一种用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，设置于质子束流出口与肿瘤患者之间，所述中子靶具有可绕一中心轴旋转的半轮胎状曲面结构，其在一内环边缘与一外环边缘之间延伸，所形成的凹面朝向质子束流出口、凸面朝向肿瘤患者；其中，质子束流始终对准所述中子靶的凹面，随着中子靶绕中心轴的旋转，质子束流在凹面上的照射位置不断变化。根据本实用新型专利技术提供的中子靶通过半轮胎状曲面结构设计使得出射中子束更加集中，半轮胎曲面结构使得0～45度的中子数为相同情况平面靶的2.14倍，大于90度的中子数仅为相同情况平面靶的0.38倍，该曲面结构和褶皱水道设计使其散热性能也更优，在硼中子俘获肿瘤治疗领域具有良好的应用前景。用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶


[0001]本技术涉及硼中子俘获肿瘤治疗装置领域，更具体地涉及一种用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶。

技术介绍

[0002]硼中子俘获治疗是一种二元靶向治疗肿瘤的方法。肿瘤病人注射或服用含硼药物之后，含硼药物与肿瘤细胞有很强的亲和力，很少附着在正常组织细胞上。当用中子束照射病人肿瘤处，中子与硼B10发生核反应，核反应产生的α粒子能够在细胞尺度上释放能量，从而杀死肿瘤细胞。而中子束通常是通过加速器加速质子或氘粒子到一定能量后，打靶发生核反应产生中子(通常质子束打锂靶或铍靶产生中子)，我们将产生中子的靶叫做中子靶。中子靶是硼中子治疗肿瘤装置的一个子部件。
[0003]由于产生的中子最终用于治疗肿瘤病人，国际原子能机构IAEA推荐的文件IAEA TECDOC
‑
1223给出了硼中子俘获治疗装置治疗病人用的中子束的能量范围、出射角度、热中子通量等指标的要求。由于通过中子靶之后出射的中子能量较高，还没有达到临床治疗的指标，因此，通常需要在中子靶后面设计一套中子束慢化整形装置(BSA)，将中子束的能量降低到临床治疗的指标要求，中子束的出射角度也需要采用反射体和准直器等装置来达到出射角度的临床指标。临床上，中子出射的角度越集中越好。许多中子靶的设计在中子空间角分布上都会存在一些大角度的散射，散射的中子需要靠束流慢化整形装置BSA的反射物质来解决。用于肿瘤治疗的中子源通常通过加速器加速质子或氘，轰击锂靶或铍靶来产生。
[0004]锂靶的优点是，在较低的质子束流能量下，比铍靶能够有更高的中子产额，需要用到的质子束流能量低，加速器的造价也更低，而且中子产生的能量低，更接近与治疗需要的能量区间，后续中子慢化整形装置BSA的设计也更加容易。但锂靶的缺点在于，锂材料的熔点低为180℃，而高功率的质子束流打在锂靶上，锂靶容易熔化。因此，锂靶的设计要解决散热问题。现有的技术方案通常采用水冷的方式。因为采用的锂靶只需要100微米左右，基本能达到中子产额最大。锂靶比较薄，需要一个铜托来支撑和散热，为了提升散热效果，通常在铜托中注水做水冷系统。另外，质子打锂靶发生核反应产生的核物质对靶材有一定的辐射损伤，因此需要在锂靶和铜托之间加入一层防止起泡的材料，通常为储氢材料。
[0005]现有技术中，中子靶的总体设计主要有固体靶、固体旋转靶、液体靶这几种。如果是质子照射方案，主要的靶材料基本都选择锂靶或铍靶。厚度通常都在100微米左右。每种设计形状结构、防起泡复合材料有所不同。此外，通常都会采用水冷方案，比如注水铜托。
[0006]然而，现有技术主要存在以下几个缺陷：1)中子靶后产生中子的角分布不佳，存在一些大角度散射，即便是通过束流整形装置BSA，也还存在一些大角度散射的中子损失掉，无法利用；2)中子靶散热能力不强，固定的靶散热能力不强，即便是采用水冷技术的靶材，散热能力依然较弱；3)部分现有技术没有中间层防起泡材料来避免靶材的辐照损伤。

