CN101516157A - 靶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够容易地抑制靶内的起泡的发生的靶装置。该靶装置(5)，具备由受到质子线(L)的照射而产生中子的物质构成的固体状的靶(10)、和接触在靶(10)上的冷却板(15)，在冷却板(15)上，形成有被靶(10)遮住、冷却水(W)通过的螺旋槽(17)。在该靶装置(5)中，由于能够将从靶(10)带走热的冷却水(W)的流路形成为使其接触在靶(10)上，所以能够通过冷却水(W)捕捉透过了靶(10)之后的质子线。因而，能够抑制靶(10)内的起泡的发生、并且减少质子线(L)进入到其他金属部件等中而使其发生起泡的情况。结果，容易抑制靶(10)内的起泡的发生。

Description

靶装置
技术领域
本发明涉及具备接受质子等的加速粒子的照射来产生中子的靶(target)的靶装置。
背景技术
在癌症治疗等中，放射线治疗受到较高的评价。特别是，中子俘获疗法(NCT：Neutron Capture Therapy)在原理上具有细胞等级的选择性治疗的可能性而受到关注。在NCT中，将照射了中子时产生射程较短而高LET(线状能量传递，Linear Energy Transfer)的重带电粒子等的稳定同位素预先放入到要治疗的癌细胞中。然后，照射中子，通过重带电粒子的飞散而选择性地仅将癌细胞破坏。在NCT中使用的稳定同位素是与中子反应而产生高LET的重带电粒子的10B或6Li等，中子是相对它们具有较大的反应截面积的低能量中子。目前，作为NCT而使用10B及热中子或超热中子(热外中子)，也有称作硼中子俘获疗法(BNCT：BoronNCT)的情况。
在专利文献1中，公开了产生在NCT等中使用的中子的装置。在这种装置中，对于靶照射加速粒子而使其产生中子。在使其产生中子时，在靶上受到非常高的能量等级的加速粒子的照射，需要抑制温度的上升。因此，采用了将由铜等构成的冷却导热管或冷却水流动的铜管等接近靶地配置、来抑制靶的温度上升的结构。
【专利文献1】日本特开2006-338945号公报
但是，在以往的装置中，如果加速粒子滞留在靶内，则在靶内产生氢而引起起泡(ブリスタリング)的问题。另一方面，如果为了抑制靶内的起泡而使靶较薄，则透过靶的加速粒子这次会在冷却导热管或冷却水用的铜管等中引起起泡，结果有同样的问题。因而，抑制靶内的起泡的发生是很困难的。
发明内容
本发明的目的是解决以上的问题，其目的是提供一种能够容易地抑制靶内的起泡的发生的靶装置。
有关本发明的靶装置的特征在于，具备：固体状的靶，由受到加速粒子的照射而产生中子的物质构成；以及冷却部，接触在上述靶上；在上述冷却部上，形成有被上述靶遮住、并且冷却水通过的槽。
根据有关本发明的靶装置，由于能够将从靶带走热的冷却水的流路形成为使其接触在靶上，所以能够通过冷却水捕捉透过了靶之后的加速粒子。因而，能够抑制靶内的起泡的发生，并且减少加速粒子进入到其他金属部件等中而产生起泡的情况。结果，根据本发明，容易抑制靶内的起泡的发生。
进而，优选的是，靶为平板状；靶的板厚是上述加速粒子能够通过的厚度。即、最好是不会有损所需要的中子产生量、加速粒子能够透过的厚度。能够确保所需要的中子产生量、并且通过加速粒子透过靶，能够有效地抑制起泡的发生。
进而，优选的是，还具备：筒部，形成加速粒子通过的真空区域；凸缘部，形成在筒部的一端，并且接触在靶上；连结部，将凸缘部推压在冷却部一侧，在凸缘部与冷却部之间夹持固定靶。由于形成在冷却部的槽内的冷却水的流路与筒部内的真空区域被隔绝，所以冷却水不会漏出到真空区域内而使真空度降低。因而，不会妨碍加速粒子向靶的照射，能够抑制靶内的起泡的发生。
