Om <10 år. Sames 14 MeV neutrongenerator Radiofysik i Lund på 1970 talet. För 40 år sen. ESS i Lund?? BNCT rbrp

Transkript

1

2 Sames 14 MeV neutrongenerator Radiofysik i Lund på 1970 talet För 40 år sen Om <10 år ESS i Lund?? BNCT rbrp

3 European Spallation Source ESS AB ska konstruera, bygga och driva världens mest kraftfulla neutronkälla för materialforskning i nordöstra Lund. Anläggningen kommer att öppnas 2019 och har planerad byggstart CMSV Med dess kommer forskarna att få möjlighet att studera material på atom och molekylnivå. Tillsammans med synkrotronljuslaboratoriet Max IV, som byggs intill ESS, bildas i Lund ett världsledande Europeiskt centrum för materialforskning och Centrum för Medicinsk Strålningsvetenskap??

4 Spallations Neutron källa Mycket högenergetiska protoner ( >10 GeV) som träffar en target av Wolfram splittrar atomkärnorna i kärnfragment (Spallation), varvid det bl.a. bildas massor av neutroner som kan användas för olika ändamål. decelerated in the moderator

5

6

7

8 Neutron utbytet fån en blytarget somfunktionav proton energin. Neutron utbytet visar sig vara i det närmaste proportionellt mot proton energin upp till 12 GeV. Spallations Neutronernas energi spektrum få från kvicksilver k il och Bly/Vismut target.

9 Spallations neutronerna leds ut i kanaler till olika stationer Kan vi etablera en station för Medicinsk strålnings vetenskap??

10

11 Medicinska Strålnings vetenskapliga projekt vid ESS? Neutron Terapi: Neutroninfångningsterapi Neutron Radiografi: Neutron Nano Nukleär Medicin: i Neutron Spridning och diffraktion Neutron Magnetism

12 BNCT (BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY) Bertil Persson Leif G. Salford Crister Ceberg Per Munck af Rosenschöld LU

13 Neutroninfångning i bor 10 4 He 9 m Prompt gamma n 10 B 5 m 7 Li Termiska neutroner infångas av 10 B Energin (2.3 MeV) deponeras mycket lokalt

14 Kärnreaktioner i hjärnan 4 He 10 B 7 Li

15 Behandling i två steg Stabilt 10 B ges Intravenöst som Bor-fenyl-alanin l 10 B aktiveras i tumören Termiska neutroner

16 Neutron Rdi Radiografi:

17 Internalview e of Neutron Radiographic beam (shielding partially removed). The detector arrangement is shown at the front

18

19

20 Neutron Nano Nukleär Medicin

21 2002 Prompt gamma spektroskopi (PGS) Mätning av infångningsgamma utsända från bor och väte i patient under bestrålning med epitermiska neutroner. n + p D 2 + gamma

22 2002 Prompt gamma spektroskopi (PGS) MCA+Dator Mätning av infångningsgamma utsända från bor och väte i patient under bestrålning Räknehastigheten h t i detektorn för linjerna 1000 kan relateras lt till 100 borkoncentrationen in vivo. 10 Coun nts HPGe-detektor Energi [kev]

23 Neutron stimulated emission computed tomography (NSECT), was pioneered at Duke University in 2003 by the late Dr. Carey E. Floyd Jr. for the purpose of diagnostic medical imaging. g

24

25 Spectrum for Fe with the sample out spectrum subtracted from the sample in spectrum.

26 Geometry of the phantom imaged in the tomography experiment. The vertical outer bars represent copper while the diagonal inner (gray) bars represent iron. Each bar measures 0.6 cm by 6 cm by 2.5 cm Reconstructed image from the NSECT acquisition of the sample. The vertical outer regions represent copper while the diagonal inner region represents iron. Each element was reconstructed separately and then combined

27 56 Fe 63 Cu 56 Fe 63 Cu Gamma energy spectrum from the iron copper phantom showing spectral lines from six transitions in 56 Fe and 63 Cu: 1. 63Cu from 1st excited state to ground state; energy 660 kev 2. 56Fe from 1st excited state to ground state; energy 847 kev 3. 63Cu from 2nd excited state to ground state; energy 962 kev 4. 56Fe from 3rd to 2nd excited state; energy 1239 kev 5. 56Fe from 4th to 2nd excited state; energy 1811 kev 6. 63Cu from 6th to 1st excited state; energy 1864 kev

28 6 MeV Neutron Stimulated Emission 6 MeV Neutron Stimulated Emission Computed Tomography NSECT spectrum of a Computed Tomography NSECT spectrum of a benign breast sample showing elements malignant breast sample showing identified through gamma spectroscopy. elements identified through gamma spectroscopy.

