中子束源产生器及其滤屏制造技术

本发明专利技术一种中子束源产生器及其滤屏。其中该中子束源产生器，包括加速器，经由通道连接至铍靶材，以及滤屏，其中铍靶材位于通道末端并与滤屏邻近，通道与铍靶材之间的夹角α介于0度到90度之间，通道与滤屏法线的夹角β介于0度到90度之间，且该通道的剖面为非圆形。

【技术实现步骤摘要】
中子束源产生器及其滤屏
本专利技术涉及中子束源产生器及其滤屏。
技术介绍
硼中子捕获治疗(BNCT)的原理如下：含硼药物经由血液循环与肿瘤细胞结合，再用中子束以肿瘤组织的位置为中心照射，使硼吸收中子后产生锂与氦离子，准确破坏癌细胞而不破坏其他正常的组织。对患者而言，BNCT仅会造成极小损伤，且不需外科手术与麻醉。在治疗脑肿瘤时若BNCT采用穿透力较低的热中子，需额外打开病人的头盖骨；若BNCT采用超热中子，则不需打开病人的头盖骨。目前大部分的BNCT的中子束源产生器为源自研究用原子炉。由于原子炉通常无法设置于医院中，因此医生与患者需配合原子炉的所在进行治疗。与此相较，加速器型的中子束源产生器不但成本低，且可设置于医院中以节省医生与患者的时间。综上所述，目前亟需开发加速器型的中子束源产生器以利BNCT的发展。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术一实施例提供的中子束源产生器，包括加速器，经由通道连接至铍靶材，以及滤屏，其中铍靶材位于通道末端并与滤屏邻近，通道与铍靶材之间的夹角α介于0度到90度之间，通道与滤屏法线的夹角β介于0度到90度之间，且该通道的剖面为非圆形。本专利技术一实施例提供的滤屏，包括：铝、氟化镁、与氟化锂的混合层，其中该混合层由1体积份氟化镁、0.25至1体积份的铝、与0.003至0.02体积份的氟化锂组成。附图说明图1与图2是本专利技术实施例中，中子束源产生器的示意图。图3至图13是本专利技术实施例中，通道、靶材、与滤屏的相对关系的示意图。符号说明α、β角度10中子束源产生器11加速器13通道13c剖面15靶材16、16A反射材料17滤屏17a第一层17b第二层17c第三层18铋层19汇聚元件19a、19b、19d屏蔽材19a1聚乙烯混40wt％碳酸锂19a2铁氟龙19a3铅19c汇聚材21患者具体实施方式如图1所示，本专利技术实施例的中子束源产生器10主要由下述部分构成：加速器11、靶材15、连接加速器11与靶材15的通道13与滤屏17。靶材15位于通道末端并与滤屏邻近。举例来说，加速器11可为购自AdvancedCyclotronSystemsInc.的回旋加速器。加速器11用以提供能量介于19MeV至30MeV的质子束，其撞击靶材15以产生快中子。上述快中子穿过滤屏17与汇聚19后，产生调整后的超热中子束。依据国际原子能总署(IAEA)的建议，BNCT所用的超热中子通率需大于或等于109n·cm-2·s-1，且伴随每单位超热中子通率的快中子剂量率及伴随每单位超热中子通率的加马射线剂量率小于2×10-11cGy·cm2/n。其中加马射线剂量率建议值容易达成，故实施例主要探讨超热中子通率及伴随每单位超热中子的快中子剂量率。若超热中子通率过低，则会延长患者21照射治疗的时间。若快中子剂量率过高，则有可能会损伤患者21的其他正常组织。若加速器11提供的质子能量过高，则会增加屏蔽设计的困难，且对提升中子的产率有限。若加速器11提供的质子能量过低，则中子的产率不足，需增加电流来弥补。在本专利技术一实施例中，靶材15的材质为铍。如图1所示，通道13与靶材15之间夹有角度α，通道与滤屏法线17`之间夹有角度β。在一实施例中，角度α介于0度至90度之间，角度β介于0度至90度之间。当角度β较大，则通过通道的质子斜向撞击靶材15的效果较明显。举例来说，角度β介于0到45度时的快中子剂量率下降25％，角度β介于45度到90度时的快中子剂量率可下降57％。一般通道与靶材通常均为圆形。然而在质子束斜向入射靶材的设计中，若通道采用圆形剖面，则其投影至靶材上的图形将为椭圆形。反之，若通道采用椭圆剖面，则其投影至靶材上的图形为圆形或椭圆形。在靶材面积固定的情况下(散热效果一样)，以较小的椭圆通道可减少中子渗漏。因此，在本专利技术的一实施例中，该通道的剖面为非圆形。本专利技术一实施例以靶材与通道之间的角度变化调整通道剖面13c的形状，使通道剖面投影至靶材上的图形面积大于通道剖面。具体而言，通道投影至靶材上的图形面积大于或等于通道的剖面面积。举例来说，当通道剖面形状为椭圆形，则通道剖面投影至靶材上的图形为圆形或椭圆形。当通道剖面形状为矩形，则通道剖面投影至靶材上的图形为方形或矩形。在一实施例中，通道剖面投影至靶材上的图形与靶材的图形重叠。在一实施例中，椭圆形通道13的剖面13c垂直于通道13的管壁。通道13的剖面13c的横向尺寸(椭圆形的短轴)＝靶材15的横向尺寸×sinα，且通道13的剖面的纵向尺寸(椭圆形的长轴)＝靶材15的纵向尺寸。如此一来，通道13的剖面13c投影至靶材15上的图形，将与靶材15实质上重叠。举例来说，当通道13投影至靶材15的图形为直径d的圆形时，通道13的剖面13c的形状为椭圆，其长轴＝d且短轴＝d×sinα。当通道13投影至靶材15的形状为边长d的方形时，通道13的剖面13c的形状为长方形，其长边为d且短边为d×sinα。除上述形状外，本
