一种大面积在线中子探测器及探测方法技术

本发明专利技术涉及一种大面积在线中子探测器及探测方法，其包括：外壳的端部设置有连接用的密封口；中子探测器内芯设置在外壳内部；中子探测器内芯包括中子转换层、高压极、位置极和隔离窗；多通道信号输出转接板的第一端设置有接触端，该接触端插入外壳上密封口内，与位于外壳内其中一组中子探测器内芯的位置极连接；多通道信号输出转接板的第二端设置有多通道连接器，作为束流剖面监测探测器的信号输出端口；中子转换层采用

【技术实现步骤摘要】
一种大面积在线中子探测器及探测方法


[0001]本专利技术涉及一种粒子探测器
，特别是关于一种在硼中子俘获治疗中束流的质量诊断中应用的大面积在线中子探测器及探测方法。

技术介绍

[0002]硼中子俘获疗法(Boron Neutron Capture Therapy，BNCT)是一种生物靶向放射疗法，利用中子对集中在肿瘤部位的
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B粒子并且与其发生核反应和热中子俘获后释放的
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B粒子进行杀伤癌细胞。二十世纪四十年代，生物物理学家G.L.Locher提出了关于硼的中子俘获疗法原理及方法。通过对细胞注入与肿瘤细胞有亲和力的含硼特殊化合药物后，由于硼对热中子吸收截面特别大，所以硼与热中子发生的俘获反应主要发生在肿瘤区域。硼与中子反应后能量在4
‑
9μm的细胞范围进行沉积，热中子辐照后能在肿瘤细胞中迅速富集。肿瘤细胞区的吸收剂量远高于正常健康组织，从而它能很好的杀死癌细胞并不破坏正常细胞。这种含硼载体化合药物本身对人体无毒，但当含有硼化合物的肿瘤区域被热中子照射时发生核反应，
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B吸收热中子后迅速变为
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B，紧接着分解成4He和7Li粒子，这两种粒子沿着相反的方向飞行，但是方向在同一条直线上。粒子在肌体中的作用范围大约在细胞量级为10μm左右，该反应构成了硼中子俘获治疗的物理基础。因此，从理论上讲，如果能找到理想的含硼药物，注入人体后使硼在肿瘤区细胞中的
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B浓度比正常组织细胞中
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B浓度高，BNCT治疗癌症将具有很好的临床应用前景。
[0003]反应出射的α粒子和7Li粒子具有更高的线性能量转移(LET)，可以增强生物效应并且对组织细胞损伤更大，对正常组织细胞无任何副作用，而对肿瘤细胞具有更强更大的破坏力和杀伤力。但是利用这种核反应来治疗肿瘤需要达到以下两个要求：首先是治疗的准确靶向。含
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B的化合药物载体是主要富集在肿瘤细胞。发射的中子主要被含有
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B载体的化合药物癌细胞中的原子捕获并进行核反应，而被健康的组织细胞中的原子捕获较少。其次治疗对健康组织的小损伤。在人类细胞中，该核反应出射的α粒子范围在4μm左右，而生成的7Li粒子的范围为9μm，该范围与细胞规模大小相当，在尽可能保护正常细胞的同时杀伤癌细胞。
[0004]但是BNCT能否取得成功的关键技术之一是中子源的稳定输出和对中子束流在线实时监测。就目前来看，用于BNCT理想的中子源应该具备主要成分是超热中子，能够持续稳定的输出中子一个小时以上并且输出中子的通量密度不小于109cm
‑2s
‑1。另外入射的热中子通量的最大值要在肿瘤细胞范围内，用来保证
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B(n，α)7Li反应只能杀死肿瘤细胞而对于其他细胞无损害，其次中子源含有的快中子和γ射线尽可能降低到最小，以免对人体正常组织细胞造成损害。最后中子束的方向性和准直性稳定性能要好。
[0005]目前用于束流实时在线均匀性测量的有胶片法、荧光靶法和电离室扫描法。传统的胶片法存在耗时长，质控复杂以及等效厚度等问题的限制；而对于高流强束流，荧光靶法中的荧光设备可能会被击穿，并且CCD的原理决定了其不能在强辐射条件下进行长时间测量使用。传统的胶片法和荧光靶法都不能用于束流均匀性的在束实时监测。电离室扫描方
法是目前比较广泛采用的测量手段，并且其结果符合国际原子能机构(IAEA)标准。但是市面上的电离室扫描方法无法实现在束监测，且位置分辨较差。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种大面积在线中子探测器及探测方法，其能实现治疗过程中束流质量实时监测、诊断；对中子束束流位置信息有分辨能力，可以准确快速地实现对中子束束流质量诊断的实时在束监测。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种大面积在线中子探测器，其包括：外壳，其为气体密封腔，端部设置有连接用的密封口；中子探测器内芯，至少设置为两组，均设置在所述外壳内部；每组所述中子探测器内芯都包括中子转换层、高压极和位置极；多通道信号输出转接板，至少设置为两个，每个所述多通道信号输出转接板的第一端设置有接触端，该接触端插入所述外壳上密封口内，与位于所述外壳内其中一组所述中子探测器内芯的所述位置极连接；所述多通道信号输出转接板的第二端设置有多通道连接器，作为束流剖面监测探测器的信号输出端口；所述中子转换层采用
