CN101521981A - 靶回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够容易地回收中子产生装置的靶部的靶回收装置。中子减速装置(7)具有收容靶装置(5)的收容室(8a)，该靶装置(5)具有靶(6)。使中子减速装置(7)相对于束管道(11)相对移动，使靶装置(5)从收容室(8a)内露出。将回收容器(43)配置在靶装置(5)的铅直下方，将拆装自如地连接靶装置与束管道(11)的主连接机构(13)的连接解除。于是，从束管道(11)脱离的靶装置下落，被收容到回收容器(43)中。结果，能够将靶(6)与靶装置(5)一起从束管道(11)拆下而容易地进行回收。

Description

靶回收装置
技术领域
本发明涉及从中子产生装置回收靶部的靶(target)回收装置，该中子产生装置具备接受质子等的加速粒子的照射而产生中子的靶部。
背景技术
在癌治疗等中，放射线治疗受到较高的评价。特别是，中子捕捉疗法(NCT：Neutron Capture Therapy)在原理上具有细胞水平的选择性治疗的可能性而受到关注。在NCT中，当照射中子时，将产生射程较短而高LET(Linear Energy Transfer线能量转移)的重载电粒子等的稳定同位元素预先取入到要治疗的癌细胞中。然后，照射中子，通过重载电粒子的飞散，仅将癌细胞有选择地破坏。在NCT中使用的稳定同位元素是与中子反应而产生高LET的重载电粒子的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使用10B及热中子或热外中子，也有称作硼中子捕捉疗法(BNCT：BoronNCT)的情况。
在专利文献1中，公开了使NCT等中使用的中子产生的装置。在这种装置中，具备：照射具有20MeV以上的能量的质子而产生中子的靶部；和使从靶部产生的中子减速的中子减速部(通称为“减速器”)。靶部与中子减速部被固定在中子减速部件或中子遮蔽体内，并构成为，使从装置向外部泄漏的中子量为极小。
【专利文献1】日本特开2006-47115号公报
靶部由Be(铍)等构成，接受质子的照射，放射化而衰竭，所以其寿命是1年左右，为了稳定地产生中子，需要将旧的靶部回收，更换为新的靶部。但是，在以往的装置中，对于靶部的回收并没有考虑，还需要防止被放射线照射，回收靶部是很困难的。
发明内容
本发明的目的是解决以上的问题，目的是提供一种能够容易地回收中子产生装置的靶的靶回收装置。
本发明是一种靶回收装置，从具备加速粒子通过的管道管、连接在管道管的末端上、接受加速粒子的照射而产生中子的靶部、和使靶部产生的中子减速的中子减速部的中子产生装置回收靶部，其特征在于，具备：驱动机构，使中子减速部相对管道管相对移动，使靶部从中子减速部离开；和连接机构，将管道管与靶部拆装自如地连接。
在有关本发明的靶回收装置中，驱动机构使中子减速部相对于管道管相对移动，使靶部从中子减速部离开。管道管与靶部通过连接机构拆装自如地连接，通过由手动、远程操作或自动控制等将连接机构的连接解除，由此，能够将靶部从管道管容易地回收。特别是，根据本发明，能够通过远程操作或自动控制简单地执行将靶部从管道管拆下并回收为止的工序，对于放射线的辐射的降低也是有效的。
进而，优选的是，中子减速部具有收容靶部的收容室；驱动机构使靶部从中子减速部离开，使靶部从收容室内露出。即使靶部收容在中子减速部的收容室内，根据本发明，由于能够在使靶部从收容室露出后将连接机构的连接解除，所以也能够将靶部容易地回收。
