Induced radioactivity in AB-BNCT: an analysis of the different facilities worldwide

The global effort to establish Accelerator-Based Boron Neutron Capture Therapy (AB-BNCT) facilities involves various accelerator technologies and neutron-producing targets, each characterized by different properties of the primary beam and neutron spectra they generate. With an emphasis on long-term sustainability, it is essential to minimize the production of residual radioactivity to the lowest possible level, particularly given their intended use in a hospital environment. This paper aims to quantitatively assess the residual radioactivity in these facilities, taking into account both primary and secondary activation. Primary activation primarily arises from the interaction of the proton or deuteron beam and the neutron-producing target. Secondary activation results from neutron-induced reactions on the elements exposed to the neutron flux, with the Beam Shaping Assembly (BSA) being the most exposed one. To assess activation, we evaluated a representative group of target-BSA configurations. Primary activation was calculated based on cross-sectional data and the corresponding target materials. Neutron activation was assessed using Monte Carlo simulations with the MCNP 6.1 code. Regarding target activation, our findings indicate that 9Be targets working with protons of less than 10 MeV represent the cleanest option, while 7Li targets working with protons lead to the highest activation levels. As for BSA activation, the neutron energy is a crucial factor. In the case of standard BSA materials, higher neutron energy results in an increased number of potential reactions that produce radioactive products. Additionally, our findings suggest that radioactivity induced by impurities and minor components in alloyed materials cannot be disregarded and must be taken into account in radioactivity calculations. In summary, this research provides a comprehensive analysis of activation of the commonly used targets and BSA materials, aimed at contributing to the optimization of AB-BNCT facilities from a radiological perspective.Fil: Capoulat, Maria Eugenia. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; Argentin

AB-BNCT beam shaping assembly based on 7Li(p,n)7Be reaction optimization

A numerical optimization of a Beam Shaping Assembly (BSA) for Accelerator Based-Boron Neutron Capture Therapy (AB-BNCT) has been performed. The reaction 7Li(p,n)7Be has been considered using a proton beam on a lithium fluoride target. Proton energy and the dimensions of a simple BSA geometry have been varied to obtain a set of different configurations. The optimal configuration of this set is shown.Fil: Minsky, Daniel Mauricio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Valda Ochoa, Alejandro Aníbal. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

Microchannel System Simulation for a Neutron Production Target to be Used in the Boron Neutron Capture Therapy

Microchannel system simulations have been performed in this work based on the thermal resistance model developed by Phillips (1988) andfollowed by Zhimin (1997). As it appears in the bibliography [Phillips (1988), Zhimin et al. (1997), Ludewigt et al. (1997), Tuckerman et al.(1981), Knight et al. (1992)], this system should be capable of removing 1 kW/cm2, for this reason it is being taken into account for the designof a neutron production target with accelerators.Based on the previously mentioned model, two codes were written in MATLAB programming platform, that solve the equations of such modelin an iterative way under constant pressure between the microchannel ends and constant pumping power, respectively. The codes calculate thetotal thermal resistance (and its components) of the microchannel system for a given geometry, in addition to the hydrodynamic variables andthe system adimentional numbers (Re and Nu).The codes report total thermal resistance values and adimentional numbers comparable to those reported in different publications [Phillips(1988), Zhimin et al. (1997), Ludewigt et al. (1997)], discrepancies lower than 10%have been found. For this reason it is being considered todesign a heat sink that drains the energy depositedby the accelerator?s incident beam.Fil: Gagetti, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Constituyentes); ArgentinaFil: Suarez Anzorena, Manuel. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: del Grosso, Mariela Fernanda. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Constituyentes); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Constituyentes); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

Electrostatic design and beam transport for a folded tandem electrostatic quadrupole accelerator facility for accelerator-based boron neutron capture therapy

Within the frame of an ongoing project to develop a folded Tandem-Electrostatic-Quadrupole (TESQ) accelerator facility for Accelerator-Based Boron Neutron Capture Therapy (AB-BNCT), we discuss here the electrostatic design of the machine, including the accelerator tubes with electrostatic quadrupoles and the simulations for the transport and acceleration of a high intensity beam.Fil: Thatar Vento, Vladimir. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Bergueiro, Javier R.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Cartelli, Daniel Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Valda Ochoa, Alejandro Aníbal. Universidad Nacional de San Martín; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

Millimeter length micromachining using a heavy ion nuclear microprobe with standard magnetic scanning

In order to increase the scanning length of our microprobe, we have developed an irradiation procedure suitable for use in any nuclear microprobe, extending at least up to 400% the length of our heavy ion direct writing facility using standard magnetic exploration. Although this method is limited to patterns of a few millimeters in only one direction, it is useful for the manufacture of curved waveguides, optical devices such Mach-Zehnder modulators, directional couplers as well as channels for micro-fluidic applications. As an example, this technique was applied to the fabrication of 3mm 3D-Mach-Zehnder modulators in lithium niobate with short Y input/output branches and long shaped parallel-capacitor control electrodes. To extend and improve the quality of the machined structures we developed new scanning control software in LabViewTM platform. The new code supports an external dose normalization, electrostatic beam blanking and is capable of scanning figures at 16 bit resolution using a National InstrumentsTM PCI-6731 High-Speed I/O card. A deep and vertical micromachining process using swift 35Cl ions 70 MeV bombarding energy and direct write patterning was performed on LiNbO3, a material which exhibits a strong natural anisotropy to conventional etching. The micromachined structures show the feasibility of this method for manufacturing micro-fluidic channels as well.Fil: Nesprias, Francisco Jose Gabriel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Debray, Mario Ernesto. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; ArgentinaFil: Davidson, Jorge. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; ArgentinaFil: Vega, Nahuel Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; ArgentinaFil: de la Fourniere, Emanuel María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; Argentin

