核截面数据库对加速器硼中子俘获治疗中束流品质与剂量分布影响的全程蒙特卡罗研究

研究人员针对加速器硼中子俘获治疗(AB-BNCT)中核截面数据库选择对剂量计算准确性的影响问题，通过PHITS蒙特卡罗模拟系统比较ENDF/B-VII.1、ENDF/B-VIII.0和JENDL-5.0数据库组合对7Li(p,n)7Be反应、中子能谱及临床剂量参数的影响，发现关键治疗指标偏差达13%，为BNCT束流设计与验证提供重要数据支撑。

　　

在肿瘤放射治疗领域，硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)因其"细胞级精准杀伤"特性备受关注。该技术利用¹⁰B同位素捕获热中子后发生的¹⁰B(n,α)⁷Li核反应释放高线性能量转移(LET)粒子，可选择性摧毁肿瘤细胞。随着加速器BNCT(AB-BNCT)系统的发展，基于⁷Li(p,n)⁷Be反应的紧凑中子源成为研究热点。然而，不同核截面数据库(如ENDF、JENDL系列)对关键核反应参数的评估差异，可能导致从源项建模到最终剂量计算的全链条误差，这一问题在临床转化中尚未得到系统研究。

中国研究人员在《Radiation Physics and Chemistry》发表的研究中，采用PHITS蒙特卡罗程序构建了从质子轰击锂靶、中子束流整形(Beam Shaping Assembly, BSA)到体模剂量沉积的全流程模型。研究选取ENDF/B-VII.1、ENDF/B-VIII.0和JENDL-5.0三组数据库组合，通过2.8 MeV质子束轰击140 μm厚锂靶的物理过程模拟，结合均匀软组织等效体模和ICRP 110头模的剂量计算，系统评估了核数据差异对临床参数的影响。

关键方法
研究采用分段式蒙特卡罗模拟策略：1) 基于不同数据库模拟2.8 MeV质子与锂靶的⁷Li(p,n)⁷Be反应；2) 在包含氟化锂慢化层和铅反射层的BSA中跟踪中子输运；3) 使用IAEA-TECDOC-1223推荐的5项束流品质参数评估出口中子能谱；4) 在体模中计算硼剂量、氮剂量等组分，分析优势深度剂量率(Advantage Depth Dose Rate)等临床指标。

研究结果

The target and BSA models
采用半径6 cm的天然锂靶与水冷铜基底结构，BSA包含30 cm氟化锂慢化层和15 cm铅反射层。模拟显示不同数据库对⁷Li(p,n)反应截面的描述差异直接影响源中子产额。

Beam parameters at BSA exit
ENDF/B-VIII.0组合产生的中子通量在超热能区(0.5 eV-10 keV)最高，较JENDL-5.0组合高12.7%。治疗时间估算值因数据库选择不同存在13%波动，主要源于⁷Li(p,n)反应截面的10%差异。

Discussion
研究发现核数据不确定性通过"级联放大效应"影响临床参数：1) 源中子产额差异导致束流强度变化；2) 慢化截面差异改变能谱分布；3) 热中子俘获截面影响最终剂量构成。特别指出JENDL-5.0对⁷Li(p,n)截面的评估可能偏低，与Nishitani等2022年结论一致。

Conclusions
该研究首次量化了核截面数据库选择对AB-BNCT全链条剂量计算的影响，证实13%的临床参数差异主要源自⁷Li(p,n)反应截面的评估分歧。建议在BNCT设备研发阶段采用多数据库交叉验证，并为国际核数据评估机构提供治疗能区截面的精准测量需求。

这项工作的科学价值在于揭示了核数据"微观差异"如何转化为"宏观临床偏差"，为后续BNCT治疗计划系统的标准化建设提供了方法论指导。研究团队获得中国国家重点研发计划(2023YFA1008600)和国家自然科学基金(12405393、12305340)支持，相关成果可直接应用于正在建设的多座AB-BNCT临床设施。