中具有通常知识者自可选择适当通道13投影至靶材15的图形，与对应的剖面13c。依据通道13的剖面13c与靶材15之间的角度，调整通道13的剖面13c其形状的作法，可提高超热中子通率强度。在图1中，靶材15紧贴滤屏17。但在另一实施例中，通道与滤屏法线17`的夹角β介于45度到90度之间，而通道13与靶材夹有角度α，角度α的范围如前述，在此不赘述。上述滤屏17可为图示的三层结构，但也可为单层结构，或更多层结构。在一实施例中，滤屏17的总厚度介于54cm至67.5cm之间。若滤屏17的总厚度过薄，则无法有效降低快中子剂量。若滤屏17的总厚度过厚，则射束出口处中子束的超热中子通率无法达到足够强度。本专利技术实施例的滤屏17，包括：铝、氟化镁、与氟化锂的混合层，其中该混合层由1体积份氟化镁、0.25至1体积份的铝、与0.003至0.02体积份的氟化锂组成。在一实施例中，滤屏17，例如是三层结构，第二层17b位于第一层17a与第三层17c之间，且第一层17a位于靶材15与第二层17b之间，即质子撞击靶材15产生的中子依序穿过第一层17a、第二层17b、与第三层17c。第一层17a由铁组成，例如：铁与中子的非弹性碰撞将1MeV以上的中子减速到1MeV以下。在一实施例中，第一层17a的厚度介于15cm至26cm之间。若第一层17a的厚度过薄，则1MeV以上的中子会太多。若第一层17a的厚度过厚，则修饰1MeV以下中子的其他滤屏材料厚度会不足，会影响中子束品质。第二层17b由1体积份的氟化铝、0.25至1体积份的铝、与0.013至0.02体积份的氟化锂所组成。在一实施例中，第二层17b的厚度介于20cm至35cm之间。若第二层17b的厚度过厚，在滤屏17总厚度固定的情况下第三层17c厚度太薄，则中子减速不够，使快中子剂量率会过高。若第二层17b的厚度过薄，相对第三层17c厚度需较厚以降低快中子剂量率，但同时超热中子通率会过低。第三层17c由1重量份的氟化锂与99至100重量份的氟化镁所组成。在一实施例中，上述滤屏17的三层结构中的第三层17c也可由铝、氟化镁、与氟化锂的混合层所组成，其中混合层由1体积份氟化镁、0.25至1体积份的铝、与0.003至0.02体积份的氟化锂组成。在一实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中子束源产生器，包括：加速器，经由一通道连接至一铍靶材；以及滤屏，其中该铍靶材位于该通道末端并与滤屏邻近，其中该通道与该铍靶材之间的夹角α介于0度到90度之间，该通道与滤屏法线的夹角β介于0度到90度之间，且该通道的剖面为非圆形。

【技术特征摘要】
2016.12.02 TW 1051398401.一种中子束源产生器，包括：加速器，经由一通道连接至一铍靶材；以及滤屏，其中该铍靶材位于该通道末端并与滤屏邻近，其中该通道与该铍靶材之间的夹角α介于0度到90度之间，该通道与滤屏法线的夹角β介于0度到90度之间，且该通道的剖面为非圆形。2.如权利要求1所述的中子束源产生器，其中该通道与滤屏法线的夹角β介于45度到90度之间。3.如权利要求1所述的中子束源产生器，其中该通道投影至靶材上的图形面积大于或等于通道的剖面面积。4.如权利要求1所述的中子束源产生器，其中该通道剖面形状为椭圆形，使通道剖面投影至靶材上的图形成一圆形或椭圆形。5.如权利要求1所述的中子束源产生器，其中该通道剖面形状为矩形，使通道剖面投影至靶材上的图形成一方形或矩形。6.如权利要求1所述的中子束源产生器，其中该通道投影至靶材上的图形与靶材的图形重叠。7.如权利要求1所述的中子束源产生器，其中该铍靶材的一面紧贴该滤屏。...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛燕婉，游镇帆，杨升，叶吉田，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71