طراحي كوليماتور پرتوي گاما براي توليد ميدان فوتوني با ابعاد ميكروني براي مطالعات پيشباليني در پرتودرماني

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير توجه زيادي به پرتودهي‌هاي با ميدان پرتوي كوچك و همچنين باريكه‌هاي ميكرومتري شده است، زيرا فرصت ويژه‌اي براي مطالعه رفتار يك سلول و يا گروهي از سلول‌ها و همچنين كاربرد در پرتودرماني ميكروبيم (ريزباريكه) در اختيار محققان قرار مي‌دهند. سينكروترون‌ها رايج‌ترين منبع تابش براي پرتودرماني با باريكه‌هاي ميكرومتري هستند، در عين حال دسترسي به آن‌ها در سراسر دنيا محدود مي‌باشد. هدف از اين پايان‌نامه، طراحي يك چشمه پرتوي گاما به همراه كوليماتوري با شكل ويژه براي شكل‌دهي باريكه پرتوي فوتوني با پهناي كمتر از ميلي‌متر است كه بتواند با حفظ دقت مكاني بالا، يك آهنگ دز بالاي مورد نياز براي پرتودهي نمونه‌هاي سلولي را فراهم كند. در اين پايان‌نامه، با استفاده از يك ابزار شبيه‌ساز به روش مونت‌كارلو به نام GEANT4 و افزونه آن يعني GEANT4-DNA يك كوليماتور به شكل نيمكره حاوي روزنه‌هايي با اندازه‌هاي مختلف (در گسترهµm 15 تاµm 500) شبيهسازي شد تا به منظور امكان‌سنجي توليد ريزباريكه (ميكروبيم) از چشمه‌هاي ايريديوم-192 با اكتيويته بالا مورد استفاده قرار بگيرد. دو ماده سرب و تنگستن براي كوليماتور و همچنين سه حالت چينش چشمه‌ها (تك‌چشمه، سه‌چشمه و پنج‌چشمه) مورد مقايسه قرار گرفت. آهنگ دز در سلول‌هاي آشكارساز براي تمامي حالت‌ها محاسبه گرديد. مهم‌ترين چالش در توليد نتايج قابل اعتماد در اين پژوهش، كوچك بودن روزنه عبور فوتون‌ها در بدنه كوليماتور بود كه در حقيقت، مشكلي با طبيعت متناقض را مطرح مي‌نمود. از سويي بايد روزنه به قدر كافي كوچك مي‌بود كه امكان توليد باريكه با پهناي كمتر از ميليمتر را فراهم مي‌نمود و از سوي ديگر تعداد ذرات رسيده به سلول‌هاي دزيمتر براي فراهم نمودن امكان دستيابي به خطاي آماري قابل قبول در محاسبات مونت‌كارلو بايستي به اندازه كافي بزرگ مي‌بود. خوشبختانه با استفاده از روش‌هاي مختلف كاهش واريانس مانند تكثير ذرات و رولت روسي، شبيه‌سازي‌ها با موفقيت و با خطاي محاسباتي پايين انجام گرفت. براي رسيدن به امكان نتيجه‌گيري، بيش از 300 ران مختلف به وسيله كد GEANT4انجام شد. نتايج نشان دادند كه اندازه روزنه µm 40 و µm 50 داراي پهناي باريكه مناسب (بين µm 230 تا µm 300 بسته به جنس كوليماتور و تعداد چشمه‌ها) و نسبت دز قله به درّه مطلوب مي‌باشند. جنس تنگستن نسبت به ماده سرب در غالب موارد برتري نشان مي‌دهد. آهنگ دز با افزايش چشمه‌ها به تناسب افزايش پيدا مي‌كند كه بسته به كاربرد مورد نظر مي‌توان ميزان فعاليت چشمه‌ها و تعداد آن‌ها را تنظيم نمود. چنين سامانه‌اي قابليت تجاري‌سازي در داخل و خارج از كشور را داشته و طبق تحقيقات اوليه مشابهي در حال حاضر ندارد. بنابراين، نتايج اين پايان‌نامه مي‌تواند مسير را براي ساخت اين كوليماتور و متعاقبا سيستم كامل پرتودهي ميكروبيم هموار سازد. در پايان، پيشنهاداتي نيز براي ادامه مسير ارائه شده است.

227810

دانشگاه اصفهان

مهندسي هسته اي - كاربرد پرتوها

محمدرضا عبدي