进而，优选的是，还具备使靶部连结在管道管的末端的管部；连接机构具有：固定机构，将管部与管道管的末端连结；热膨胀部，通过热膨胀使固定机构的连结力放松；和加热部，对热膨胀部进行加热。通过用加热部将热膨胀部加热，固定机构的连结力变弱，所以能够将靶部从管道管容易地回收。
进而，优选的是，在管道管的末端设有固定侧凸缘；在管部形成有抵接在固定侧凸缘上的接受侧凸缘；固定机构具有为了包围固定侧凸缘及接受侧凸缘而卷绕的夹紧链、和将夹紧链的两端彼此连结的螺栓部；热膨胀部安装在螺栓部的周围，并且，通过热膨胀而将螺栓部沿轴向拉拽，将螺栓部的连结力放松。
在上述结构中，固定机构的夹紧链被配置成，卷绕在固定侧凸缘及接受侧凸缘上，如果将夹紧链用螺栓部连结，则在固定侧凸缘及接受侧凸缘上沿周向作用有均等的推压力。因而，能够将管道管与靶部高精度地、可靠地连接。此外，如果通过加热部将热膨胀部加热，则螺栓部被热膨胀部拉拽，连结力被放松。于是，固定侧凸缘及接受侧凸缘的连接被解除，能够将靶部从管道管简单地拆下，能够将靶部容易地回收。
进而，优选的是，还具备：回收部，将解除了连接机构的连接后的靶部回收；和回收部驱动机构，可移动地保持回收部；中子减速部能够在将靶部收容在收容室内的收容位置、和使靶部从收容室内露出的退避位置之间移动；回收部驱动机构在中子减速部处于收容位置的情况下，将回收部保持在从中子减速部离开的待机位置，在中子减速部处于退避位置的情况下，将回收部保持在作为靶部的铅直下方的回收位置。
在上述结构中，在中子减速部处于退避位置的情况下，回收部从待机位置移动到回收位置，所以能够不给中子减速部的移动带来障碍地回收靶部。
发明效果：
根据本发明，能够容易地回收中子产生装置的靶部。
附图说明
图1是有关本发明的第1实施方式的靶回收装置及BNCT装置的侧视图。
图2是BNCT装置及靶回收装置的俯视图。
图3是BNCT装置及靶回收装置的后视图。
图4是将有关第1实施方式的靶回收装置的连接机构表示在中心的立体图。
图5是表示通过螺栓连结的状态下的夹紧链的侧视剖视图。
图6是将通过螺栓连结的状态下的夹紧链的两端部放大表示的剖视图。
图7是将螺栓断裂的状态下的夹紧链的两端部放大表示的剖视图。
图8是表示螺栓断裂之后的夹紧链的侧视图。
图9是表示中子减速装置前进并到达退避位置、靶装置露出的状态的立体图。
图10是表示将副连接机构的连接解除后的状态的立体图。
图11是表示解除主连接机构的连接、靶装置收容在回收容器中的状态的立体图。
图12是将有关第2实施方式的靶回收装置的连接机构表示在中心的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对有关本发明的靶回收装置的优选实施方式进行说明。图1是有关本实施方式的靶回收装置及BNCT装置的侧视图，图2是BNCT装置及靶回收装置的俯视图，图3是BNCT装置及靶回收装置的后视图。
如图1～图3所示，BNCT装置(中子产生装置)1是用来通过中子捕捉疗法(NCT：Neutron Capture Therapy)进行癌治疗等的装置，BNCT装置1具备：患者为了接受治疗而就座的治疗台3；保持靶(靶部)6(参照图4及图5)的靶(target)装置5，该靶6接受由回旋加速器制作的高速的质子(以下称作“质子线”)P并产生中子；和使由靶6产生的中子N减速，作为低能量的中子N对患者进行照射的中子减速装置(也称作“减速器”)7。质子线P对应于加速粒子。另外，在以下的说明中，设图1中的中子减速装置7的治疗台3侧为前、设相反侧为后，以进行说明。
