, MO65211,USA, State University of New York, Stony Brook, NY11794,USA, Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel
US DOE Rep., BNL-45809, 6pages (1990)
原論文４ Data source 4：
Reactor neutron therapy (RENT) combined with neutron capture
F.M.Wagner, L.Koester, R.Senekowitsch, H.Muckter
Reactorstation of the thechnical University of Munich, D-8046 Garching,FRG, Institute of Nuclear Biology, GSF Neuherberg, FRG, Department og Surgery, RWTH Aachen, FRG
Neutron Capture Ther., p.223-227
キーワード：熱外中性子、中性子捕捉治療、原子炉
epithermal neutron, neutron capture therapy, reactor
分類コード：030202,040103