中子捕获治疗系统及用于粒子线产生装置的靶材制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种中子捕获治疗系统及用于粒子线产生装置的靶材，能提升靶材的散热性能，减少起泡，增加靶材寿命。本发明专利技术的中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，中子产生装置包括加速器和靶材，加速器加速产生的带电粒子线与靶材作用产生中子线，靶材包括作用层、基座层和散热层，作用层与带电粒子线作用产生中子线，基座层支撑作用层，散热层包括曲折状的冷却通道。

Neutron Capture Therapy System and Targets for Particle Line Generator

The invention provides a neutron capture treatment system and a target used in a particle line generation device, which can improve the heat dissipation performance of the target, reduce blistering and increase the life of the target. The neutron capture treatment system of the present invention includes a neutron generation device and a beam shaping body. The neutron generation device includes an accelerator and a target. The charged particle line generated by the accelerator acts on the target to generate a neutron line. The target material includes an action layer, a base layer and a heat dissipation layer. The action layer acts on the charged particle line to generate a neutron line. The base layer supports the action layer and the radiation layer includes a tortuous action layer. A cooling passage in the shape of a tube.

【技术实现步骤摘要】
中子捕获治疗系统及用于粒子线产生装置的靶材
本专利技术一方面涉及一种辐射线照射系统，尤其涉及一种中子捕获治疗系统；本专利技术另一方面涉及一种用于辐射线照射系统的靶材，尤其涉及一种用于粒子线产生装置的靶材。
技术介绍
随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastomamultiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relativebiologicaleffectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。在加速器硼中子捕获治疗中，加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与靶材发生核反应以产生中子，因此在产生中子的过程中靶材会受到非常高能量等级的加速质子束的照射，靶材的温度会大幅上升，同时靶材的金属部分容易起泡，从而影响靶材的使用寿命。因此，有必要提出一种新的技术方案以解决上述问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术一方面提供了一种中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置包括加速器和靶材，所述加速器加速产生的带电粒子线与所述靶材作用产生中子线，所述射束整形体包括反射体、缓速体、热中子吸收体、辐射屏蔽体和射束出口，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体包围所述缓速体并将偏离的中子导回至所述缓速体以提高超热中子射束强度，所述热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述辐射屏蔽体围绕所述射束出口设置在所述反射体后部用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量，所述靶材包括作用层、基座层和散热层，所述作用层与带电粒子线作用产生中子线，所述基座层支撑所述作用层，所述散热层包括曲折状的冷却通道。曲折状的通道延长了流通路径，能够增加传热壁面与冷却介质的接触面积从而增加散热表面，同时形成二次流，增加搅混效应，提升传热能力和散热效果，有助于延长靶材的寿命。作为一种优选地，中子捕获治疗系统还包括治疗台和准直器，所述中子产生装置产生的中子线通过所述射束整形体照射向所述治疗台上的患者，所述患者和射束出口之间设置辐射屏蔽装置以屏蔽从所述射束出口出来的射束对患者正常组织的辐射，所述准直器设置在所述射束出口后部以汇聚中子线，所述射束整形体内设置第一、第二冷却管，所述靶材具有冷却进口、冷却出口，所述冷却通道设置在所述冷却进口和冷却出口之间，所述第一、第二冷却管的一端分别与所述靶材的冷却进口和冷却出口连接，另一端连接到外部冷却源，所述曲折状的冷却通道的弯曲几何为连续弯曲的平滑曲线或依次首尾相连的曲线段或直线段，所述连续弯曲的平滑曲线为弦波函数。进一步地，靶材位于所述射束整形体内，所述加速器具有对带电粒子线进行加速的加速管，所述加速管沿带电粒子线方向伸入所述射束整形体并依次穿过所述反射体和缓速体，所述靶材设置在所述缓速体内并位于所述加速管端部，所述第一、第二冷却管设置在所述加速管与所述反射体和缓速体之间。本专利技术另一方面提供了一种用于粒子线产生装置的靶材，所述靶材包括作用层、基座层和散热层，所述作用层用于产生所述粒子线，所述基座层支撑所述作用层，所述散热层包括曲折状的冷却通道。曲折状的通道延长了流通路径，能够增加传热壁面与冷却介质的接触面积从而增加散热表面，同时形成二次流，增加搅混效应，提升传热能力和散热效果，有助于延长靶材的寿命。作为一种优选地，曲折状的冷却通道的弯曲几何为连续弯曲的平滑曲线或依次首尾相连的曲线段或直线段,所述连续弯曲的平滑曲线为弦波函数。冷却通道采用连续弯曲的平滑曲线，如弦波函数，能进一步减少流动路径造成的流动阻力。作为另一种优选地，曲折状的冷却通道包括多个曲折状的壁平行排列形成的多个子平行曲折通道或一个或多个曲折状的壁以螺旋线展开形成的多个子螺旋曲折通道，至少2个相邻的所述子平行曲折通道或子螺旋曲折通道中的冷却介质流通方向不同。相邻的子平行曲折通道或子螺旋曲折通道中的冷却介质流通方向不同，进一步增加散热效率。作为另一种优选地，散热层包括第一板和第二板，所述第一板具有面向所述作用层的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述曲折状的冷却通道形成在所述第二侧上或所述第二板上与所述第一板相对的一侧上。进一步地，散热层具有冷却进口和冷却出口，所述曲折状的冷却通道连通所述冷却进口和冷却出口，所述冷却进口和冷却出口均设置在所述第一板和第二板之一上，或分别设置在所述第一板和第二板上。第一板和/或第二板的材料为Ta或Ta-W合金或Cu，所述曲折状的冷却通道的横截面形状为矩形、圆形、多边形或椭圆形。更进一步地，冷却进口和/或冷却出口外围还设置有周向壁，所述第二板与所述周向壁面向所述第二板的表面紧密接触，在所述第一板和第二板之间形成容腔，使得从所述冷却进口进入的冷却介质只能通过所述冷却出口出去。附图说明图1为本专利技术实施例中的中子捕获治疗系统示意图；图2为本专利技术实施例中的靶材的示意图；图3为图2中的靶材的散热层的第一实施例的示意图；图4为图3中的散热层的第一板的示意图；图5为图2中的靶材的散热层的第二实施例的示意图；图6为图5中的散热层的第一板的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1，本实施例中的中子捕获治疗系统优选为硼中子捕获治疗系统100，包括中子产生装置10、射束整形体20、准直器30和治疗台40。中子产生装置10包括加速器11和靶材T，加速器11对带电粒子(如质子、氘核等)进行加速，产生如质子线的带电粒子线C，带电粒子线C照射到靶材T并与靶材T作用产生中子线(中子束)N，靶材T优选为金属靶材。依据所需的中子产率与能量、可提供的加速带电粒子能量与电流大小、金属靶材的物化性等特性来挑选合适的核反应，常被讨论的核反应有7Li(p,n)7Be及9Be(p,n)9B，这两种反应皆为吸热反应。两种核反应的能量阀值分别为1.881MeV和2.055MeV，由于硼中子捕获治疗的理想中子源为keV能量等级的超热中子，理论上若使用能量仅稍高于阀值的质子轰击金属锂靶材，可产生相对低能的中子，不需太多的缓速处理便可用于临床，然而锂金属(Li)和铍金属(Be)两种靶材与阀值能量的质子作用截面不高，为产生足够大的中子通量，通常选用较高能量的质子来引发核反应。理想的靶材应具备高中子产率、产生的中子能量分布接近超热中子能区(将在下文详细描述)、无太多强穿辐射产生、安全便宜易于操作且耐高温等特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中子捕获治疗系统，其特征在于，所述中子捕获治疗系统包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置包括加速器和靶材，所述加速器加速产生的带电粒子线与所述靶材作用产生中子线，所述射束整形体包括反射体、缓速体、热中子吸收体、辐射屏蔽体和射束出口，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体包围所述缓速体并将偏离的中子导回至所述缓速体以提高超热中子射束强度，所述热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述辐射屏蔽体围绕所述射束出口设置在所述反射体后部用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量，所述靶材包括作用层、基座层和散热层，所述作用层与带电粒子线作用产生中子线，所述基座层支撑所述作用层，所述散热层包括曲折状的冷却通道。