中子减速装置(中子减速部)7具备收容有减速部件的主体部8。在主体部8的后侧，形成有收容室8a，该收容室8a形成了收纳靶装置5的圆筒状的空洞，在收容室8a的前方，作为减速部件而依次配置有铁(Fe)、铝(Al)、CaF2。此外，在收容室8a及减速部件的周围，为了防止中子N的泄漏而配置有由铅构成的反射部件。在主体部8的前方，配置有调节中子N的照射方向的准直仪9。
在中子减速装置7的下方，铺设有沿着前后方向延伸的左右一对的轨道R1，在中子减速装置7的下部，设有沿着轨道R1在前后方向上移动的LM导引部(驱动机构)10。通过LM导引部10的驱动，中子减速装置7能够前后地往复运动。
靶装置5拆装自如地安装在连结于回旋加速器上而铺设的束管道(管道管)11的末端上。束管道11形成由回旋加速器加速的质子线P穿过的真空线路。靶装置5(参照图4及图9)由接受质子线P的照射而产生中子N的靶6(靶部)、和保持靶6的靶保持器5a构成。靶6是由铍(Be)构成的圆板状的部件，接受质子线P的照射而产生中子N。
靶保持器5a由铜(Cu)或石墨制作。靶保持器5a具备形成有用来将产生中子N的靶6冷却的冷却水流路的冷却部5b、和连通到束管道11的连接用短管(管部)5c。靶6被冷却部5b及连接用短管5c夹持。
如图4～图6所示，连接用短管5c通过主连接机构(连接机构)13拆装自如地连接在束管道11上。在束管道11的末端设有固定侧凸缘11a，在连接用短管5c上，设有抵接在固定侧凸缘11a上的接受侧凸缘5d(参照图5)。接受侧凸缘5d的外缘直径与固定侧凸缘11a的外缘直径一致，接受侧凸缘5d以使外缘一致的状态抵接在固定侧凸缘11a上。
主连接机构13具备沿着固定侧凸缘11a及接受侧凸缘5d的两外缘卷绕而安装的一根夹紧链15。在夹紧链15的两端上设有L字状的连结部16、17。在第1连结部16(参照图6)上形成有螺栓(螺栓部)19螺合的阴螺纹H1，在第2连结部17上形成有螺栓19插通的插通孔H2。
在螺栓19的轴部19a的周围，安装有筒状的形状记忆合金部(热膨胀部)21。形状记忆合金部21夹在第2连结部17与螺栓19的头部19f之间而配置，两端分别经由垫圈推压第2连结部17或螺栓19的头部19f。通过将螺栓19紧固，第1连结部16、第2连结部17及形状记忆合金部21被固定。如果将第1连结部16和第2连结部17紧固，则夹紧链15将固定侧凸缘11a及接受侧凸缘5d从外缘朝向中心方向紧固。夹紧链15卷绕在固定侧凸缘11a及接受侧凸缘5d上而配置，所以在固定侧凸缘11a及接受侧凸缘5d上沿周向作用有均等的推压力，将束管道11与靶装置5精度良好地可靠地连接。
在形状记忆合金部21的周围安装有筒状的加热部23，在加热部23的周围安装有盖部25。在加热部23上连接着与电源电路26(参照图2)连接的配线27，如果对加热部23通电，则加热部23加热形状记忆合金部21。形状记忆合金部21通过来自加热部23的加热而主要沿螺栓19的轴线L方向热膨胀，将螺栓19沿轴线L方向拉拽。在螺栓19的轴部19a上形成有槽口(切口部)19b。槽口19b形成在第1连结部16与第2连结部17接触的边界附近位置上。螺栓19如果受到向轴线L方向的拉拽力，则在槽口19b处断裂(参照图7)。于是，将夹紧链15紧固的力被解除，靶装置5与束管道11的连接被解除(参照图8)。由夹紧链15及螺栓19构成固定机构20，由固定机构20、形状记忆合金部21及加热部23构成主连接机构13。
