Sorgente di neutroni da e-LinAc ospedalieri per applicazioni BNCT

La ricerca di soluzioni terapeutiche per le malattie tumorali non trascura di esplorare forme di radioterapia con neutroni, in particolare per alcune forme patologiche difficilmente trattabili nei modi già conosciuti. Negli ultimi anni è cresciuto l'interesse per la Boron Neutron Capture Therapy, una tecnica che sfrutta l'elevata sezione d'urto di cattura dei neutroni termici propria degli atomi di 10B e la successiva reazione di fissione nucleare per colpire selettivamente le cellule tumorali. Somministrando al paziente speciali carrier, quali la BPA (BoroPhenilAlanina), che si accumulano maggiormente nelle cellule malate grazie al loro maggiore metabolismo, e successivamente irradiando la zona da trattare con neutroni termici, si ottiene una distruzione selettiva delle cellule tumorali, preservando i tessuti sani, nei quali la concentrazione di Boro 10 risulta inferiore. L'applicazione della BNCT richiede la disponibilità di sorgenti di neutroni; attualmente essa è strettamente legata all'impiego di reattori nucleari di ricerca che rappresentano le uniche sorgenti in grado di fornire gli elevati flussi neutronici necessari. Il lavoro di questa tesi si inserisce nell'ambito del progetto INFN PSIHO (Photoneutron Source In Hospital) che si propone di sviluppare una sorgente di neutroni termici e epitermici mediante un convertitore fotoneutronico applicato su acceleratori lineari di elettroni (da 15 a 25 MV) comunemente utilizzati per radioterapia. Un prototipo portatile di convertitore è già stato realizzato e ha dimostrato di creare consenso negli ambienti ospedalieri, aprendo la strada alla possibilità di effettuare esperimenti in ambito biologico e medico. Con questo prototipo, il PhoNeS Bianco, si raggiunge un flusso di neutroni termici dell'ordine di 10E7 neutroni/cm2/s sufficiente per studi su cellule e campioni biologici. In questa tesi si presenta lo studio di una facility ottimizzata, composta da un acceleratore dedicato e un fotoconvertitore dalla geometria più efficiente, con la quale sia possibile ottenere una maggiore intensità di neutroni. In particolare, in vista della possibile installazione di tale facility nel bunker già esistente all'interno del dipartimento di fisica dell'Università di Torino, si sono valutati mediante simulazione Monte Carlo, gli effetti di modifiche da apportare alla struttura e ai parametri di funzionamento di un acceleratore Elekta 18 MV ai fini di incrementare la produzione di neutroni. Tali modifiche consistono nell'aumento del duty cicle della macchina e nella rimozione dei filtri omogeneizzatori. Si è poi studiata la configurazione ottimale per il fotoconvertitore sia per quanto riguarda la scelta dei materiali che la geometria migliore, caratterizzando il fascio di neutroni ottenuto, mediante figure di merito in aria e in fantoccio. Parte rilevante di questo lavoro consiste nello studio dell'assorbimento dei neutroni in un fantoccio antropomorfo esposto al fascio neutronico generato da questa facility. Simulando un irraggiamento extracorporeo, e si è valutata la dose BNCT che investe ogni organo. La possibilità di esposizione a fasci incrociati è stata presa in considerazione, nel caso di un trattamento al polmone sinistro, per valutare la possibilità che in futuro con un acceleratore appositamente progettato, con caratteristiche tecniche e di funzionamento superiori a quelle degli acceleratori commerciali in uso, sia possibile ipotizzare un trattamento clinico BNCT su paziente.