التقييم الكمي لاستخدام وحدات التدريع VeriShield^® لمعالجة مشكلة إيقاف تشغيل مرافق العلاج بالبروتون

التقييم الكمي

قسم فيزياء الحماية من الإشعاع والحماية من الإشعاع
فيريتاس للحلول الطبية، هارليزفيل، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية
www.veritas-medicalsolutions.com

بقلم الحسن بنتفور ، دكتوراه.
مدير الفيزياء
hassane.bentefour@veritasmedicalsolutions.com

روبرت جيه فاريل
الرئيس التنفيذي

مقدمة
يمثل إيقاف تشغيل مرفق العلاج بالبروتون تحديا بسبب التنشيط الناجم عن النيوترون لتدريع المنشأة وهيكلها ومعداتها. يحدث التنشيط بسبب سلسلة من التفاعلات النووية التي تنتج نظائر مشعة يتراوح عمر النصف من ساعات إلى سنوات عديدة. النظائر طويلة العمر ، مثل ¹⁵²Eu و 133 Ba و ¹³⁴Cs و ⁶⁰Co و ²²Na ، الموجودة عادة في الخرسانة ، تمثل مشكلة خاصة لأنها ، بالإضافة إلى نصف عمرها الطويل ، تتطلب مؤشر إزالة منخفض جدا (CI) للتأهل كنفايات غير نووية.

هدف
لمراجعة خصائص توهين التدريع النيوتروني ل VeriShield ، وهي مادة تدريع هندسية عالية الكثافة. بعد ذلك ، لاستكشاف مدى تنشيط النيوترونات لهذه الوحدات عند تصنيعها بنسب مختلفة من الأسمنت ، يتم تخفيضها إلى 2٪ فقط.

لتنزيل نسخة PDF من هذا الملصق، انقر هنا.

الشكل 1: (أ) رسم تخطيطي لإعداد الاختبار ، (ب) توقيع حزمة البروتون السريرية على هدف نحاسي ، (ج) كاشف نيوتروني محمي من النيوترونات المرتدة على جدران القبو ، (د) الهيكل النموذجي لحاجز VeriShield.

النتائج
حماية VeriShield مقارنة بالخرسانة
النتائج التجريبية ، مدعومة بحسابات مونت كارلو ؛ كما هو موضح في الشكل. تظهر 2 أ و 2 ب و 2 ج و 2 د أن حاجز VeriShield يتمتع بكفاءة تدريع تراكمية أعلى مقارنة بالخرسانة. تزداد هذه الكفاءة التراكمية ، إلى جانب عمق التدريع مع زيادة طاقة حزمة البروتون (أي طاقة النيوترونات). في الشكل 2 د ، يمكن للمرء أن يرى أنه بالنسبة لحزمة بروتون سريرية 230 ميجا فولت ، سيحتاج المرء إلى 6.4 قدم من VeriShield® V300 لتقليل جرعة النيوترون إلى 0.01٪ مقارنة ب 10.7 قدم من الخرسانة. وبالتالي ، فإن توفير حوالي 40٪ من المساحة سيتم تغطيته بالخرسانة الجماعية إذا تم استخدامه للتدريع.

تنشيط VeriShield والنيوترون

تم تطوير جيل جديد من VeriShield باستخدام عامل ربط بديل مع الحد الأدنى من محتوى الأسمنت ، 3٪ فقط (77٪ أقل مما كان عليه في VeriShield الحالي. تين. يظهر 3A بعض العينات التي يتراوح محتواها من الأسمنت من 5٪ إلى 0٪. مع هذه الوحدات الجديدة ، يتم تقليل مشكلة التنشيط على المدى الطويل بشكل كبير حيث أن وجود عناصر نصف عمر طويل مثل ¹⁵²Eu و 133 Ba و ¹³⁴Cs و ⁶⁰Co و ²²Na غير موجود عمليا.

تم إجراء دراسات تنشيط مونت كارلو على وحدات VeriShield والخرسانة. النتائج الأولية ، في الشكل. 3 ب ، تظهر تنشيطا نيوترونيا مشابها للخرسانة ، ولكن مع ميزتين:
- يتمتع VeriShield الحالي بميزة استخدامه كطبقة قربانية لأنه بناء جاف يتيح إزالة الحواجز واستبدالها بشكل انتقائي.
- تقدم وحدة VeriShield الجديدة وعدا بتقليل مشكلات التنشيط على المدى الطويل. هناك ما يبرر إجراء دراسات إضافية.

الاستنتاجات
التقييم الكمي ل VeriShield هو وسيلة لتوفير المساحة والوقت عند تصميم مرفق العلاج بالبروتون لأنه يوفر درجة أعلى من كفاءة التدريع ضد النيوترونات. على عكس الخرسانة الجماعية ، فإنه يسمح بإدارة أفضل لتنشيط النيوترونات حيث يمكن استخدامه كطبقة قرابين محمية. من المرجح أن يؤدي الجيل الجديد المحتمل من VeriShield الذي يستخدم عامل ربط بديل للأسمنت إلى تحسين أدائه الفعلي وملاءمته للعلاج بالبروتون.

مراجع
1. بيانات تجريبية من تقرير اختبار Veritas-MIT VeriShield® ، V. Nazaryan et al. غير منشورة.
2. Tomaž Žagar ، Matjaž Ravnik ، "قياس تنشيط النيوترونات في عينات الخرسانة". المؤتمر الدولي، الطاقة النووية في أوروبا الوسطى 2000