进而，优选的是，连结部具有形成在冷却部上的螺纹孔、和贯通上述凸缘部并且螺合到螺纹孔中的螺栓部；在靶上，形成有螺栓部插通的游嵌孔。即使靶随着温度上升而热膨胀，也能够通过游嵌孔和螺栓部的间隙吸收该膨胀的量，能够防止伴随着靶的错位的真空区域中的真空度的下降及冷却水的泄漏等。
优选的是，冷却部是具有接触在上靶上的一个面和作为一个面的背侧的另一个面的板状，在另一个面上形成有连通到上述槽并且用来将冷却水导入到槽中的导入槽、和连通到槽并且用来将冷却水从槽排出的排出槽；还具备被安装在冷却部的另一个面上、以将导入槽和排出槽遮住的盖部。冷却水的导入通路形成在形成于冷却部的另一个面上的导入槽内，排出通路形成在排出槽内。因而，不需要在冷却部的附近附设用于导入通路和排出通路的另外的管路等，障碍物减少。结果，在使靶装置从冷却部一侧向中子减速装置(也称作“减速剂”)接近时难以成为障碍，相应地能够使靶与中子减速装置接近相应的量，将从靶产生的中子作为低能量的中子对患者照射时的损失降低。
发明的效果：根据本发明，能够容易地抑制靶内的起泡的发生。
附图说明
图1是安装了有关本发明的实施方式的靶装置的BNCT装置的侧视图。
图2是有关本实施方式的靶装置的剖视图。
图3是沿着图2的III-III线的剖视图。
图4是沿着图2的IV-IV线的剖视图。
图5是将安装在靶装置中的靶的上部放大表示的剖视图。
附图符合说明：10靶；10c靶上形成的游嵌孔；13带凸缘短管(筒部)；15冷却板(冷却部)；15d冷却板上形成的螺纹孔；17螺旋槽；19导入槽；21排出槽；39盖部；41带凸缘短管的凸缘部；43螺栓(螺栓部)；44连结部；L质子线(加速粒子)；D靶的板厚；V真空区域；W冷却水
具体实施方式
以下，参照附图对有关本发明的靶装置的优选的实施方式进行说明。图1是具备有关本实施方式的靶装置的BNCT装置的侧视图，图2是靶装置的剖视图。此外，图3是沿着图2的III-III线的剖视图，图4是沿着图2的IV-IV线的剖视图，图5是将安装在靶装置中的靶的上部放大表示的剖视图。另外，在附图的说明中，对于相同或对应的要素赋予相同的标号而省略重复的说明。
如图1所示，BNCT装置1是用来通过中子俘获疗法(NCT：NeutronCapture Therapy)进行癌症治疗等的装置。BNCT装置1具备患者为了接受治疗而就座的治疗台3、接受由回旋加速器制作的高速的质子(以下称为“质子线”)L(参照图2)而产生中子的靶装置5、和使由靶装置5产生的中子N减速、作为低能量的中子而对患者进行照射的中子减速装置(也称作“减速剂(moderator)”)7。质子线L相当于加速粒子。
如图2～图5所示，靶装置5拆装自如地被安装在连结于回旋加速器上而铺设的束管道9的端部上。靶装置5由接受质子线L的照射而产生中子N的靶10、和保持靶10的靶保持器11构成。靶10被成形为圆板状，靶保持器11具有夹住保持靶10的带凸缘短管(筒部)13和冷却板(冷却部)15。带凸缘短管13被固定在束管道9上。通过了带凸缘短管13的质子线L照射在靶10的一个端面10a上。靶10如果受到质子线L的照射则产生中子，该中子被从靶10的背面10b、即接触在冷却板15上的另一个端面侧释放。在靶10的背面10b上，实施了用来防腐蚀的阳极氧化处理。
冷却板15由铜(Cu)或石墨形成。在冷却板15上，在接触于靶10上的一个端面15a侧形成有冷却水W通过的多个螺旋槽17(参照图4)。进而，在冷却板15上，在一个端面15a的背侧、即另一个端面15b侧，形成有用来导入冷却水W(参照图5)的导入槽19和用来将冷却水排出的排出槽21。
