适应于BNCT系统的复合中子靶技术方案

本发明专利技术涉及适应于BNCT系统的复合中子靶，包括靶板，所述靶板包括依次分布的钽靶层、铍靶层和散热基层，所述钽靶层采用金属钽和/或钽合金制成，位于靶板的前部，所述铍靶层采用金属铍和/或铍合金制成，位于所述钽靶层和散热基层之间，所述散热基层的内部和/或所述散热基层与所述铍靶层之间设有冷却剂流道，所述冷却剂流道设有进出端口。所述散热基层由一层散热单层构成或者由多层散热单层构成，至少一个散热单层的靶体内表面开设有一条或多条连通的沟槽，所述冷却剂流道由开设在散热单层的靶体内表面上的所述沟槽构成。本发明专利技术主要应用于质子照射靶材产生中子的装置，如硼中子俘获治疗癌症系统，其中子产额高，散热效果好。

Composite neutron target for BNCT system

【技术实现步骤摘要】
适应于BNCT系统的复合中子靶
本专利技术涉及适应于BNCT系统的复合中子靶，主要应用于质子照射靶材产生中子的装置，如硼中子俘获治疗癌症（BNCT）系统及其他利用质子照射中子靶产生中子的设备。
技术介绍
BNCT是目前为止可以预见到的癌症最佳治疗手段，其通过将具有亲肿瘤组织的无毒的含硼（10B）药物注入人体血液，待含硼药物通过自动靶向富集在癌细胞核后，利用超热中子束照射肿瘤部位，通过人体自身的慢化在治疗区域形成热中子，由于热中子与10B的核反应概率很高（3840barn），通过选择性的热中子10B核反应，放出射程小于癌细胞的长度、具有高线性传能密度（LET）的放射线（例如α粒子，7Li重离子），单位距离上形成高密度电离能，使得DNA的双链同时被打断,其功能和重离子造成的电离密度相同，从而实现高相对生物效应（RBE）的粒子来杀灭癌细胞，治疗过程基本上不损伤癌细胞周围的正常细胞，是一种具有热中子对10B药物的自动选择、高LET能量转移和生物靶向增强的三元放射治疗模式。BNCT系统所使用的中子是由加速器将质子加速到一定能量轰击中子靶，靶材料中的中子被剥离或轰击出来，对于从靶中出来的中子进行收集、准直后，经过输送用于治疗癌症病人。在现有专利技术专利中，大都采用单一的靶材。由于加速器发出的质子能量是从低能端到高能端（最大30MeV）的连续分布，而任何单一靶材只有一定能量范围下才具有较高的中子产额，因此这种单一靶材的中子靶不能有效地利用全部质子能量，影响中子产额，且造成不必要的能量消耗。当用于BNCT时，需要较长的开机和治疗时间，对病人产生不利影响。另外，现有中子靶的散热效果差，温升高，影响系统的正常工作和中子靶的使用寿命。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了适应于BNCT系统的复合中子靶，以期较为有效地利用不同能量的质子，提高中子产额，并改善散热效果。本专利技术的技术方案是：适应于BNCT系统的复合中子靶，包括靶板，所述靶板包括依次分布的钽（Ta）靶层、铍（Be）靶层和散热基层，其中钽靶层在前，散热基层在后，铍靶层在前述两者之间，所述钽靶层采用金属钽和/或钽合金制成，所述铍靶层采用金属铍和/或铍合金制成，所述散热基层的内部和/或所述散热基层与所述铍靶层之间设有冷却剂流道，所述冷却剂流道设有进出端口。使用时所述钽靶层朝向质子源方向。所述钽靶层的厚度优选为1.5-2.5mm。所述铍靶层的厚度优选为9-11mm。所述散热基层的厚度优选为113-17mm。所述冷却剂流道的横截面形状为圆形、椭圆形、矩形或三角形等，根据相应沟槽加工上的方便及对阻力、强度等的影响确定，其等效圆孔（与其横截面积相同的圆孔）直径优选为0.1-2mm。所述散热基层通常采用导热金属材料制成，可以根据实际需要选择导热性能较高的金属材料。例如，用于制备所述散热基层的导热金属材料优选为铜、铜合金、铝和铝合金中的任意一种或多种，也可以采用其他导热金属。所述钽靶层、铍靶层和散热基层优选采用扩散连接方式结为一体。所述散热基层可以由一层散热单层构成，也可以由多层散热单层构成，当所述散热基层由多层散热单层构成时，各散热单层通过扩散连接方式结为一体。可以根据具体工艺确定各层（钽靶层、铍靶层及各散热单层）之间的扩散连接顺序，例如，可以将组成散热基层的各散热单层通过扩散连接方式连接为一体后再与钽靶层和铍靶层扩散连接，也可以同时实现各散热单层及铍靶层和钽靶层之间的扩散连接或者以其他顺序实现相互连接的层间的扩散连接。