用于近距离放射治疗的加速器驱动的中子激活器制造技术

一种用于材料的中子激活的中子激活器，所述中子激活器被配置为通过与质子束(7)的相互作用制备中子，所述中子激活器包括：

【技术实现步骤摘要】
用于近距离放射治疗的加速器驱动的中子激活器
[0001]本申请是分案申请，其原案申请是申请号为PCT/EP2018/060416、申请日为2018年4月24日的PCT申请并且于2019年10月24日进入中国国家阶段，国家申请号为201880027293.9，名称为“用于近距离放射治疗的加速器驱动的中子激活器”。


[0002]本专利技术的领域是通过制备合适的中子场来激活一定剂量的可注射颗粒悬浮液的领域。
[0003]本专利技术特别涉及一种用于制备目标放射性同位素的中子激活器，其工作原理是基于质子束与固体靶的相互作用，该中子激活器制备中子，然后在固体组件中对其进行减速/反射以获得有利的中子谱用于目标同位素(例如
165
Ho和
176
Lu)的(n,γ)反应。

技术介绍

[0004]癌症肿瘤的治疗基于三种主要的治疗类别(通常组合使用以增加康复机会)：手术、化学疗法和外部放射疗法。
[0005]除了外科手术或化学疗法(如在乳腺肿瘤或宫颈肿瘤中)以外，通常建议进行近距离放射疗法或“原位”放射疗法，或者作为替代方案，构成独家一线治疗(如美国的前列腺癌、肝癌或其他肝肿瘤的治疗)。
[0006]快速分裂的细胞对辐射损伤特别敏感。因此，可以通过在靶区域内施用或植入小型放射源，通常为γ或β发射器来控制或消除一些癌细胞生长。
[0007]近距离放射疗法的主要优势在于，它们对人体的总辐射较少，对健康组织的暴露降至最低，而且更定位于靶肿瘤，并且具有成本效益。
[0008]发出β
‑
射线的放射性同位素可以通过中子辐照相应的稳定同位素来制备。
[0009]目前，此类同位素仅在研究用核反应器中制备，但主要缺点在于欧洲用于医疗用途的反应器利用率低，加上时间紧凑和老化问题。
[0010]因此，仍然需要使用回旋加速器有效制备用于医疗应用的中子激活的放射性同位素的替代方法。
[0011]本公开的一个目的是提出在核反应器中制备用于医疗用途的放射性同位素的替代方法。
[0012]另一个目的是提高用于医疗用途的放射性同位素的制备方法的效率。
[0013]本专利技术的另一个目的是提供一种用于材料的中子激活以制备放射性同位素的装置和方法。
[0014]WO 98/59347公开了一种通过将材料分布在中子源周围的中子扩散介质中而暴露于中子通量的材料，其可用于从包含在暴露的材料中的易获得的同位素的嬗变制备有用的放射性同位素，特别是用于医疗应用。中子源由被带电粒子束轰击的铍靶或锂靶组成。
[0015]该方法的主要缺点在于，激活器的尺寸非常大以将材料中在弹性散射路径中的中子包含在系统中。这也导致中子通量的相应稀释，特别是在较低能量下(在几次散射相互作
用之后)。
[0016]WO 2016/037656公开了一种增强共振区中的捕获的方法和激活器。中子通量的强度由反射器和/或减速器优化。
[0017]关于WO 98/59347，它提出了一些通用的方法，旨在利用铅的中子弹性散射特性并因此在激活区中利用绝热共振交叉原理的同时，减小激活器的尺寸。专利技术人在2005年至2009年对这种方法进行了数值和实验分析，并通过实验验证了带有铅核和石墨反射器的激活器。此类研究的结果得出的结论是激活所考虑的同位素的最有效方法不是利用铅的特殊特性(透明性和弹性散射)，而是着眼于有效的减速
‑
反射，这提供了本专利技术的解决方案。此外，在本专利技术的优选实施方案中，样品的最佳位置尽可能靠近质子靶，而不是在所谓的扩散器中的特定位置。
[0018]WO 2016/022848公开了一种中子源，该中子源包括球形金属靶和围绕靶的球形反射器
‑
减速器，靶和反射器
‑
减速器浸入包含待激活的材料的介质中。
[0019]使用WO 2016/022848的中子源，材料被随机地激活，这增加了激活材料的时间并且不能获得大量的激活材料。另外，激活材料的回收是复杂的，并且不适于半衰期短的适于核医学治疗的放射性同位素，如本专利技术的情况。中子激活器的配置，特别是WO 2016/022848的反射器位置，将不允许通过下列中子捕获反应Mo
‑
98(n,γ)Mo
‑
99制备除Mo
‑
99以外的放射性同位素的有利的激活率。反射器和基于电位的材料(如说明书中所述的重水)的尺寸暗示了工业和维护的复杂性，以及妨碍了紧凑的过程。最后，冷却过程涉及低温方法，与使用水冷却相反，这将导致更加复杂的使用和维护。
[0020]因此，本公开的另一个目的是提供与WO 98/59347、WO 2016/037656和WO 2016/022848中公开的激活器相比的改进系统。