In-beam spectroscopy of 215Rn86

The yrast level structure of 215Rn has been studied by means of in-beam spectroscopy α-γ-γ coincidence techniques through the 207Pb(18O,2α2n) reaction at 93 MeV bombarding energy, using the 8π GASP-ISIS spectrometer at Legnaro. New spectroscopic information has been obtained. The deduced low-lying level scheme of 215Rn does not exhibit the alternating parity structure observed in the heavier known isotones 216Fr, 217Ra, 218Ac, and 219Th. From this result, the lightest nucleus showing evidence for octupole collectivity is 216Fr, defining the lowest-mass corner for this kind of phenomenon as N≥129 and Z≥87.Fil: Debray, M. E.. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín; ArgentinaFil: Davidson, Miguel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Davidson, Jorge. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín; ArgentinaFil: Cardona, Maria Angelica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín; ArgentinaFil: Hojman, Daniel Leonardo. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Napoli, D. R.. No especifíca;Fil: Lenzi, S.. Università di Padova; ItaliaFil: De Angelis, G.. No especifíca;Fil: De Poli, M.. No especifíca;Fil: Gadea, A.. No especifíca;Fil: Bazzacco, D.. Università di Padova; ItaliaFil: Rossi Alvarez, C.. Università di Padova; ItaliaFil: Medina, N.. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Ur, C. A.. Università di Padova; Itali

Status of low-energy accelerator-based BNCT worldwide and in Argentina

Existing and active low-energy Accelerator-Based BNCT programs worldwide will be reviewed and compared. In particular, the program in Argentina will be discussed which consists of the development of an Electro-Static-Quadrupole (ESQ) Accelerator-Based treatment facility. The facility is conceived to operate with the deuteron-induced reactions 9Be(d,n)10B and 13C(d,n)14N at 1.45 MeV deuteron energy, as neutron sources. Neutron production target development status is specified. The present status of the construction of the new accelerator development laboratory and future BNCT centre is shown.Fil: Cartelli, Daniel Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Capoulat, Maria Eugenia. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Baldo, M.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Suárez Sandín, J. C.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Igarzabal, M.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: del Grosso, Mariela Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Valda, A. A.. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Canepa, N.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Gun, M.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Minsky, Daniel Mauricio. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Conti, G.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Erhardt, J.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Somacal, Héctor Rubén. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Bertolo, A. A.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Bergueiro, J.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Gaviola, P. A.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Near threshold 7Li(p,n) 7Be reaction as neutron source for BNCT

7Li(p,n)7Be is an endothermic reaction and working near its threshold (1.88MeV) has the advantage of neutron spectra with maximum energies of about 100keV, considerably lower than at higher beam energies, or than using other neutron-producing reactions or as for the uranium fission spectrum, relevant for BNCT based on nuclear reactors. With this primary energy it is much easier to obtain the energies needed for treating deep seated tumors by BNCT (about 10keV). This work studies bombarding energies up to 2.05MeV,different beam incidence angles and the effect of the undesirable gamma production via the 7Li(p,γp?) 7Li reaction.Fil: Minsky, Daniel Mauricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

A 13C(d,n)-based epithermal neutron source for Boron Neutron Capture Therapy

Purpose Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) requires neutron sources suitable for in-hospital siting. Low-energy particle accelerators working in conjunction with a neutron producing reaction are the most appropriate choice for this purpose. One of the possible nuclear reactions is 13C(d,n)14N. The aim of this work is to evaluate the therapeutic capabilities of the neutron beam produced by this reaction, through a 30 mA beam of deuterons of 1.45 MeV. Methods A Beam Shaping Assembly design was computationally optimized. Depth dose profiles in a Snyder head phantom were simulated with the MCNP code for a number of BSA configurations. In order to optimize the treatment capabilities, the BSA configuration was determined as the one that allows maximizing both the tumor dose and the penetration depth while keeping doses to healthy tissues under the tolerance limits. Results Significant doses to tumor tissues were achieved up to ∼6 cm in depth. Peak doses up to 57 Gy-Eq can be delivered in a fractionated scheme of 2 irradiations of approximately 1 h each. In a single 1 h irradiation, lower but still acceptable doses to tumor are also feasible. Conclusions Treatment capabilities obtained here are comparable to those achieved with other accelerator-based neutron sources, making of the 13C(d,n)14N reaction a realistic option for producing therapeutic neutron beams through a low-energy particle accelerator.Fil: Capoulat, Maria Eugenia. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentin

Beam shaping assembly optimization for 7Li(p,n)7Be accelerator based BNCT

Within the framework of accelerator-based BNCT, a project to develop a folded Tandem-ElectroStatic-Quadrupole accelerator is under way at the Atomic Energy Commission of Argentina. The proposed accelerator is conceived to deliver a proton beam of 30 mA at about 2.5 MeV. In this work we explore a Beam Shaping Assembly (BSA) design based on the 7Li(p,n)7Be neutron production reaction to obtain neutron beams to treat deep seated tumors.Fil: Minsky, Daniel Mauricio. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin