CNA

Centro Nacional de Aceleradores

La fuente HISPANoS del CNA proporciona neutrones térmicos

* El campo de aplicación de los neutrones térmicos es muy amplio, abarcando sectores tales como la medicina, la industria o la investigación básica.
 
* La producción de estos neutrones se ha llevado a cabo con el acelerador Tándem de 3 MV del CNA.
 
Los neutrones térmicos son neutrones con baja energía cinética. El descubrimiento de Chadwick en 1932 de los neutrones abrió la posibilidad de realizar experimentos con estas nuevas partículas subatómicas con la ventaja de que poseen una muy intensa acción nuclear sin que sufran interacciones con las cargas eléctricas nucleares.
 
litio
Montaje experimental
 
El uso de los neutrones térmicos tiene una gran aplicabilidad en campos de trabajo en los que existen radiaciones ionizantes. Existen distintos métodos de producción de estos neutrones. La tradicional consiste en el uso de fuentes radiactivas tales como el californio-252 o americio-241 en cuyo decaimiento se emiten neutrones. Con la finalidad de que los neutrones disminuyan su velocidad, hasta poder considerarlos "neutrones térmicos", se interponen en su paso barreras de elementos ligeros para conseguir que su energía disminuya.
 
Otro método de producción de neutrones es con aceleradores, y en concreto con el bombardeo del litio-7 con protones. Esta reacción ya ha sido utilizada en el CNA por el grupo de Física Nuclear Básica para experimentos en astrofísica.
 
En el presente trabajo, se ha aprovechado el campo de neutrones generado en estos experimentos previos, obteniendo como resultado un campo de neutrones térmicos de alta pureza, muy útil en diferentes aplicaciones.
 
La radioterapia de intensidad modulada (IMRT) dirige mejor la dosis de radiación en el tumor que la 3D-CRT, ya que varía la intensidad del haz. Comparada con la 3D-CRT, la radioterapia de intensidad modulada (Intensity modulated radiation therapy, IMRT) protege mejor al tejido sano frente a la radiación.
 
Para este tipo de radioterapia se emplean aceleradores Linacs. La IMRT consigue distribuciones de dosis localizadas en el tumor, sin embargo, la necesidad de largas periodos de irradiación junto con el aumento del número de unidades monitor lleva a una exposición mayor a campos de fotones y también a campos de neutrones de alta energía (10 MeV). Estos neutrones se producen en el propio acelerador LINAC del hospital mediante distintas reacciones y son los que pueden inducir los tumores secundarios, de ahí la importancia de su estudio.
 
Los neutrones de alta energía tienen un efecto completamente distinto en el cuerpo humano que los de media y baja energía. En lugar de ser capturados sufren numerosos rebotes con los núcleos de hidrógeno del cuerpo desplazándolos de sus estructuras y pudiendo producir daños irreparables. Además rebotan con facilidad en las paredes de las salas de radioterapia de manera que pasan varias veces por el paciente.
 
Para detectar estos neutrones, el Laboratori Nazionali di Frascati (INFN, Italia) en colaboración con Departamento de Fisiología Médica y Biofísica de US ha desarrollado un detector de neutrones térmicos, TNRD. Gracias a los experimentos desarrollados en el CNA, ha sido validado su funcionamiento comprándolo con la fluencia de protones y con dosímetros caracterizados.
 
tnrd
 
Este detector tiene una parte sensible a fotones y otra sensible a neutrones y fotones. Mediante la sustracción de ambas señales se puede determinar el número de neutrones, por ejemplo en las salas de radioterapia con fotones. Este detector TNRD se utilizará en el estudio de la dosis de neutrones en los diferentes órganos de los pacientes de radioterapia actual en hospitales. Actualmente se está estudiando el posible desarrollo de cánceres secundarios en los tratamientos con fotones, en concreto en IMRT, Terapia de Irradiación con intensidad modulada, frente a la convencional CRT, Radioterapia conformacional tridimensional.
 
Este experimento tiene una gran importancia en este campo, puesto que por primera vez se ha utilizado un campo térmico de neutrones con acelerador para caracterizar detectores. La reproducibilidad del haz de neutrones se estimó en ±4% en irradiaciones realizadas en diferentes días, comprobándose un excelente funcionamiento del detector TNRD.
 
Asimismo, se comprobaron las ventajas del montaje experimental para campo térmico de la línea HiSPANoS (Hispalis Neutron Source) del CNA como son: la pureza del haz térmico y la ausencia de fuentes radioactivas contaminantes frente a reactores nucleares o fuentes de neutrones de espalación.
 
En este trabajo han participado miembros de la Universidad de Sevilla, el Centro Nacional de Aceleradores, el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), el Instituto de Física de la Universidad Pontificia Católica de Chile y el Hospital Virgen Macarena de Sevilla.
 
Referencia bibliográfica:
Using a Tandem Pelletron accelerator to produce a thermal neutron beam for detector testing purposes
L. Irazola, J. Praena, B. Fernández, M. Macías, R. Bedogni, J.A. Terrón, B. Sánchez-Nieto, F. Arias de Saavedra, I. Porras, F. Sánchez-Doblado
Applied Radiation and Isotopes 107, 330-334 (2016)
http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2015.11.020