技术实现思路

[0021]这些和其他目的通过当前公开的用于材料的中子激活的中子激活器来实现，该中子激活器被配置为通过与沿着射束轴线发射的质子束的相互作用制备中子，质子束具有16MeV至100MeV、优选30MeV至70MeV的能量，和最高1mA、优选对于70MeV最高350eV和对于30MeV最高1mA的射束强度，中子激活器包括：
[0022]‑
中子源，其包含金属靶，金属靶具有纵向轴，纵向轴旨在平行于射束轴线、特别是与射束轴线同轴布置，和
[0023]‑
铍反射器
‑
减速器，其位于中子源的外围并包含中子激活区，中子激活区配置为容纳中子源和待激活的材料，铍反射器
‑
减速器的中子激活区包括沿孔轴线延伸的孔并配置为容纳中子源，使得孔轴线和纵向轴同轴。
[0024]铍反射器
‑
减速器的中子激活区还可以包含至少一个激活通道，激活通道在孔附近沿着平行于孔轴线的通道轴线延伸，激活通道配置为装载待激活的材料。
[0025]中子激活区可以包含围绕孔分布、特别是均匀分布的多个激活通道。
[0026]金属靶可以具有中空的锥形形状，所述锥形靶的纵向轴与质子束对齐，并且中子激活器还包含与靶的外表面直接接触的冷却区，用于接收在中子产生过程中用于冷却靶的流体流。所述冷却流体可以是液体，例如水。关于金属靶的形状的规定可以是前述关于铍反射器
‑
减速器的规定的补充或替代。即，可以独立于关于铍反射器
‑
减速器的规定来提供金
属靶的形状。
[0027]在这些实施方案中，可以优化锥形靶的开口及其侧壁的厚度，以使得(i)从质子束接收的部分质子具有足够的能量，以释放对应于靶外的布拉格峰的一部分热能，
[0028](ii)与从质子束接收的所有质子在靶内释放它们热能的靶内的功率密度相比，靶内功率密度降低到至少50％，并且
[0029](iii)靶内产生的中子数量等于具有从质子束接收到的所有质子在靶内释放它们热能的厚度的靶内产生的中子数量的至少70％。
[0030]或者，可以优化锥形靶的开口及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于材料的中子激活的中子激活器，所述中子激活器被配置为通过与沿着射束轴线发射的质子束(7)的相互作用制备中子，该质子束(7)具有16MeV至100MeV的能量和最高为1mA的射束强度，所述中子激活器包括：
‑
中子源，其包括金属靶(1)，所述金属靶(1)具有纵向轴，该纵向轴旨在平行于射束轴线布置，其中所述金属靶具有中空的锥形，所述锥形的纵向轴与质子束对齐；和
‑
铍第一反射器
‑
减速器(4)，其位于中子源的外围并包含中子激活区(10)，所述中子激活区(10)配置为容纳中子源和待激活的材料，第一反射器
‑
减速器(4)的中子激活区(10)包含沿孔轴线延伸的孔并配置为容纳中子源，使得孔轴线和纵向轴同轴。2.根据权利要求1所述的中子激活器，其中所述第一反射器
‑
减速器(4)的中子激活区(10)还包含至少一个激活通道(5)，所述激活通道(5)在孔附近沿着平行于孔轴线的通道轴线延伸，所述激活通道(5)配置为装载待激活的材料。3.根据权利要求2所述的中子激活器，其中所述中子激活区(10)包含围绕孔分布，特别是均匀分布的多个激活通道(5)。4.根据权利要求1所述的中子激活器，还包含与靶(1)的外表面直接接触的冷却区，用于在中子产生过程中接收冷却靶(1)的流体流。5.根据权利要求4所述的中子激活器，其中优化中空的锥形靶(1)的开口和它的侧壁厚度，使得(i)从质子束(7)接收的部分质子具有足够的能量，以释放对应于金属靶(1)外的布拉格峰的一部分热能，(ii)与从质子束(7)接收的所有质子在靶(1)内释放它们热能的靶内功率密度相比，靶内功率密度降低到至少50％，并且(iii)靶内产生的中子数量等于具有从质子束(7)接收的所有质子在靶(1)内释放它们热能的厚度的靶(1)内产生的中子数量的至少70％。6.根据权利要求4所述的中子激活器，其中优化中空的锥形靶(1)的开口和它的侧壁厚度，使得(i)从质子束(7)中接收的质子在金属靶(1)内失去其所有能量，并且(ii)由靶(1)内的温度梯度产生的应力保持在金属靶(1)的弹性极限内，同时仍保持冷却液温度低于沸点。7.根据权利要求4所述的中子激活器，其还包含容纳在反射器
‑
减速器(4)中的：
‑
入口通道(8)，其将冷却流体输送至导流器(2)，
‑
导流器(2)，其限定冷却区，用于沿着靶(1)的外表面引导作为从入口通道(8)至出口通道(9)的流的冷却流体，
‑
出口通道(9)，其用于从导流器(2)中除去冷却流体。8.根据权利要求7所述的中子激活器，其中所述导流器(2)至少部分是锥形的，使得所述锥形导流器覆盖锥形靶(1)的外表面，从而限定围绕锥形靶(1)的外表面的冷却区。9.根据权利要求4所述的中子激活器，其中锥形靶(1)的开口为20
°
至45
°
。10.根据权利要求1所述的中子激活器，其中所述金属靶(1)由铍或钽制成。11.根据权利要求1所述的中子激活器，其中所述铍反射器
‑
减速器(4)是沿孔轴线的圆柱形。
12.根据权利要求1所述的中子激活器，其整体尺寸不超过1米边...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卡，
申请(专利权)人：高级加速器应用公司，
类型：发明
国别省市：