京都大学原子炉実験所 BNCT推進室田中浩基、櫻井良憲、鈴木実、増永慎一郎、木梨友子、近藤夏子、楢林正流、仲川洋介、藤本望、高田卓志、渡邉翼、代谷誠治、高橋千太郎、丸橋晃、小野公二平成27年1月16日京大炉におけるビーム利用のための次期中性子源検討WS3 中性子捕捉療法ＢｏｒｏｎＮｅｕｔｒｏｎＣａｐｕｔｕｒｅＴｈｅｒａｐｙ悪性黒色腫 Collaboration research with dept. of radiation oncology of Kawasaki Medical College KURのBNCT症例世界のBNCT施設 FiR-1フィンランド研究炉（１９９９～２０１２）311例 R2-0スウェーデン研究炉（２００１～２００５）52例 LVR-15チェコ研究炉（２０００～）２例 JRR-2日本原子力研究開発機構33例 JRR-4日本原子力研究開発機構 107例 HFRPペッテン研究炉（１９９７～）22例 HTR日立炉(1968～1974)13例イタリア研究炉（２００２～）2例 BMRR ブルックヘブン医学研究炉（１９５１～１９６１、１９９４～１９９９）99例 MuITR武蔵工業大学原子炉(1977～1989)108例 KUR京都大学原子炉 511(+53例) MITR マサチューセッツ工科大学（１９５９～１９６１、１９９４～ THOR台湾研究炉 37例（2010～）１９９９）42例アルゼンチン研究炉（２００３～）7例 Copyright (C) 2000-2008 ZENRIN DataCom CO.,LTD. All Rights Reserved. Copyright (C) 2001-2008 ZENRIN CO., LTD. All Rights Reserved. 原子炉中性子源重水設備加速器中性子源加速器減速体系照射台ビーム輸送系加速器中性子源減速体系加速器ビーム電流ビーム強度 IAEA-TECDOC-１２２３推奨値熱外中性子束>1×109 cm-2s-1 ターゲットの熱除去高速中性子線量含有< 2×10-13Gy cm-2（現状4-10×10-13Gy cm-2）ガンマ線線量含有< 2×10-13Gy cm-2 加速器中性子源 Proton Energy Accelerator Ep<3MeV 静電型加速器、高周波型加速器 3MeV<Ep<8MeV 直線加速器、サイクロトロン 8MeV<Ep<100MeV サイクロトロン、FFAG Ep>100MeV シンクロトロン、サイクロトロン、FFAG Reaction Proton Energy Ep Yield （Neutron/ Proton） Melting Conductivity Neutron (W/m/K) Energy Moderator Size 7Li(p,n)7Be 2.5 1.46x10-4 180 84.7 0.1～0.5MeV 小 9Be(p, n)9B 4 1.6x10-4 1278 201 陽子エネルギーに依存大 9Be(p, n)9B 30 3.0x10-2 1278 201 陽子エネルギーに依存大 7.0x10-2 3017 57.5 陽子エネルギーに依存大 Ta(p,xn) 50 ビーム電流トレードオフ減速体系のサイズターゲットの熱除去減速体系後の中性子強度加速器中性子源考慮すべき項目 ①ターゲットでの熱除去 ②ターゲットのブリスタリング ③放射化 ④生成中性子量 ⑤減速体系の設計 ⑥加速器電流、電源、冷却水 ①ターゲットでの熱除去 1kWの熱負荷を、毎分1リットルの水で冷却するときの陽子エネルギー2.5MeV×20mA 水温の上昇は14.4℃＝1kWx60secx0.24/1000 =50kW 熱負荷密度が均一に2MW/m2 (50kW/250cm2)よりも大きい場合は核沸騰領域での熱伝達にしなければならず、ヒートシンクの冷却水配管内部の温度は100℃以下にできない。陽子沸騰を継続的に起こすために流速を高速にする必要あり（水圧を数気圧）→沸点上昇（5atmで150℃）バッキング材での温度勾配を考えるとさらに高くなる・陽子ビームを均一に照射する技術・熱勾配による熱応力発生陽子・液体Liを用いたプロジェクト核沸騰領域拡大図 ②ターゲットのブリスタリングブリスタリング：ターゲット内に荷電粒子が留まり、バッキング材と気泡が発生、剥離する原因冷却水路ブリスタリング陽子ベリリウムターゲットターゲット 10 MeV 陽子 1uA 2 hours. ブリスタリングを起こしにくいバッキング材の開発が必須。陽子陽子の飛程0.8 mm 10MeV in Be 陽子の飛程0.23mm 2.5MeV in Li 飛程の2～3%が飛程ストラグリングでばらつきを生じるベリリウム厚さ5.5 mm (陽子の飛程5.8 mm 30MeV) 冷却水中に陽子を放出 ③放射化中性子エネルギーを上げると反応チャンネルが開く熱中性子による放射化 27Al(n,) 0.2 barn 約2分の半減期 ③ターゲットの放射化 Irradiation Period Cooling Period メインテナンス ④生成中性子量 4MeVの場合に比べて 30MeVは約50倍高い 9MeVの場合に比べて 30MeVは約10倍高い 2.5MeV入射Liの場合に比べて30MeVBeは約1２５倍平均エネルギーが326keV と低い ⑤減速体系の設計単色の中性子を水ファントム中に入射した際の線量分布 Tumor dose = (Dn + Dh) × RBEn + D × RBE + D10B × CBEt × Ct Normal dose = (Dn + Dh) × RBEn + D × RBE + D10B × CBEn × Cn 10 keV付近の中性子が深部まで線量を付与する事ができる。 