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为解决加速器 - based BNCT 中中子束质量适配问题，研究人员设计 2.4 MeV 质子加速器的束流整形组件（BSA）系统。确定锂靶厚度 90μm，BSA 在多指标达特定性能。这对推动 BNCT 发展意义重大。
硼中子俘获治疗（BNCT）是一种极具潜力的癌症治疗手段，它利用硼 - 10 对中子高俘获截面的特性，选择性地消灭肿瘤细胞。在治疗过程中，含有硼 - 10 的化合物会在肿瘤组织中积累，当用中子照射肿瘤区域时，硼 - 10 与中子发生俘获反应，产生 α 粒子和锂离子，这些粒子射程极短，仅在肿瘤细胞内释放能量，从而保护了周围的正常组织。早期，BNCT 主要依赖基于反应堆的中子源，但随着加速器技术的发展，基于加速器的中子源因其具有治疗设施小型化和中子束质量易控制等优势，成为了 BNCT 研究的新热点。
然而，加速器产生的中子能量较高，无法直接用于硼中子俘获反应，需要通过束流整形组件（Beam Shaping Assembly，BSA）将其能量降低到合适水平。不同类型的加速器、加速粒子、能量和电流，以及靶材料都会影响中子的特性，因此，设计适合特定加速器条件的 BSA 至关重要。国际原子能机构（IAEA）对 BNCT 所需的中子束设定了一系列标准，包括热中子通量、热中子与热中子比例、快中子和 γ 射线的剂量污染等指标。
在这样的背景下，韩国放射医学科学研究所（Korea Institute of Radiological and Medical Sciences）的研究人员开展了相关研究。他们致力于为 2.4 MeV、15 mA 的质子加速器设计一套 BSA 系统，以满足 BNCT 对中子束的要求。研究成果发表在《Applied Radiation and Isotopes》上，为 BNCT 技术的发展提供了重要的理论和实践依据。
研究人员采用了蒙特卡罗 N 粒子（Monte Carlo N-Particle version 6.2）模拟技术开展研究。通过该模拟技术，他们确定了锂靶的厚度，并设计了由铅（Pb）、氟化镁（MgF2）、碳化硼（B4C）和钨（W）分别作为反射器、慢化剂和准直器的 BSA 系统。在模拟过程中，研究人员改变 BSA 各部分的规格（面积和厚度），分析穿过 BSA 的中子特性，评估系统性能。
靶设计
研究人员利用蒙特卡罗模拟来确定锂靶的厚度。由于锂的熔点较低，质子入射产生的热传递和起泡现象会影响靶的性能。模拟结果显示，2.4 MeV 质子在锂靶中的射程在 0.17 mm 处达到峰值，73.01% 的质子在此处停止，大部分能量也沉积在此。因此，研究人员选择了略小于 0.17 mm 的厚度，最终确定锂靶厚度为 90μm。
BSA 系统性能评估
研究人员通过改变 BSA 各组件的规格，分析不同条件下穿过 BSA 的中子特性。系统性能评估基于多个指标，包括热中子通量、热中子与热中子比例、快中子污染、γ 污染以及中子电流与通量比。模拟结果显示，在热中子通量最高的规格下，BSA 出口处的热中子通量达到 8.89×108 cm-2?s-1，热中子与热中子比例为 425.54，中子电流与通量比为 0.7，快中子和 γ 射线引起的剂量污染分别为 1.20×10-13 Gy?cm2和 1.91×10-13 Gy?cm2 。
研究结论
通过蒙特卡罗模拟，研究人员确定了基于 2.4 MeV - 15 mA 串联加速器的中子源锂靶厚度，以及 BSA 的规格。与 IAEA 标准相比，所设计的 BSA 在热中子通量、快中子和 γ 射线剂量污染方面分别达到了标准的 177.83%、17.16% 和 95.31% 。这一研究成果为基于加速器的 BNCT 系统提供了关键的技术支持，有助于推动 BNCT 技术在临床治疗中的应用，为癌症患者带来新的希望。同时，该研究也为其他类似的加速器 - BSA 系统设计提供了参考，促进了 BNCT 领域的进一步发展。未来，研究人员可在此基础上进一步优化 BSA 系统，提高热中子通量，降低剂量污染，以更好地满足临床需求。
