mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577j.met202308.519mateltech-519Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYИсточник нейтронов для исследования биологических объектов сформированный из поверхностно соприкасающихся конусов, выполненных из борированных сферопластиковA neutron source for the study of biological objects formed from superficially touching cones made of borated spheroplasticsСиксинВ. В.SiksinV. V.

Ленинский просп., д. 53, Москва, 119991

Сиксин Виктор Валентинович — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник

53 Leninsky Ave., Moscow 119991

Viktor V. Siksin — Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher

11vvpet_lb_salo@inbox.ruФизический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук РоссияРоссияLebedev Physical Institute of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202330102023263248255Copyright © Сиксин В.В., 20232023Сиксин В.В.Siksin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/519

На медицинском ускорителе «Прометеус» при энергии пучка протонов 225 МэВ был сконструирован источник быстрых и эпитепловых нейтронов, а также проведены измерения дозных профилей нейтронов на выходе нейтронного канала с помощью детектора БДМН-100. Для получения быстрых нейтронов применялась тяжелая мишень NaI. Совместно с исследовательской лабораторией ЦЗЛ АО «Авангард» разработан новый защитный материал от нейтронов c разным процентным соотношением 10B под названием wikineutron. На его основе формировалась теневая защита, выполненная в виде поверхностно соприкасающихся конусов, конструирующая канал быстрых и эпитепловых нейтронов. Разработанный нейтронный канал может использоваться для проведения медицинских работ по созданию новых радиофармпрепаратов, содержащих бор и другие сильнопоглощающие элементы. Возможно также применение нейтронного источника от ускорителя «Прометеус» для терапии поверхностно расположенных опухолей. Основной целью работы было формирование на основе разработанных нейтронопоглощающих материалов нейтронного канала, который обладает простой конструкцией и может быть применен для борнейтронзахватной и «надэпитепловой» терапии, а также создание на нейтронном канале пучка эпитепловых и надэпитепловых нейтронов для оценки эффективности применения радиофармпрепаратов. Разработанные нейтронопоглощающие материалы позволили создать нейтронный канал эпитепловых и надэпитепловых нейтронов для терапии и разработки радиосенсибилизаторов на основе золота.

At the Prometheus medical accelerator with a proton beam energy of 225 MeV, a source of fast and epithermal neutrons was constructed and measurements of neutron dose profiles at the output of the neutron channel were carried out using the BDMN-100 detector. A heavy NaI target was used to produce fast neutrons. Together with the research laboratory of the Central Laboratory of Avangard JSC, a new protective material against neutrons called wikineutron was developed, with a different percentage of 10B. This new material has been studied many times at the Prometheus proton accelerator and the Pakhra electron accelerator. Based on the developed new protective materials against neutrons, a shadow protection was formed, made in the form of surface contacting cones, forming a channel of fast and epithermal neutrons. Fast neutrons can be used for remote therapy. Also, a neutron beam can be used to study biological objects and cells. It is also possible to use a neutron source from the Prometheus accelerator for the treatment of superficial tumors. The developed neutron channel can be used for medical work on the creation of new radiopharmaceuticals containing boron and other highly absorbing elements. The developed neutron source is a compact low-power source of therapeutic neutrons, which can be used for the treatment of superficial types of cancer. The main goal of the work was: the formation, based on the developed neutron-absorbing materials, of a neutron channel, which has a simple design and can be used for boron-neutron capture therapy and nadepithermal therapy; creation on the neutron channel of a beam of epithermal neutrons and supra-epithermal neutrons to assess the effectiveness of the use of radiopharmaceuticals.The developed neutron-absorbing materials made it possible to create a neutron channel of epithermal neutrons and supra-epithermal neutrons for therapy and the development of gold-based radiosensitizers.

