清華水池式反應器用在硼中子捕獲治療的超熱中子束在 2004 年完成了結構內的設計以及改建，在 2006 年完成治療計畫系統 THORplan 的開發並且建立了專用的射源檔，這兩項重要的工具都有持續在維護以及更新中。目前為即將進行臨床試驗的階段。在考慮到治療頭頸部腫瘤患者照射部位的固定性，而有外加匯聚的需求。本研究的目的有二：一為驗證射源檔的準確性；二是在符合中子束設計建議值的要求下，配合實際情況調整外加匯聚的設計，希望在外加匯聚出口處可以達到最佳的超熱中子束品質及強度。
本研究的模擬計算使用蒙地卡羅粒子遷移計算程式。射源特性的驗證上進行計算與實際量測數據的比較，包含垂直於射束方向（徑向）及平行於射束方向的銅片相對反應率分佈。比較結果都相當吻合。顯示使用的射源檔可以精確地描述射束出口的中子源特性。
在外加匯聚的設計上，本研究延續結構內超熱中子束的設計計算條件，以便比較時有相同的基準點，並且以國際原子能委員會提供的建議值作為超熱中子束品質分析之依據。首先比較空間中同一個位置在有無外加匯聚設計的情況之下，超熱中子束特性的改變。結果顯示，在加了外加匯聚後可以提高同一個位置的超熱中子通率，而口徑外的劑量是口徑內的約六分之一，可以減少照射時間並保護靠近外加匯聚周圍的正常組織。
外加匯聚設計幾何靈敏度分析顯示，匯聚出口尺寸改變對超熱中子通率會有比較明顯的影響，口徑越小超熱中子束通率越高。因此必頇盡量配合患者腫瘤區域的大小來進行設計。至於材料選擇方面，使用碳酸鋰與聚乙烯的混合材料來取代原來聚乙烯材料的設計，可以大幅降低在出口處以及匯聚側邊周圍熱中子及光子的產生；碳酸鋰在混合物中佔有的濃度越高效果越好。
將使用碳酸鋰與聚乙烯混合材料的外加匯聚設計寫入治療計畫 THORplan 的射源檔案中，對真實的病例做模擬評估，結果顯示患者體內腫瘤劑量分佈並沒有太大的改變，但皮膚的最大劑量會下降 4%；改用此匯聚材料有助於患者表面劑量之降低。

摘要 .............................................................................................................................. i
致謝 ............................................................................................................................. ii
目錄 ............................................................................................................................ iii
第一章 前言 ............................................................................................................... 1
第二章 清華水池式反應器超熱中子束射束出口特性 ........................................... 3
2-1 射源檔案的驗證 ................................................................................ 10
第三章 外加匯聚的幾何靈敏度分析 ..................................................................... 20
3-1 目前現有外加匯聚設計的特性描述 ................................................ 20
3-2 外加匯聚底座厚度的影響 ................................................................ 30
3-3 外加匯聚壁厚大小的影響 ................................................................ 30
3-4 外加匯聚出口尺寸的影響 ................................................................ 33
第四章 外加匯聚材料的選擇對超熱中子束的影響 ............................................. 36
4-1 改用碳酸鋰與聚乙烯混合材料的影響 ............................................ 36
4-2 匯聚部分周圍增加中子反射材料的影響 ........................................ 44
4-3 改用鉛與環氧樹脂混合材料的影響 ................................................ 49
4-4 匯聚部分周圍增加屏蔽用鉛壁的影響 ............................................ 53
4-5 外加匯聚出口處增加一片鋰的影響 ................................................ 57
第五章 利用治療計畫 THORplan 評估外加匯聚設計的影響 ........................... 59
第六章 結論與未來工作 ......................................................................................... 63
參考文獻 ................................................................................................................... 65

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