在靶装置5的冷却部5b(参照图9)上，固定有用来进行冷却水导入的上游侧短管31，上游侧短管31通过副连接机构41拆装自如地连接在为了导入冷却水而铺设的上游管33上。此外，在冷却部5b上固定有用于排出冷却水的下游侧短管35，下游侧短管35通过副连接机构41拆装自如地连接在为了排出冷却水而铺设的下游管37上。上游管33与上游侧短管31的凸缘部彼此抵接，同样，下游管37与下游侧短管35的凸缘彼此抵接。副连接机构41通过与主连接机构13同样的结构将上游管33与上游侧短管31连接，并将下游管37与下游侧短管35连接。
如图2及图3所示，中子减速装置7能够沿着轨道R1前后移动，移动到最后方的状态为将靶装置5收容在收容室8a内的收容位置A1。中子减速装置7通过从收容位置A1移动到前方，能够使靶装置5从收容室8a内露出，该状态成为退避位置A2。中子减速装置7能够在收容位置A1与退避位置A2之间往复运动，中子减速装置7通过该往复运动而通过的区域为中子减速装置7的轨道C。
靶回收装置2具备回收靶装置5的回收容器(回收部)43、和可平行移动地保持回收容器43的回收容器驱动机构(回收部驱动机构)45。在回收容器43上形成有上部开口43a。在设置中子减速装置7的地面上，铺设有相对于沿着中子减速装置7的轨道C的前后方向正交地延伸的轨道R2。回收容器驱动机构45具备固定回收容器43的工作台45a、和使工作台45a沿着轨道R2移动的LM导引部45b。回收容器驱动机构45在将回收容器43保持在从中子减速装置7的轨道C离开的待机位置B2、中子减速装置7前进而处于退避位置A2的情况下，使回收容器43进入到中子减速装置7的轨道C上，将回收容器43保持到作为靶装置5的铅直下方的回收位置B1。
如图3所示，靶回收装置2具备配置在待机位置B2的回收容器43的上方的容器封闭装置47。容器封闭装置47具备保持将回收容器43的上部开口43a封闭的盖部46的盖保持部47a、和沿上下方向驱动盖保持部47a的驱动部47b。驱动部47b将盖部46安装在回收容器43上，以使其将回收容器43的上部开口43a封堵。
靶回收装置2具备：使中子减速装置7移动的LM导引部10；对主连接机构13供给电力的电源电路26；通过有线或无线连接在回收容器驱动机构45及容器封闭装置47的驱动部47b上的控制机构48。控制机构48具备安装CPU、RAM及ROM等的控制基板、输入输出装置及外部存储装置等，通过将规定的软件读入到CPU或RAM等的硬件上，基于CPU的控制使输入输出装置动作，实现规定的功能。
即，控制机构48控制收容位置A1与退避位置A2之间的中子减速装置7的往复运动。此外，控制机构48控制回收容器驱动机构45的驱动，在中子减速装置7处于收容位置A1的情况下，使回收容器43在从中子减速装置7的轨道C离开的待机位置B2处待机，在中子减速装置7处于退避位置A2的情况下，使回收容器43进入到作为靶装置5的铅直方向下方的回收位置B1。此外，控制装置48控制电源电路26，对主连接机构13的加热部23通电而使螺栓19断裂，将靶装置5与束管道11之间的连接解除。进而，控制装置48使收纳了落下的靶装置5的回收容器43移动到待机位置B2，驱动容器封闭装置47并用盖部46将回收容器43的上部开口43a封闭。靶回收装置2具备LM导引部10、主连接机构13、副连接机构41、回收容器43、回收容器驱动机构45、容器封闭装置47、控制机构48而构成。
接着，参照图2、图3及图9～图11，对靶回收装置2进行的靶装置5的回收方法进行说明。靶装置5具备照射质子线P并产生中子N的靶6，由于为放射化而具有较强的放射能的物资，所以通常寿命不过为1年左右，需要适当地更换。在本实施方式中，不是靶6单体，而按照靶装置5更换。在更换靶装置5时，首先需要将放射化的靶装置5回收、设置新的靶装置5。