композитный нейтронопоглощающий материалэпитепловые и надэпитепловые нейтроныпроверка эффективности радиосенсибилизаторовнейтронный «биологический» каналcomposite neutron-absorbing materialepithermal and supra-epithermal neutronstesting the effectiveness of radisensitizersneutron biological channelРабота выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения № 075-15-202. Автор выражает благодарность В.А. Рябову и И.Н. Завестовской за обсуждение аспектов технического решения по проектированию исследовательского канала на нейтронах, для возможностей применения нейтронного канала на ускорителе «Прометеус». Автор выражает благодарность В.Е. Балакину за обсуждение аспектов технического решения по проектированию исследовательского канала на нейтронах, для биологических экспериментов на ускорителе «Прометеус». втор выражает благодарность А.И. Львову за обсуждение испытания электронных компонентов детектора нейтронов камеры МИК на ускорителе «Прометеус» (6 июня 2023 г.) и ускорителе «Пахра» на сеансе в марте 2023 г.The work was carried out with financial support from the Ministry of Education and Science of Russia under Agreement No. 075-15-202. The author expresses gratitude to V.A. Ryabov and I.N. Zavestovskaya for discussing aspects of the technical solution for designing a neutron research channel for the possibility of using a neutron channel at the Prometheus accelerator. The author expresses gratitude to V.E. Balakin for discussing aspects of the technical solution for designing a neutron research channel for biological experiments at the Prometheus accelerator. The author expresses gratitude to A.I. Lvov for discussing the testing of the electronic components of the neutron detector of the MIK chamber at the Prometheus accelerator (June 6, 2023) and the Pakhra accelerator at a session in March 2023.ReferencesЗаиди Л., Кашаева Е.А., Лежнин С.И., Малышкин Г.Н., Самарин С.И., Сычева Т.В., Таскаев С.Ю., Фролов С.А. Система формирования пучка нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии. Ядерная физика. 2017; 80(1): 63—69. https://doi.org/10.7868/S0044002717010160Zaidi L., Kashaeva E.A., Malyshkin G.N., Samarin S.I., Frolov S.A., Lezhnin S.I., Taskaev S.Y., Sycheva T.V. Neutron-beam-shaping assembly for boron neutron-capture therapy. Physics of Atomic Nuclei. 2017; 80(1): 60—66. https://doi.org/10.1134/S106377881701015XButterworth K.T., McMahon S.J., Currell F.J., Prise K.M. Physical basis and biological mechanisms of gold nanoparticle radiosensitization. Nanoscale. 2012; 4(16): 4830—4838. https://doi.org/10.1039/c2nr31227aButterworth K.T., McMahon S.J., Currell F.J., Prise K.M. Physical basis and biological mechanisms of gold nanoparticle radiosensitization. Nanoscale. 2012; 4(16): 4830—4838. https://doi.org/10.1039/c2nr31227aHubbell J.H., Seltzer S.M. Tables of x-ray mass attenuation coefficients and mass energy-absorption coefficients 1 keV to 20 MeV for elements Z = 1 to 92 and 48 additional substances of dosimetry interest. Radiation Physics Division, PML, NIST; 1996. https://dx.doi.org/10.18434/T4D01FHubbell J.H., Seltzer S.M. Tables of x-ray mass attenuation coefficients and mass energy-absorption coefficients 1 keV to 20 MeV for elements Z = 1 to 92 and 48 additional substances of dosimetry interest. Radiation Physics Division, PML, NIST; 1996. https://dx.doi.org/10.18434/T4D01FCui L., Her S., Borst G.R., Bristow R.G., Jaffray D.A., Allen Ch. Radiosensitization by gold nanoparticles: will they ever make it to the clinic? Radiotherapy and Oncology. 2017; 124(3): 344—356. https://doi.org/10.1016/j.radonc.2017.07.007Cui L., Her S., Borst G.R., Bristow R.G., Jaffray D.A., Allen Ch. Radiosensitization by gold nanoparticles: will they ever make it to the clinic? Radiotherapy and Oncology. 2017; 124(3): 344—356. https://doi.org/10.1016/j.radonc.2017.07.007Gerosa C., Crisponi G., Nurchi V.M., Saba L., Cappai R., Cau F., Faa G., Van Eyken P., Scartozzi M., Floris G., Fanni D. Gold nanoparticles: a new golden era in oncology? Pharmaceuticals. 