RBE,CBE Normal Tumor 10B 1.35 3.8 N 3 3 H 3 3 G 1 1 Normal Tumor 13 ppm 45.5 ppm J.C.Yanch et al.,Radiation Research 126, 1-20, 1991.)は~40keVまでが有効加速器中性子源リチウムベリリウム・低融点(180℃) ・トリチウム発生・高融点陽子エネルギー小・低中性子発生量タンタル・高融点陽子エネルギー大・高中性子発生量・トリチウム発生・放射化しにくい・放射化しやすい（熱中性子には放射化）・発生中性子エネルギー高い・減速体系が小・減速体系が大・ブリスタリング有・ブリスタリング無・大電流（熱負荷）・小電流世界における加速器BNCTプロジェクト by A. Kleiner@ICNCT16 Institute Accelerator(Status) Target reaction Beam Beam energy(MeV) current(mA) Budker Vacuum insulated Institute Russia Tandem(Ready) Solid 7Li(p,n) P:2.0 N:<1 2 Birmingham University UK Dynamitron(Ready) Solid 7Li(p,n) P:2.8 N:<1 1-2 KURRI Japan Cyclotron(Completed, Clinical trials started) Be(p,n) P:30 N:up to 28 1 SARAF Israel RFQ-DTL(Ready) Liq. 7Li(p,n) P:up tp 4 N:<1 1-2 Legnaro INFN Italy RFQ(Under construction) Be(p,n) P:4-5 N:up tp 2-3 30 Be(p,n) P:8 N:up to 6 10 P:1.4 N:up to 6 P:1.9-2.3 N:<1 30 Tsukuba Japan RFQ-DTL(Under construction) Be(d,n), CNEA Buenos Single ended Tandem Aires Argentina Electrostatic Solid 7Li(p,n) Quadrupole(TESQ)(Unde r construction) NCC-CICS Japan RFQ(Under development) Solid 7Li(p,n) P:2.5 N:<1 30 20 日本における加速器BNCTプロジェクト SouthernTOHOKU-SHI SouthernTOHOKU-SHI Tsukuba-MHI Osaka-SC Nagoya CICS-NCC KURRI-SHI KURRI-FFAG Tsukuba-MHI Okinawa KURRI-FFAG Osaka-SC KURRI-SHI CICS-NCC Cyclotron Based Epithermal Neutron Source(C-BENS) 2007年 8月京大炉と住友重機械工業と共同研究開始 2008年12月 2009年3月 2012年10月 2014年4月 C-BENSインストール中性子発生試験開始、施設検査合格再発悪性神経膠腫に対する治験開始頭頸部がんに対する治験開始イノベーションリサーチラボ医療棟加速器室 Kyoto University Research Reactor Institute@KUMATORI 3F 2F KUR イノベーションリサーチラボ 1F 照射室 KUCA Cyclotron Based epi-thermal Neutron Source(C-BENS) 住友重機械工業社製:HM30 加速粒子: 水素負イオン(-H) 最大エネルギー:30MeV 電流値: 1mA (Maximum ~2mA) 最大出力 : 30kW 1620 mm 3030 mm 1724 mm 減速体系 Pb : 高速中性子に対するブリーダーと減速材 Fe : 高速中性子に対する減速材減速体系 Al and CaF2 : 熱外中性子を生成するためのフィルター Polyethylene : 高速中性子の遮蔽減速過程 Pb、Feにより高速中性子を減速 Calculation using MCNPX D AlとFを用いて熱外中性子の生成 C B A C-BENSとKURとの比較 1.22E09 総合南東北病院 2013年3月センター起工 2014年4月機器搬入 2014年9－10月中性子発生試験開始、施設検査 2015年夏頭頸部がん治験開始予定 JAPANHealth Facilities: 70 General Hospitals : 6 http://www.minamitohoku.or.jp/index.ph 今後 2015年～2017年中性子が出れば日本各地で治験が開始される。原子炉実験所の役割・KURにおける臨床研究の推進,適応拡大, 共同利用推進・C-BENSにおける治験の推進・BNCTに関わる人材育成・BNCT国際拠点・C-BENSの高強度化・新規薬剤の開発には細胞・動物照射が必須 →基礎研究用照射場の整備、共同利用への展開 →病院には設置困難ありがとうございました