螺旋槽17从冷却板15的中央朝向外侧描绘螺旋(也称作“平面曲线”、“漩涡曲线”)而形成。螺旋槽17的流路截面是大致同样的。此外，多个螺旋槽17不相互交叉而在冷却板15的大致中央汇集为一个，经由中央孔23连通到背侧的导入槽19。此外，螺旋槽17的外侧的端部经由贯通孔25而连通到背侧的排出槽21。冷却水W通过导入槽19内，穿过中央孔23而分别分流到四条螺旋槽17中。进而，冷却水W从螺旋槽17的外侧的端部通过贯通孔25而合流，通过背侧的排出槽21而被排出。在本实施方式中，不是通过一条螺旋槽17确保冷却水W的流路长，而是使冷却水W分支到多个螺旋槽17中来确保冷却水W的流路长，所以与一条的情况相比压力损失降低。
冷却板15具有对应于靶10的形状的大致圆形的主体部27、和夹着主体部27而设在上下的对置位置上的伸出部28、29。在主体部27上形成有上述螺旋槽17。在一对伸出部28、29中的、下侧的伸出部28上，形成有连通到导入槽19的导入孔31。进而，伸出部28经由两凸缘管32连接到为了冷却水W的导入而铺设的上游管33。此外，在上侧的伸出部29上，形成有连通到排出槽21的排出孔35。伸出部29经由两凸缘管36连接到为了冷却水W的排出而铺设的下游管37。
在冷却板15的背面，螺栓固定着具有对应于冷却板15的主体部27及两伸出部28、29形状的形状的盖部39。盖部39遮住导入槽19及排出槽21地被安装，在导入槽19内形成冷却水W的导入通路，在排出槽21内形成冷却水W的排出通路。另外，也可以将冷却板15与盖部39一体成形。
靶10被带凸缘短管13和冷却板15所夹持。靶10抵接在冷却板15的主体部27上，被配置为使其将所有的螺旋槽17遮住。如图5所示，在靶10的缘部沿外周等间隔地形成有多个游嵌孔(也称作“间隙孔”、“贯通孔”或“插通孔”)10c。游嵌孔10c是具有比螺栓(螺栓部)43的直径大的内径的孔(插通孔)，只要能够插通螺栓4就可以。
在带凸缘短管13的两端具有凸缘部41，在一个凸缘部41上，对应于靶10的游嵌孔10c而形成有多个游嵌孔41a。此外，在冷却板15上，对应于靶10的游嵌孔10c而形成有多个螺纹孔15d。从凸缘部41的游嵌孔41a插入的螺栓43插通靶10的游嵌孔10c，螺合到冷却板15的螺纹孔15d中。通过多个螺栓43的紧固，凸缘部41将靶10推压在冷却板15一侧，靶10在被夹持在凸缘部41与冷却板15之间的状态下被固定。通过螺栓43及螺纹孔15d而构成连结部44。另外，在凸缘部41上，形成有用来安装使带凸缘短管13内气密的密封部件45的环状槽47。此外，在冷却板15上，形成有用来安装为了防止冷却水W的泄漏而进行气密的密封材料49的环状槽51。
靶10由铍(Be)构成，如果受到2(mA)、30(Me V)的质子线L的照射则需要60kW左右的排热，如果不能高效率地排热则有可能熔化。有关本实施方式的靶10被配置为，使其将冷却板15的所有的螺旋槽17遮住，在螺旋槽17内形成冷却水W的流路，所以冷却水W的流路接触靶10而形成。结果，能够将靶10通过冷却水W直接冷却，能够提高靶10的排热效率。
在将质子线L照射到靶10上时，预先将束管道9及带凸缘短管13内的空气除去，形成真空区域V(参照图2)。在本实施方式中，由于带凸缘短管13与冷却板15夹着靶10而配置，所以带凸缘短管13内的真空区域V与形成在冷却板15上的冷却水W的流路被靶10完全地隔断。因而，冷却水W不会泄漏到带凸缘短管13内，能够防止真空区域V中的真空度的下降。
此外，靶10通过质子线L的照射而变为高温，所以热膨胀。特别是，由于靶10是板状的，所以向扩展的方向的膨胀比向靶10的板厚变厚的方向的膨胀要大。在本实施方式中，通过螺栓43的紧固将靶10固定，但螺栓43只是通到靶10的游嵌孔10c中，在螺栓43与游嵌孔10c的内表面之间具有稍稍的间隙(游隙)。并且，即使靶因热膨胀而扩展，也被该间隙吸收，所以能够防止伴随着靶10的错位的真空度的下降及冷却水W的泄漏。
