摘要
硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy, BNCT）是一种极具应用前景的肿瘤靶向精准放射治疗技术，它利用 10B(n,α)7Li反应产生的次级粒子杀死肿瘤细胞，具有靶向精准、相对生物学效应高、疗程短等优点，尤其对复发或浸润性肿瘤、扩散或弥散状肿瘤等难治性肿瘤具有突出治疗优势，能够有效填补肿瘤治疗领域的空白。BNCT技术已经成为载能粒子治疗研发的新热点，近年来在全世界蓬勃发展。 BNCT技术是治疗束与 10B携带剂相结合的二元靶向放射治疗方式，其临床效果受治疗束参数、肿瘤靶区 10B 浓度等因素影响。超热中子（0.5 eV?10 keV）通量是治疗深位置肿瘤的BNCT治疗束的关键核心参数，直接关乎BNCT精准治疗计划的制定与治疗的安全性和有效性。因此，测量BNCT治疗束的超热中子通量是十分必要也是至关重要的，是保障临床剂量精准递送和治疗效果的关键，对于BNCT基础研究和临床应用至关重要。 为了准确测量 BNCT 治疗束的超热中子通量，本文基于活化法中子探测的基本原理，利用蒙特卡洛?粒子群算法耦合技术设计优化了一种基于55Mn(n,γ)56Mn 反应的超热中子探测器。探测器的主体结构是直径为 69.2 mm 的高密度聚乙烯（High-Density Polyethylene, HDPE）球，HDPE 球的几何中心位置是活化材料锰镍（MnNi）合金箔（直径 10 mm，厚度 0.125 mm），MnNi 合金箔的两侧是热/超热中子吸收材料氮化硼（BN）片（几何尺寸为 10 mm × 10 mm × 0.4 mm），MnNi 合金箔及其两侧的BN 片构成三明治结构。利用蒙特卡洛模拟方法获取了探测器在 0.05 eV?10 MeV 中子能区（涵盖 BNCT 治疗束中子能区）的灵敏度，结果表明：探测器对超热中子具有特异性和与能量无关的高灵敏度，满足设计要求。同时，依据四种具有代表性的BNCT治疗束的参数（如中子能谱及通量、出口直径、方向性等）构建了辐射场，模拟探测器的工作环境，利用蒙特卡洛模拟方法开展了探测器性能模拟研究，从理论上验证了探测器的良好性能。 根据探测器的优化设计结果，本文试制了探测器样机，利用兰州大学的加速器BNCT（Accelerator-Based BNCT, AB-BNCT）装置开展了探测器实验研究。开展实验2 组，实验时平均质子流强约 6 mA，探测器活化材料（MnNi 合金箔）经辐照后放出的特征γ射线利用高纯锗γ谱仪测量分析。实验结果表明：探测器测量精度优于3%，满足国际原子能机构（International Atomic Energy Agency, IAEA）推荐指标（＜5%）。 本文的研究工作具有以下特色和创新之处： （1）采用蒙特卡洛?粒子群算法耦合技术设计探测器，特色鲜明。该方法大大提高了探测器的设计质量和效率，为探测器设计提供了新的思路和方法。 （2）研发的探测器结构简单，操作方便，测量精度高，可靠性好，实用性强，能够为BNCT治疗束参数测量提供技术方法和设备，极具应用前景。
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