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THOR清華水池式反應(yīng)

BNCT成敗的兩項(xiàng)主要因素，其中的中子照射設(shè)施雖然可經(jīng)由改建Cf-252中子源、或建造加速器驅(qū)動(dòng)中子源等設(shè)施來(lái)獲得，但若要導(dǎo)引出穩(wěn)定且大量的中子射束，研究用核子反應(yīng)器仍是目前較佳的選擇。

臺(tái)灣水池式反應(yīng)器（Tsing Hua Open-pool Reactor, 簡(jiǎn)稱THOR）是臺(tái)灣第一座、也是目前唯一運(yùn)轉(zhuǎn)中的研究用核子反應(yīng)器（圖1為T(mén)HOR爐心運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所發(fā)出的特殊藍(lán)光, Cherenkov radiation）。THOR從1961年臨界運(yùn)轉(zhuǎn)至今已經(jīng)歷55年的運(yùn)轉(zhuǎn)歷史。在2001年，為了整合臺(tái)灣BNCT研究團(tuán)隊(duì)、并支持BNCT相關(guān)研究照射，遂向臺(tái)灣相關(guān)部門(mén)申請(qǐng)通過(guò)「改建THOR做為BNCT醫(yī)療設(shè)施」的整合型研究計(jì)劃。歷經(jīng)三年的設(shè)計(jì)改建時(shí)間，終于在2004年將THOR原有之熱中子柱(Thermal Column)改建成為超熱中子束（圖2為T(mén)HOR-BNCT設(shè)施透視圖），成為當(dāng)時(shí)全世界八個(gè)BNCT治療設(shè)施之一，提供醫(yī)界及學(xué)界進(jìn)行BNCT治療癌癥及其他相關(guān)研究。

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THOR-BNCT的設(shè)計(jì)與改建

1. 中子射束的能量：含硼藥物（B-10）主要是和能量較低的熱中子發(fā)生反應(yīng)，但中子的能量若太低，在其進(jìn)入身體組織后，很容易被阻擋吸收而無(wú)法到達(dá)較深的腫瘤部位；反之，若中子的能量太高（快中子），在其進(jìn)入身體組織后，容易造成正常組織細(xì)胞不必要的輻射劑量。因此，在兼顧治療深度、及避免過(guò)多的快中子劑量情況下，目前國(guó)際上認(rèn)為超熱中子是做為BNCT治療很適當(dāng)?shù)哪芰糠秶?eV～10keV）。

2. 中子射束的強(qiáng)度：中子射束的強(qiáng)度主要是考慮治療時(shí)間的合理性。以目前含硼藥物在腫瘤的累積濃度約60～70 ppm估算，若超熱中子通率大于1×109 n/cm2/sec，則可確保單一次治療時(shí)間在1小時(shí)以內(nèi)完成。

3. 背景輻射劑量：此處所謂背景輻射劑量是指伴隨超熱中子射束所產(chǎn)生的快中子與加馬射線所造成的輻射劑量。目前設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是以每引出一個(gè)超熱中子所引發(fā)的快中子劑量與加馬劑量，必須要小于1×10-10 cGy-cm2，如此才能確保皮膚表面所受的輻射劑量不會(huì)超過(guò)限定值。

4. 中子射束的照野：中子射束的照野大小主要是考慮未來(lái)治療腫瘤的體積大小。由于BNCT治療是屬于單一射束（one-shot）的治療方式，射束的照野必須涵蓋腫瘤的范圍，因此，中子射束的照野設(shè)計(jì)一般較大（目前THOR-BNCT的照野為直徑14cm的圓孔），若所要治療的腫瘤體積較小，則可透過(guò)外加中子匯聚管（Extension Collimator）的方式來(lái)調(diào)整照野。

在完成THOR超熱中子束的優(yōu)化設(shè)計(jì)后，如何改建組裝也是另外一個(gè)問(wèn)題，除了改建設(shè)施因THOR長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料被中子活化的高輻射劑量問(wèn)題外，為了縮短照射位置與爐心的距離來(lái)提升中子束的強(qiáng)度，以及為了增加照射治療室內(nèi)的空間方便病人以平躺治療方式進(jìn)行180度旋轉(zhuǎn)，皆必須將THOR原結(jié)構(gòu)水泥屏蔽體加以切割。

改建工程經(jīng)由結(jié)構(gòu)安全分析確認(rèn)切割補(bǔ)強(qiáng)過(guò)程不會(huì)造成THOR安全疑慮，改建計(jì)劃案經(jīng)原子能委員會(huì)審查通過(guò)后才開(kāi)始進(jìn)行改建工作。圖4是整個(gè)THOR熱中子柱改建為超熱中子束的過(guò)程匯整：包括將舊有設(shè)施材料的移除、水泥屏蔽體的切割、新設(shè)計(jì)材料的組裝、設(shè)施定位及周邊輔助設(shè)施的配置…等，前后歷經(jīng)三年的時(shí)間才得以完成。

THOR-BNCT除了中子照射治療室之外，還配置包括：模擬定位室、準(zhǔn)備室/恢復(fù)室、以及劑量監(jiān)控室（詳細(xì)配置如圖5所示）。其中模擬定位室主要是做為病人預(yù)先模擬定位的用途，主要是考慮照射治療室中因?yàn)橹凶娱L(zhǎng)期照射導(dǎo)致背景輻射劑量率較高，為了避免醫(yī)護(hù)人員及協(xié)助定位的工程人員接受不必要的輻射曝露，需要較長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)先模擬定位動(dòng)作將在模擬定位室中完成；準(zhǔn)備室/恢復(fù)室則是做為含硼藥物注射的場(chǎng)所、以及病人接受BNCT治療后的后續(xù)觀察監(jiān)測(cè)用途，此外，病人接受中子照射過(guò)程，醫(yī)師亦可在此透過(guò)TV-monitor監(jiān)視設(shè)備，全程掌握病人在治療室內(nèi)的動(dòng)態(tài)；劑量監(jiān)控室則是透過(guò)射束出口周圍預(yù)先布置的3組中子分裂腔計(jì)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)監(jiān)控進(jìn)入病人體內(nèi)的中子數(shù)量，進(jìn)一步換算成病人累積接受劑量的實(shí)時(shí)信息(on-line monitor)，達(dá)到劑量精準(zhǔn)給予的目的。

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