Development of neutron energy distribution evaluation method for daily QA measurement for accelerator-based BNCT

• Project/Area Number: 19K12638
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Masuda Akihiko 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70549899)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 熊田 博明 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (30354913) ; 高田 健太 群馬県立県民健康科学大学, 診療放射線学部, 准教授 (10640782) ; 松本 哲郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70415793) ; 原野 英樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (60302775)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 放射線計測 / 中性子 / ホウ素中性子捕捉療法 / BNCT / 中性子スペクトル / 中性子医療 / 放射線治療 / シンチレーター / 中性子検出器 / 中性子計測 / 放射線

Outline of Research at the Start

加速器で生成される中性子ビームを用いるホウ素中性子捕捉療法(BNCT)では、加速器のコンディション変化などに伴い中性子のエネルギー分布が変動すると、治療効果や安全性に大きな影響を及ぼす可能性がある。そこで、想定通りの中性子ビームが得られていることを日常的に短時間で簡便に評価（デイリーQA）できる技術が求められている。代表者らは既に加速器BNCT施設の大強度中性子ビームのエネルギー分布を精密に測定する検出器群の開発に成功しており、その原理を応用し、短時間で簡便にデイリーQAに必要な精度で運用することができる小型・一体型の中性子エネルギー分布評価装置を開発する。

Outline of Final Research Achievements

A quality assurance method to check the variation of neutron energy distribution of the accelerator-based neutron source for boron neutron capture therapy (BNCT) was proposed. A neutron energy distribution checker which consists of high-density polyethylene and low-energy neutron detectors was designed using Monte Carlo simulations to optimize the sensitivity for the variation of the neutron energy distribution. A prototype was manufactured, and its response characteristics has been investigated. Due to the COVID-19 situation, demonstration experiments at BNCT facilities in hospitals have not carried yet and they will be carried out in the near future.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

BNCT用加速器中性子源で得られる中性子ビームのエネルギー分布を実験的に評価する技術はすでに研究代表者らのグループで取り組んでいたが、1日がかりの測定と高度な考察や経験を必要とする解析作業を伴うものであった。本研究で提案する手法は、医療機関の実態を考慮して日常的に短時間で簡便にエネルギー分布変動を確認できるようにすることを企図したものであり、実用化されればBNCTの安全安心な実施と治療実績の向上につながると期待される。

Research Products

• [Journal Article] Response characteristic measurements of lithium-glass scintillators used in the BSS for the intense neutron beams (2021)
  • Author(s): A. Masuda, T. Matsumoto, H. Tanaka, D. Itoh, H. Harano, Y. Sakurai, T. Takata
  • Journal Title: KURNS Progress Report 2020 Volume: 1 Pages: 68-68
  • Open Access
• [Journal Article] Feasibility study on a current-mode 3He gas neutron detectors for thermal and epi-thermal neutron measurements (2021)
  • Author(s): T. Matsumoto, A. Masuda, H. Harano, J. Hori, K. Terada
  • Journal Title: KURNS Progress Report 2020 Volume: 1 Pages: 99-99
  • Open Access
• [Journal Article] BNCTに関する中性子計測標準の取り組み (2021)
  • Author(s): 増田 明彦、松本 哲郎、原野 英樹
  • Journal Title: 応用物理学会 放射線分科会誌「放射線」 Volume: 46 Pages: 72-76
• [Journal Article] 中性子標準の開発の現状と応用 (2021)
  • Author(s): 松本 哲郎、増田 明彦、 原野 英樹
  • Journal Title: 日本原子力学会誌『ATOMOΣ』 Volume: 63
  • NAID: 130008050895
• [Presentation] ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の大強度中性子に対応する中性子スペクトロメーターの開発 (2022)
  • Author(s): 増田明彦、松本哲郎、真鍋征也、原野英樹
  • Organizer: 2021年度計量標準総合センター成果発表会
• [Presentation] 医療用加速器中性子源のエネルギー分布測定技術の開発と校正技術の検討 (2021)
  • Author(s): 増田明彦、松本哲郎、原野英樹、真鍋征也、熊田博明、高田健太、田中進、榮武二、田中浩基、櫻井良憲
  • Organizer: 生体量子捕獲反応研究会2021Early-Summer Meeting
  • Invited
• [Presentation] 大強度加速器中性子源の特性評価のための検出器開発 (2021)
  • Author(s): 増田 明彦、松本 哲郎、原野 英樹
  • Organizer: 2020年度 産業技術総合研究所 計量標準総合センター 成果発表会
• [Presentation] BNCTに関する中性子計測標準の取り組み (2020)
  • Author(s): 増田 明彦、松本 哲郎、原野 英樹
  • Organizer: 第81回 応用物理学会 秋季学術講演会 シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 大強度中性子ビーム用ボナー球スペクトロメーターの開発と医療施設での測定 (2020)
  • Author(s): 増田 明彦、松本 哲郎、原野 英樹、熊田 博明、田中 進、榮 武二、高田 健太
  • Organizer: 産業技術総合研究所 2019年度 計量標準総合センター成果発表会
• [Presentation] 加速器BNCTにおけるQA測定のためのエネルギー分布評価手法 (2020)
  • Author(s): 増田 明彦、松本 哲郎、熊田 博明、高田 健太、榮 武二
  • Organizer: 2020年第67回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Neutron measurements for boron neutron capture therapy (2019)
  • Author(s): Akihiko Masuda
  • Organizer: Emerging Scientist Workshop 2019 (ESW 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neutron spectral fluence measurements of BNCT beams using Bonner sphere spectrometer (2019)
  • Author(s): Akihiko Masuda, Tetsuro Matsumoto, Hiroaki Kumada, Kenta Takada, Susumu Tanaka, Jun-ichi Hori, Tadafumi Sano, Yoshinori Sakurai, Hiroki Tanaka, Hideki Harano, Takeji Sakae
  • Organizer: 10th Young Researchers Boron Neutron Capture Therapy Meeting (YBNCT 10)
  • Int'l Joint Research