如图1所示，在中子减速装置7中，为了收纳靶装置5而设有开放的圆筒状的靶收容部7a。中子减速装置7能够沿前后方向移动，将固定在束管道9上的靶装置5收容到靶收容部7a内。中子减速装置7从冷却板15一侧收入靶装置5。用来将冷却水W相对于冷却板15的螺旋槽17导入、排出的流路通过形成在冷却板15上的导入槽19及排出槽21而形成。因而，在冷却板15的周围没有冷却水W的导入用或排出用的配管，障碍物较少。当中子减速装置7移动而将靶装置5收入到靶收容部7a内时，能够使靶10向中子减速装置7更接近而没有障碍物的量。结果，通过中子减速装置7使从靶10产生的中子减速而作为低能量的中子从而对患者照射时的损失降低。
对靶10照射的质子线L是30(Me V)左右的能量级。质子线L如果停留在靶10内，则被变换为氢(H2)气，引起起泡现象。但是，由于靶10的板厚D是不会有损需要的中子产生量而质子线L能够透过的厚度，所以靶10内的起泡的发生被抑制。质子线L能够透过的厚度根据靶10的材质、被照射的质子线L的能量级而不同，但本实施方式中的质子线L只要是作为其射程距离的5.8(mm)以下的板厚就能够透过。由于射程距离有±0.3mm左右的波动，所以如果考虑该波动，则本实施方式中的质子线L可透过的厚度为波动范围内的下限值以下、即5.8-0.3＝5.5(mm)以下。另一方面，靶10的板厚D越薄，伴随着中子产生的能量损失越大。所以，在本实施方式中，作为靶10的板厚D采用5.5mm。通过使靶10的板厚D为5.5mm，产生3％左右的损失。这例如相对于20分钟左右的正式治疗时间为3％左右的损失、即相当于0.6分钟左右的很少的治疗时间的延长，可以判断为很小的差别。
透过了靶10的质子主要被通过螺旋槽17内的冷却水W捕捉。即使质子线L被冷却水W捕捉，也不会发生所谓起泡的现象。因而，透过了靶10的质子线L这下不易引起使其他金属部件等发生起泡的问题。结果，容易将靶10抑制在质子可透过的厚度以下，能够减少靶10内的起泡的发生。
以上，对本发明基于其实施方式具体地进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式。
作为靶10，并不限于铍(Be)，也可以使用铊(Ta)等。此外，靶10的可透过的厚度根据在靶10中使用的材质及照射的加速粒子的能量而不同，可以适当地选择。例如，在由铊(Ta)构成的靶10的情况下，在照射30(Me V)左右的能量级的质子线L的情况下，可透过的厚度为1.2(mm)。

Claims (5)

1、一种靶装置，其特征在于，
具备：
固体状的靶，由受到加速粒子的照射而产生中子的物质构成；以及
冷却部，接触在上述靶上；
在上述冷却部上，形成有被上述靶遮住、并且冷却水通过的槽。
2、如权利要求1所述的靶装置，其特征在于，
上述靶为平板状；
上述靶的板厚是上述加速粒子能够通过的厚度。
3、如权利要求1或2所述的靶装置，其特征在于，还具备：
筒部，形成上述加速粒子通过的真空区域；
凸缘部，形成在上述筒部的一端，并且接触在上述靶上；
连结部，将上述凸缘部推压在上述冷却部一侧，在上述凸缘部与上述冷却部之间夹持固定上述靶。
4、如权利要求3所述的靶装置，其特征在于，
上述连结部具有形成在上述冷却部上的螺纹孔、和贯通上述凸缘部并且螺合到上述螺纹孔中的螺栓部；
在上述靶上，形成有上述螺栓部插通的游嵌孔。
5、如权利要求1～4中任一项所述的靶装置，其特征在于，
上述冷却部是具有接触在上述靶上的一个面和作为上述一个面的背侧的另一个面的板状，在上述另一个面上形成有连通到上述槽并且用来将上述冷却水导入到上述槽中的导入槽、和连通到上述槽并且用来将上述冷却水从上述槽排出的排出槽；
还具备被安装在上述冷却部的上述另一个面上、以将上述导入槽和上述排出槽遮住的盖部。
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