改建THOR成为符合BNCT治疗癌症的用途，所必须考虑的因素众多，其中针对中子束的设计考虑主要包括如下：

中子射束的能量：

含硼药物（B-10）主要是和能量较低的热中子发生反应，但中子的能量若太低，在其进入身体组织后，很容易被阻挡吸收而无法到达较深的肿瘤部位；反之，若中子的能量太高（快中子），在其进入身体组织后，容易造成正常组织细胞不必要的辐射剂量。因此，在兼顾治疗深度、及避免过多的快中子剂量情况下，目前国际上认为超热中子是做为BNCT治疗适当的能量范围（5eV～10keV）。

中子射束的强度：

中子射束的强度主要是考虑治疗时间的合理性。以目前含硼药物在肿瘤的累积浓度约60～70 ppm估算，若超热中子通率大于1×109 n/cm2/sec，则可确保单一次治疗时间在1小时以内完成。

背景辐射剂量：

此处所谓背景辐射剂量是指伴随超热中子射束所产生的快中子与加马射线所造成的辐射剂量。

目前设计的标准是以每引出一个超热中子所引发的快中子剂量与加马剂量，必须要小于1×10-10 cGy-cm2，如此才能确保皮肤表面所受的辐射剂量不会超过限定值。

中子射束的照野：

中子射束的照野大小主要是考虑未来治疗肿瘤的体积大小。由于BNCT治疗是属于单一射束（one-shot）的治疗方式，射束的照野必须涵盖肿瘤的范围，因此，中子射束的照野设计一般较大（目前THOR-BNCT的照野为直径14cm的圆孔），若所要治疗的肿瘤体积较小，则可透过外加中子汇聚管（Extension Collimator）的方式来调整照野。

为了达到上述之超热中子束设计的基本要求，清华大学需将THOR炉心核分裂所产生之快中子加以减速，另一方面将有害之加马射线加以屏蔽，以减少快中子和加马射线所造成之伤害，因此需在THOR-BNCT的改建过程中，特别设计在炉心至照射口之间，以Al、FluentalTM、Cd、Bi、Pb、Li2CO3-PE等材料组成滤屏，来将超热中子束的射束质量进行优化。

在完成THOR超热中子束的优化设计后，如何改建组装也是另外一个问题，除了改建设施因THOR长期运转导致结构材料被中子活化的高辐射剂量问题外，为了缩短照射位置与炉心的距离来提升中子束的强度，以及为了增加照射治疗室内的空间方便病人以平躺治疗方式进行180度旋转，皆必须将THOR原结构水泥屏蔽体加以切割。

改建工程经由结构安全分析确认切割补强过程不会造成THOR安全疑虑，改建计划案经原子能委员会审查通过后才开始进行改建工作。

下图是整个THOR热中子柱改建为超热中子束的过程汇整：包括将旧有设施材料的移除、水泥屏蔽体的切割、新设计材料的组装、设施定位及周边辅助设施的配置…等，前后历经三年的时间才得以完成。

为能让整体的治疗作业程序更加顺畅，并考虑各项治疗作业所需之功能，THOR-BNCT除了中子照射治疗室之外，还配置有仿真定位室、准备室/恢复室、以及剂量监控室。

其中模拟定位室主要是做为病人预先模拟定位的用途，主要是考虑照射治疗室中因为中子长期照射导致背景辐射剂量率较高，为了避免医护人员及协助定位的工程人员接受不必要的辐射曝露，需要较长时间的预先模拟定位动作将在模拟定位室中完成；准备室/恢复室则是做为含硼药物注射的场所、以及病人接受BNCT治疗后的后续观察监测用途，此外，病人接受中子照射过程，医师亦可在此透过TV-monitor监视设备，全程掌握病人在治疗室内的动态；剂量监控室则是透过射束出口周围预先布置的3组中子分裂腔计测系统，及时监控进入病人体内的中子数量，进一步换算成病人累积接受剂量的实时信息(on-line monitor)，达到剂量给予的目的。