29

30 Medicinska Strålnings vetenskapliga projekt vid ESS? Neutron Terapi: Neutroninfångningsterapi Neutron Radiografi: Neutron Nano Nukleär Medicin: i Neutron Spridning och diffraktion Neutron Magnetism

31 1938 Bertil RR Persson föds 1939 Fissionsprocessen upptäcks 1963 Bertil RR Persson borjar studera radiofysik i Lund 1970 Bertil RR Persson disputerar och upphandlar neutrongenerator

32

33 De Broglie s (Dö Bröjs) ekvation De Broglie kombinerar Plancks ekvation E = h = h c/ : för sambandet mellan energin hos en foton E och dess våglängd Einsteins ekvation för vilomassan hos en partikel E=mc 2 Där m är massan hos partikeln (kg) med och c ljushastigheten (m/s) E = h = h c/ =mc 2 h / = mc de Brogle generaliserar denna ekvation till att gällapartiklar med impulsen p=mv där v är partikelns hastighet. Om vi inför Dirac s konstánt h 2 vågtalet k = 2 / och Vinkelfrekvensen = 2 fysiken: p E k h = h/p är partikelns våglängd får vi de grundläggande sambanden för kvant observera att vågtalet är en vektor

34 c Fysikaliska konstanter

35

36

37

38 Vågl ängd / nano-m MW 1 mm THz Fotoner = 1239 / E IR m Elektroner = 1,23 E -1/2 1 Å Neutroner 10-3 = E -1/ Moleky ylstrukture er UV E-4 1E-3 0,01 0, Energi / ev

39 100 nm 1 nm 10 m o-m Vågläng gd / nan Molekls stukturer celler 10-2 Neutroner Fotoner = 1239 / E Elektroner = 1,23 E -1/2 = E -1/2 1E-4 1E-3 0,01 0, Energi / ev

40

41

42 Elastisk spridning spridd Infallande neutron k f ) 2 k i neutron k 2 Q p k k i k f k Moment överföring Q p k i kf Q ki kf Q k k Q i f Q k sin 2 4 sin

43 Nuclear Scattering Nuclear interaction Magnetic Scattering Elektron Neutroner Dipole dipole spinn Interaction med e Elektron

44

45

46

47 Om vi antar att target urgöres av en kristall som i bilden nedan där de de gråa rundlarna symboliserar atomer. Kristaller kan betaktas som oändligt stora men i figuren nedan har bara innehållet i några få enhetsceller ritats. Atomerna i bilden nedan fortsätter på samma sätt åt alla håll och bildar en inre planstruktur i target.

48 Neutronvågen sprids av atomtätheten i varje plan. Genom konstruktiv interferens blir spridningen starkast i vissa vinklar. Villkoret för i vilka vinklar denna spridning sker ges av ett uttryck som kallas Braggs lag : 2d sinθ = nλ Denna ekvation ger information om vilka vinklar som ger spridning för ett visst repetitionsavstånd d mellan planen i strukturen. Om avståndet d i figuren motsvaras av ett avstånd mellan några repeterande plan, tätt besatta med atomer i en struktur fås spridning i i vinkeln θ relativ framriktningen. i Vinkeln beror förutom d även på vågländen, λ, för neutronerna.

49

50

51 EARLY DEVELOPMENT OF NEUTRON SCATTERING Nobel Lecture, December 8, 1994 by CLIFFORD G. SHULL. Operation of the spectrometer was entirely by hand and it was a time consuming chore for Wollan and his early colleague, R. B. Sawyer, to collect what were the first neutron diffraction patterns of polycrystalline NaCl and light and heavy water in the early months of 1946.

52

53

54

55

56

57 Neutron kristallogafi av membran proteiner

58

59

60

61 Inelastisk spridning Vid inelastisk spridning ändras energin hos den infallande neutronen med E kif k inf 2 spridd E E inf E spridd 2m 2m n n

62 Inelastisk spridning: Den infallande neutronen förlorar energi spridd Infallande neutron k f ) 2 k i Moment överföring Q neutron k 2 Q p k p k i kf Q ki kf Q k k Q i f k i k f Q 4 sin k sin 2

63 Inelastisk spridning: Den infallande neutronen absorberar energi spridd Infallande neutron k f ) 2 k i Moment överföring Q neutron k 2 Q p k p k i kf Q kf ki Q k k Q f i k i k f Q 4 sin k sin 2

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74