技术实现思路

[0007]本技术的目的是提供一种用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，从而解决现有技术中的中子靶产生中子的角分布不佳，中子靶散热能力不强的问题。
[0008]为了解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：
[0009]提供一种用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，设置于质子束流出口与肿瘤患者之间，所述中子靶具有可绕一中心轴旋转的半轮胎状曲面结构，所述半轮胎状曲面结构在一内环边缘与一外环边缘之间延伸，所形成的凹面朝向质子束流出口、凸面朝向肿瘤患者；其中，质子束流始终对准所述中子靶的凹面，随着所述中子靶绕所述中心轴的旋转，质子束流在所述凹面上的照射位置不断变化。
[0010]优选地，B/H＝0.8～2.0，其中，B为所述中子靶沿轴向的尺寸，H为所述中子靶的单侧径向尺寸，H＝(D
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d)/2，D为所述中子靶的外环的外径尺寸，d为所述中子靶的内环的内径尺寸。
[0011]更优选地，中子靶的轴向尺寸B∶中子靶的单侧径向尺寸H＝1，当该比值小于0.5时效果较差。根据本技术的研究发现，当所述中子靶的轴向尺寸B：中子靶的单侧径向尺寸H＝1时，其效果较好，能够更好地解决中子靶出射中子角分布问题以及散热问题。
[0012]所述中子靶自凹面向凸面的延伸方向依次包括：核心靶材层、防起泡层以及靶基。
[0013]优选地，所述靶基中设有若干环形冷却水道，所述若干环形冷却水道的中心均位于所述中子靶的中心轴上。
[0014]优选地，所述环形冷却水道的两侧分别具有2～10个褶皱结构，以增强其散热效果。
[0015]优选地，单个所述褶皱结构的高度尺寸为0.5mm～6mm，所述环形冷却水道的最大宽度尺寸为0.5～6mm。
[0016]优选地，相邻所述环形冷却水道之间的弧长间距为2～15mm。
[0017]所述核心靶材层为锂层或铍层；所述防起泡层由铅、钯、铁、铌、钽、钒中的任意一种材料制成；所述靶基由铜、铝、不锈钢、钛、铜合金材料中的任意一种材料制成，其中由铜制成的靶基效果最好。
[0018]优选地，所述外环的外径尺寸D为600～1000mm，所述内环的内径尺寸d为200～500mm。
[0019]优选地，所述核心靶材层的厚度为80～200μm，最优选为100μm；所述防起泡层的厚度为40～60μm；所述靶基的厚度为10000～30000μm。
[0020]应当理解的是，虽然现有技术也有公开固体旋转靶，但本技术与该现有技术的不同之处在于靶的形状、结构、以及材料选择。本技术没有设计具体的旋转机械结构，但应当理解的是，能够实现中子靶旋转的常规机械结构均适用于本技术。
[0021]根据本技术提供的这样一种用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，其主要解决了以下技术问题：
[0022]1)解决了中子靶出射中子角分布问题。根据硼中子肿瘤治疗的需要，出射的中子束角分布尽可能集中在0度(中心轴线)附近，出射中子越集中，中子的利用率越高。因此，中子靶的设计应尽可能使得质子或氘打靶之后出射的中子空间角分布集中在0度附近，尽可能少出现大角度散射。这样可以降低中子靶后面的BSA(束流慢化整形装置)的设计难度，提
升最终的中子束指标。而现有的技术中，中子出射的角度基本都有大角度散射，需要在后续束流慢化整形装置BSA中通过反射体的设计来达到设计指标。即便利用反射体，也损失了一部分中子。而本技术从源头上解决了这个问题，质子束流打靶后产生的中子角分布就已经集中在零度附近。因此本技术解决了现有技术通过靶材后的中子空间角分布不佳的问题，得到了更优的角分布，降低了后续BSA束流整形装置的设计难度。
[0023]2)解决了中子靶的散热问题。用于肿瘤治疗的中子源通常通过加速器加速质子或氘，轰击锂靶或铍靶来产生。锂靶的优点是，在较低的质子束流能量下，比铍靶能够有更高的中子产额，能量低的加速器造价也更低，而且中子产生的能量低，更接近与治疗需要的能量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，设置于质子束流出口与肿瘤患者之间，其特征在于，所述中子靶具有可绕一中心轴旋转的半轮胎状曲面结构，所述半轮胎状曲面结构在一内环边缘与一外环边缘之间延伸，所形成的凹面朝向质子束流出口、凸面朝向肿瘤患者；其中，质子束流始终对准所述中子靶的凹面，随着所述中子靶绕所述中心轴的旋转，质子束流在所述凹面上的照射位置不断变化。2. 根据权利要求1所述的用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，其特征在于， B/H=0.8~2.0，其中，B为所述中子靶沿轴向的尺寸，H为所述中子靶的单侧径向尺寸，H=（D
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d）/2，D为所述中子靶的外环的外径尺寸，d为所述中子靶的内环的内径尺寸。3.根据权利要求1所述的用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，其特征在于，所述中子靶自凹面向凸面的延伸方向依次包括：核心靶材层、防起泡层以及靶基。4.根据权利要求3所述的用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，其特征在于，所述靶基中设有若干环形冷却水道，所述若干环形冷却水道的中心均位于所述中子靶的中心轴上。5.根据权利要求4所述的用于硼中子俘获肿瘤治疗的中子靶，其特征在于，所述环形冷却水道的两侧分别具有2~10个褶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔海云，王君岩，李德明，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：新型
国别省市：