2020; 13(8): 192. https://doi.org/10.3390/ph13080192Gerosa C., Crisponi G., Nurchi V.M., Saba L., Cappai R., Cau F., Faa G., Van Eyken P., Scartozzi M., Floris G., Fanni D. Gold nanoparticles: a new golden era in oncology? Pharmaceuticals. 2020; 13(8): 192. https://doi.org/10.3390/ph13080192Dan Jones T.L., Fast neutron therapy. https://www.canberra.edu.au/irps/bulletin/1996-2005/docs/15-2.pdfDan Jones T.L., Fast neutron therapy. http://www.canberra.edu.au/IRPS/archives/ vol15no2/mempap.htmlБыстрые нейтроны в онкологии. Под ред. Л.И. Мусабаевой. Томск: Издательство научно-технической литературы; 2000. 188 c.Dan Jones T.L., Fast neutron therapy. https://www.canberra.edu.au/irps/bulletin/1996-2005/docs/15-2.pdfМусабаева Л.И., Головков В.М. Терапия быстрыми нейтронами в онкологии. Сибирский онкологический журнал. 2015; (2): 88—94.Musabaeva L.I. (ed.). Fast neutrons in oncology. Tomsk: Izdatel'stvo nauchno-tekhnicheskoi literatury; 2000. 188 p. (In Russ.)Пат. (РФ) № 2009914832. МПК A61N5/10, G01N23/05, G21K1/02. Борисов Г.И., Ерак Д.Ю. Устройство для терапии онкологических заболеваний. Заявл.: 28.12.2009; опубл.: 27.07.2011. https://www.freepatent.ru/patents/2424832Musabaeva L.I., Golovkov V.М. Fast neutron therapy for cancer patients. Sibirskij onkologičeskij žurnal. 2015; (2): 88—94. (In Russ.)Иванов В.К. Возможности и перспективы математического моделирования при лучевой терапии. Медицинская радиология.1985; 30(3): 67.Pat. (RU) No 2009914832. IPC A61N5/10, G01N23/05, G21K1/02. Borisov G.I., Erak D.Yu. Device for the treatment of oncological diseases. Appl.: 12.2.2009; publ.: 07.27.2011. (In Russ.). https://www.freepatent.ru/patents/2424832Магдон Е. Относительная биологическая активность нейтронов с энергией 6,2 мэВ. Медицинская радиология. 1977; 22(10): 40—42.Ivanov V.K. Possibilities and prospects of mathematical modeling in radiation therapy. Meditsinskaya radiologiya = The Medical Radiology. 1985; 30(3): 67. (In Russ.)Борисов Г.И., Кумахов M.A., Кондратенко Р.И. Расчетные оценки возможности реализации инвазивной нейтронно-захватной терапии с использованием капиллярных нейтронно-оптических систем. Российский биотерапевтический журнал. 2006; (1): 34.Magdon E. Relative biological activity of neutrons with an energy of 6.2 meV. Meditsinskaya radiologiya = The Medical Radiology. 1977; 22(10): 40—42. (In Russ.).Кураченко Ю.А., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Подкритические системы для нейтрон-захватной терапии. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2008; (3): 47—56.Borisov G.I., Kumakhov M.A., Kondratenko R.I. Calculation estimates of the possibility of implementing invasive neutron capture therapy using capillary neutron-optical systems. Rossiiskii bioterapevticheskii zhurnal = Russian Journal of Biotherapy. 2006; (1): 34. (In Russ.)Малютин Е.В., Сиксин В.В., Шемяков А.Е., Щеголев И.Ю. Защитные свойства материала ПОВ-40 в условиях облучения вторичными нейтронами и гамма-квантами. Медицинская физика. 2019; (4(84)): 75—79.Kurachenko Yu.A., Kazansky Yu.A., Matusevich Eu.S. Subcritical systems for neutron capture therapy. Izvestiya vuzov. Yadernaya energetika. 2008; (3): 47—56. (In Russ.)Широков М., Юдин Н.П. Ядерная физика. М.: Наука; 1980. 728 с.Malutin E.V., Siksin V.V., Shemyakov A.E., Sgegolev I.Ju. Protective properties of the РОV-40 material under conditions of irradiation with secondary neutrons and gamma rays. Medical Physics. 2019; (4(84)): 75—79. (In Russ.)Кононов О.Е. Источники нейтронов на базе ускорителей для задач нейтронной и нейтронозахватной терапии. Автореф. дисс ...канд. физ.-мат. наук; 2010. 106 с.Shirokov M., Yudin N.P. Nuclear physics. Мoscow: Nauka; 1980. 728 p. (In Russ.)Kononov O.E. Neutron sources based on accelerators for neutron and neutron capture therapy problems. Summary Diss. Cand. Sci. (Phys.-Math.); 2010. 106 p. (In Russ.)Kononov O.E. Neutron sources based on accelerators for neutron and neutron capture therapy problems. Summary Diss. Cand. Sci. (Phys.-Math.); 2010. 106 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.