在将靶装置5回收时，通过作业员的远程操作或基于规定的动作顺序的自动运转，控制机构48使中子减速装置7前进，使放射化的靶装置5露出。进而，控制机构48使处于待机位置B2的回收容器43朝向靶装置5的下方的回收位置B1进入，在回收位置B1处停止(参照图9)。
接着，通过副连接机构41将连接解除，首先，从靶装置5断开成为冷却水的流路的上游管33及下游管37(参照图10)。接着，控制机构48对主连接机构13通电而将连接解除，使靶装置5从束管道11脱离。结果，靶装置5下落而被收容到回收容器43内(参照图11)。
如图3所示，控制机构48使收容有靶装置5的回收容器43移动到待机位置B2，驱动容器封闭装置47而将盖部46安装到回收容器43的上部开口43a上。然后，控制机构48通过回收容器驱动机构45使回收容器43进一步移动，将回收容器43输送到储存被放射化的物质的储存区域。
如果将被放射化的靶装置5从设置有BNCT装置1的室内搬出，则在该室内不再有被放射线照射的可能性，所以作业人员进入到设置有BNCT装置1的室内，将新的靶装置5安装到束管道11上。另外，也可以使该安装作业自动化。
在以上的靶回收装置2中，LM导引部10使中子减速装置7相对于束管道11相对移动，使靶装置5从收容室8a露出，使靶装置5从中子减速装置7离开。束管道11、冷却水的上游管33及下游管37与靶装置5通过主连接机构13、副连接机构41拆装自如地连接，通过将主连接机构13及副连接机构41的连接解除，靶装置5从束管道11脱离，能够将靶装置5容易地回收。特别是，在靶装置5的铅直下方配置有回收容器43，从束管道11脱离的靶装置5自然下落到回收容器43内，将靶装置5与回收容器43一起回收。结果，能够容易地将从束管道11拆下靶装置5而收纳到回收容器43中的工序自动化，能够在防止被放射线辐射的同时容易地回收靶装置5。
进而，主连接机构13具备通过加热部23的加热而热膨胀的形状记忆合金部21，如果形状记忆合金部21被加热，则螺栓19被形状记忆合金部21拉拽。结果，螺栓19的拧紧力被放松，靶装置5容易从束管道11脱离。特别是，在本实施方式中，在螺栓19上形成有槽口19b，如果被形状记忆合金部21沿轴向拉拽，则螺栓19在槽口19b处断裂。于是，用螺栓19连结的夹紧链15完全被解除，靶装置5从束管道11脱离，能够容易地回收靶装置5。
进而，在中子减速装置7处于退避位置A2的情况下，回收容器43从待机位置B2移动到回收位置B1，所以能够不给中子减速装置7的移动带来障碍地回收靶装置5。
(第2实施方式)
参照图12，对有关第2实施方式的靶回收装置进行说明。图12是将有关第2实施方式的靶回收装置的连接机构表示在中心的立体图。在第2实施方式中，与第1实施方式相比，主要是将靶装置51拆装自如地连接到束管道11上的连接机构53不同。所以，在有关第2实施方式的靶回收装置的说明中，以不同点为中心进行说明，对于同样的要素或部件等，赋予与第1实施方式相同的标号而省略说明。