至少一个散热单层的靶体内表面（位于靶体内部的表面，这里所称的表面为层的大面，层的四周侧面可称为侧面或侧表面以便与层的大面区别，位于位于靶体内的散热单层，两个大面都是靶体内表面，对于位于最外侧的散热单层，只有一个大面为靶体内表面）开设有一条或多条连通的沟槽，所述冷却剂流道由开设在散热单层的靶体内表面上的所述沟槽构成，当开设有沟槽的散热单层表面与其他层的表面连接在一起时，该沟槽就成为只有两端端口的密封通道，冷却剂（通常采用液体冷却剂）从一个端口流入后，流经沟槽（或流道）的全部区域（全部的有效流道区域）后从另一个端口流出。可以将相互贴合的两散热单层的靶体内表面上设有分布方式相互镜像对称的沟槽（但横截面形状和大小可以相同也可以不同，依据实际需要设计），当这两个散热单层相互贴合连接为一体时，相应的两沟槽相互对合，共同构成相应的冷却剂流道。也可以只在相互贴合的两散热单层的靶体内表面中的一个表面上设有沟槽，当这两个散热单层相互贴合连接为一体时，该沟槽构成相应的冷却剂流道。散热单层表面上用于构成流道的沟槽可以采用机加工，优选采用蚀刻方式加工而成。用于构成冷却剂流道的沟槽通常仅开设在散热单层上。铍靶层和钽靶层的表面上通常不开设沟槽，以避免影响中子流分布。因此，当所述散热基层和铍靶层之间设有冷却剂流道时，位于所述散热基层和铍靶层之间的冷却剂流道由与所述铍靶层贴合的散热单体的相应表面上的沟槽构成。所述冷却剂流道优选为一层或多层。同一层冷却剂流道通常为一条，根据设计需要也可以为多条，同一条通常可以设有一对进出端口，冷却剂从一个端口进入后，流过该条流道的全部区域，从另一个端口流出。可以依据散热需求设置流道的路径、密度、分布方式、过流面积等。任一散热单层与其他层相互贴合的表面之间均可以设置一层冷却剂流道。由于冷却剂流道的进口侧吸热能力明显高于出口侧吸热能力，可以通过冷却剂流道的合理分布使靶体各区域的温度基本一致。例如，当仅设有一层冷却剂流道时，该层的冷却剂流道的进口与出口邻近。当设有两层冷却剂流道且两层冷却剂流道的分布相同或大致相同时，两层冷却剂流道的冷却介质反向连接，即对于轴向相邻的两层冷却剂流道的进出口端，一个流道的端口作为进口，用于接入冷却介质，另一个流道的端口作为出口，用于引出冷却介质。所述靶板优选设有边框。所述靶体可以安装在所述边框上，优选通过可拆连接方式（例如，螺栓紧固、过盈配合或设置用于固定的卡扣或弹力销等）与所述边框安装固定。所述冷却剂流道的进出端口设置在所述边框的侧面并设有用于连接外部冷却介质循环管道的密封连接结构。例如，对接结构或者螺接结构，当所述冷却剂流道的进出端口上用于连接外部冷却介质循环管道的密封连接结构为对接结构时，所述外部冷却介质循环管道的相应连接端设有配套的对接结构，两对接结构相对对接，且通过螺栓紧固等方式将所述外部冷却介质循环管道的相应连接端（例如，在该连接端上设置用于螺栓紧固的安装法兰）通过螺栓紧固在边框的相应侧面上，当所述冷却剂流道的进出端口上用于连接外部冷却介质循环管道的密封连接结构为螺接结构时，所述外部冷却介质循环管道的相应连接端设有配套的螺接结构，两螺接结构通过相互配合螺纹连接方式连接在一起。可以通过设置密封圈等方式实现连接处的密封。本专利技术的有益效果是：实验揭示，当质子能量在10MeV以下时，铍靶材产生的中子额相对较高，当质子的能量在20MeV以上时，钽靶材产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适应于BNCT系统的复合中子靶，包括靶板，其特征在于所述靶板包括依次分布的钽靶层、铍靶层和散热基层，其中钽靶层在前，散热基层在后，铍靶层在前述两者之间，所述钽靶层采用金属钽和/或钽合金制成，所述铍靶层采用金属铍和/或铍合金制成，所述散热基层的内部和/或所述散热基层与所述铍靶层之间设有冷却剂流道，所述冷却剂流道设有进出端口。/n

【技术特征摘要】
1.适应于BNCT系统的复合中子靶，包括靶板，其特征在于所述靶板包括依次分布的钽靶层、铍靶层和散热基层，其中钽靶层在前，散热基层在后，铍靶层在前述两者之间，所述钽靶层采用金属钽和/或钽合金制成，所述铍靶层采用金属铍和/或铍合金制成，所述散热基层的内部和/或所述散热基层与所述铍靶层之间设有冷却剂流道，所述冷却剂流道设有进出端口。


2.如权利要求1所述的复合中子靶，其特征在于所述散热基层采用导热金属材料制成。


3.如权利要求2所述的复合中子靶，其特征在于所述钽靶层、铍靶层和散热基层采用扩散连接方式结为一体。


4.如权利要求1-3任一项所述的复合中子靶，其特征在于所述散热基层由一层散热单层构成或者由多层散热单层构成，当所述散热基层由多层散热单层构成时，各散热单层通过扩散连接方式结为一体。

【专利技术属性】
技术研发人员：孟瑞君，包尚联，
申请(专利权)人：北京惠康得医疗科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11