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B固体制成，其层数根据信号大小进行调节；中子穿过所述中子转换层与
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B发生反应产生带电粒子，带电粒子穿过电离室内工作气体时，造成气体分子的电离，形成电子
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离子对，电子离子对的数量与中子在电离室内的能损成正比，通过所述高压极加高压电场的方式收集电子或离子，得到与中子数量成正比的电流信号；通过与已知束流强度作刻度得到绝对流强值。
[0008]进一步，所述工作气体为Ar
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CO2、Ar
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C4H
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或Ar
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CH4混合气体。
[0009]进一步，所述外壳采用铝材料制成，包括主体框架，以及位于所述主体框架上的入射窗口和出射窗口。
[0010]进一步，所述中子探测器还包括隔离窗；位于所述外壳和所述电离室内芯之间，密封设置在所述电离室内芯的外部。
[0011]进一步，所述中子转换层的厚度根据探测效率及中子散射率进行设置。
[0012]进一步，所述高压极采用导电薄膜和带有导电极的PCB框架组成，所述导电薄膜敷设在所述PCB框架上。
[0013]进一步，所述位置极采用硬质PCB板制成，该硬质PCB板上镀有若干平行设置的位置信号条；
[0014]两组所述中子探测器内芯中两个所述位置极上所述位置信号条的方向互相垂直。
[0015]进一步，所述隔离窗包括铝合金隔离窗框，以及通过导电胶粘贴在所述铝合金隔离窗框上的单面镀铝Mylar膜。
[0016]进一步，所述多通道信号输出转接板的接触端由若干条信号输出条构成，所述信号输出条的第一端与所述位置极上的位置信号条一一对应连接。
[0017]一种基于上述大面积在线中子探测器的探测方法，其包括：将中子探测器垂直放置于中子束束流方向进行照射；通过流气控制器控制流气系统，在中子探测器内部充入工作气体；将中子探测器上的多通道连接器与后续获取系统相互连接；同时获取中子探测器中子探测器内芯上位置极的各个位置信号条得到的束流剂量信号；将各个位置信号条上得到的剂量信息与位置极在中子探测器内的位置一一对应，得到整个照射中子束束流在二维位置上的剂量分布；根据得到的X和Y方向上的照射中子束束流剂量分布，计算出中子束束
流照射分布的均匀性，得到实时监测束流位置信息。
[0018]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0019]1、本专利技术的探测器能实现对中子束的在线监测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积在线中子探测器，其特征在于，包括：外壳，其为气体密封腔，端部设置有连接用的密封口；中子探测器内芯，至少设置为两组，均设置在所述外壳内部；每组所述中子探测器内芯都包括中子转换层、高压极和位置极；多通道信号输出转接板，至少设置为两个，每个所述多通道信号输出转接板的第一端设置有接触端，该接触端插入所述外壳上密封口内，与位于所述外壳内其中一组所述中子探测器内芯的所述位置极连接；所述多通道信号输出转接板的第二端设置有多通道连接器，作为束流剖面监测探测器的信号输出端口；所述中子转换层采用
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B固体制成，其层数根据信号大小进行调节；中子穿过所述中子转换层与
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B发生反应产生带电粒子，带电粒子穿过电离室内工作气体时，造成气体分子的电离，形成电子
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离子对，电子离子对的数量与中子在电离室内的能损成正比，通过所述高压极加高压电场的方式收集电子或离子，得到与中子数量成正比的电流信号；通过与已知束流强度作刻度得到绝对流强值。2.如权利要求1所述大面积在线中子探测器，其特征在于，所述工作气体为Ar
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CO2、Ar
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C4H
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或Ar
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CH4混合气体。3.如权利要求1所述大面积在线中子探测器，其特征在于，所述外壳采用铝材料制成，包括主体框架，以及位于所述主体框架上的入射窗口和出射窗口。4.如权利要求1所述大面积在线中子探测器，其特征在于，所述中子探测器还包括隔离窗；位于所述外壳和所述电离室内芯之间，密封设...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎新乐，毛瑞士，徐治国，赵祖龙，康新才，罗发明，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：