靶装置51具备在内部固定有靶6的靶保持器51a。在靶保持器51a上，设有连接到束管道11上的连接用短管51b，在连接用短管51b的外周上，卷绕有将冷却水导入或排出的铜管51c。在连接用短管51b上，设有抵接在束管道11的固定侧凸缘11c上的接受侧凸缘51d。在接受侧凸缘51d上形成有螺纹孔，在固定侧凸缘11c上，形成有对应于螺纹孔的插通孔。插通到插通孔而螺合到螺纹孔中的螺栓55具备与有关第1实施方式的螺栓同样的结构，在螺栓55的轴部上形成有槽口。进而，在螺栓55的轴部的周围安装有形状记忆合金部，在形状记忆合金部的周围安装有加热部，在加热部的周围安装有盖部57。由形成有槽口的多个螺栓55、安装在螺栓55上的形状记忆合金部及加热部形成连接机构53。通过将加热部通电，形状记忆合金部沿螺栓55的轴线方向热膨胀，将螺栓55沿轴线方向拉拽。结果，螺栓55在槽口断裂。如果所有的螺栓55断裂，则靶装置51从束管道11脱离而自然下落，并被收容到回收容器43中。
有关第2实施方式的靶回收装置也与有关第1实施方式的靶回收装置2相同，能够将靶6与靶装置51一起从束管道11拆下而容易地进行回收，特别是，能够使将靶收纳到回收容器43为止的工序容易地自动化，能够在防止被放射线的照射的同时容易地回收靶装置51。
以上，基于其实施方式对本发明具体地进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式。例如，靶部并不限于在收容于中子减速部的收容室内的状态下接受加速粒子的照射而产生中子的形态，也可以是在靶部接近于中子减速部的状态下接受加速粒子的照射而产生中子、在回收靶部时、使中子减速部移动以使靶部离开的形态。此外，将靶部与管道管拆装自如地连接的连接机构也可以是通过螺栓和螺母将固定侧凸缘与接受侧凸缘连结的构造。此外，将靶部与管道管的连接解除的方式并不限于远程操作及自动控制，也可以是手动，也可以每次作业者将载置于台车上的回收容器设置在规定的位置上而进行靶部的回收。

Claims (5)

1、一种靶回收装置，从具备加速粒子通过的管道管、连接在管道管的末端上并接受上述加速粒子的照射而产生中子的靶部、和使上述靶部产生的中子减速的中子减速部的中子产生装置回收上述靶部，其特征在于，具备：
驱动机构，使上述中子减速部相对上述管道管相对移动，使上述靶部从上述中子减速部离开；和
连接机构，将上述管道管与上述靶部拆装自如地连接。
2、如权利要求1所述的靶回收装置，其特征在于，
上述中子减速部具有收容上述靶部的收容室；
上述驱动机构使上述靶部从上述中子减速部离开，使上述靶部从上述收容室内露出。
3、如权利要求1或2所述的靶回收装置，其特征在于，
还具备使上述靶部连结在上述管道管的末端的管部；
上述连接机构具有：
固定机构，将上述管部与上述管道管的末端连结；
热膨胀部，通过热膨胀使上述固定机构的连结力放松；和
加热部，对上述热膨胀部进行加热。
4、如权利要求3所述的靶回收装置，其特征在于，
在上述管道管的末端设有固定侧凸缘；
在上述管部形成有抵接在上述固定侧凸缘上的接受侧凸缘；
上述固定机构具有包围上述固定侧凸缘及上述接受侧凸缘而卷绕的夹紧链、和将上述夹紧链的两端彼此连结的螺栓部；
上述热膨胀部安装在上述螺栓部的周围，并且，通过热膨胀将上述螺栓部沿轴向拉拽，将上述螺栓部的连结力放松。
5、如权利要求2所述的靶回收装置，其特征在于，
还具备：
回收部，将解除了上述连接机构的连接后的上述靶部回收；和
回收部驱动机构，能够移动地保持上述回收部；
上述中子减速部能够在将上述靶部收容在上述收容室内的收容位置、和使上述靶部从上述收容室内露出的退避位置之间移动；
上述回收部驱动机构在上述中子减速部处于上述收容位置的情况下，将上述回收部保持在从上述中子减速部离开的待机位置，在上述中子减速部处于上述退避位置的情况下，将上述回收部保持在作为上述靶部的铅直下方的回收位置。
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