【技术特征摘要】
1.一种中子捕获治疗系统，其特征在于，所述中子捕获治疗系统包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置包括加速器和靶材，所述加速器加速产生的带电粒子线与所述靶材作用产生中子线，所述射束整形体包括反射体、缓速体、热中子吸收体、辐射屏蔽体和射束出口，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体包围所述缓速体并将偏离的中子导回至所述缓速体以提高超热中子射束强度，所述热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述辐射屏蔽体围绕所述射束出口设置在所述反射体后部用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量，所述靶材包括作用层、基座层和散热层，所述作用层与带电粒子线作用产生中子线，所述基座层支撑所述作用层，所述散热层包括曲折状的冷却通道。2.如权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述中子捕获治疗系统还包括治疗台和准直器，所述中子产生装置产生的中子线通过所述射束整形体照射向所述治疗台上的患者，所述患者和射束出口之间设置辐射屏蔽装置以屏蔽从所述射束出口出来的射束对患者正常组织的辐射，所述准直器设置在所述射束出口后部以汇聚中子线，所述射束整形体内设置第一、第二冷却管，所述靶材具有冷却进口、冷却出口，所述冷却通道设置在所述冷却进口和冷却出口之间，所述第一、第二冷却管的一端分别与所述靶材的冷却进口和冷却出口连接，另一端连接到外部冷却源，所述曲折状的冷却通道的弯曲几何为连续弯曲的平滑曲线或依次首尾相连的曲线段或直线段，所述连续弯曲的平滑曲线为弦波函数。3.如权利要求2所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述靶材位于所述射束整形体内，所述加速器具有对带电粒子线进行加速的加速管，所述加速管沿带电粒子线方向伸入所述射束整形体并依次穿过所述反射体和缓速体，所述靶材设置在所述缓速体内并位于所述加速管端部，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡炅彣，
申请(专利权)人：南京中硼联康医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32