CN104429168B - 中子产生装置用的靶及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供长寿命的中子产生装置用的靶及其制造方法。在中子产生装置用的靶中，向作为靶材的锂照射被加速器加速后的质子束，利用7Li(p、n)7Be反应产生中子，该中子产生装置用的靶具有：金属基板(52A)，其保持靶材(54)；以及密封金属薄膜(53)，其位于保持靶材(54)的保持面侧X。在金属基板(52A)的保持面侧X具有边框部(52a)和凹凸结构，在该凹凸结构中，在被边框部(52a)围着的内侧保留有多个岛部(52b)，使得边框部(52a)和多个岛部(52b)以外的其它区域成为减薄了靶材(54)的厚度的量后的凹部。密封金属薄膜(53)、边框部(52a)以及多个岛部(52b)的表面进行了热等静压(HIP)接合，靶材(54)被密封金属薄膜(53)密封在凹部中。

Description

中子产生装置用的靶及其制造方法
技术领域
本发明涉及照射质子束来产生中子的中子产生装置用的靶及其制造方法。
背景技术
已知有如下这样的作为治疗方法的硼中子捕获疗法：利用包含有容易聚集于癌细胞而不易聚集于正常细胞的硼元素(10B)的硼化合物的10B(n、α)7Li反应，并使用硼(10B)在捕获热中子或超热中子时产生的α粒子和锂原子核(7Li)，选择性地破坏癌细胞。以往，使用研究用反应堆来实施该硼中子捕获疗法，但需要调整研究用反应堆的运用计划，不容易安排治疗日程，或者在现有的研究用反应堆的维持管理费或寿命方面存在问题。此外，在普通医院中，从费用和运用管理等方面来看，将反应堆用作中子产生装置是极其难以实现的。
因此，近年，利用加速器来加速质子并将加速到规定能量的质子照射于规定的靶材来产生中子的中子产生装置受到关注。这样的中子产生装置与反应堆相比，设备变得简洁。
通常，作为该目的下的中子产生装置的靶材，如专利文献1、2中记载的那样，研究了利用7Li(p、n)7Be反应的锂、利用9Be(p、n)反应的铍、利用基于高能量的质子或氘的核裂变反应的铀、钽、钨、铅、铋、水银等固体重金属。
但是，在利用加速器对高能量的质子或氘进行加速而照射于固体重金属的靶材、通过核裂变反应产生高密度中子的中子产生装置中，加速器大型化且昂贵，无法设置在通常的医院中。
此外，由核裂变反应产生的中子的能量极高，需要大型的中子照射部，该大型的中子照射部在内部包含具有靶材的靶，并具有减速材料和屏蔽材料，所述减速材料使中子的能量减速到硼中子捕获疗法中所使用的热中子或超热中子的能量，而屏蔽材料则抑制高能量中子的泄漏。
因此，如专利文献3中记载的那样，提出了如下方案：由于7Li(p、n)7Be反应所需的质子的能量阈值为1.889MeV，因此，对质子进行加速的加速器也可以采用小型且价格较低的设备，作为加速后的质子所照射的靶材，使用锂金属(7Li)的薄膜。但是，锂金属的活性高，在空气中容易与氧、氮或水分发生反应。因此，提出了如下靶的结构：利用蒸镀等方法在金属基板上形成几十μm左右厚度的7Li的薄膜后，从其上方，利用极薄的不锈钢薄板对金属基板进行密封，并且，使保持锂金属的金属基板具有使冷却材料循环来进行冷却的冷却材料流路(参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-22920号公报
专利文献2：日本特开2007-303983号公报
专利文献3：国际公开第2008/025737号
另外，在硼中子捕获疗法中，为了在不迫使患者受到长时间的中子照射的情况下得到照射患部所需程度的热中子或超热中子的中子束，例如，质子束的电流值需要为所需的程度以上。
然而，在从不锈钢薄板侧向保持锂金属的靶照射质子束时，不锈钢薄板被加热而鼓起。在不锈钢薄板鼓起而使锂金属与不锈钢薄板不再接触时，不锈钢薄板不再得到冷却，有可能使不锈钢薄板损坏而破坏锂金属的密封性。
此外，作为专利文献3所述结构的靶，锂金属的熔点也比较低，为180℃，因此，由不锈钢薄板密封的锂金属难以避免熔融，不锈钢薄板鼓起，液化的锂偏向于靶的金属基板的一部分处，可能会导致靶的功能极度劣化。因此，需要在成为上述这样的状态之前，更换昂贵的靶。
发明内容
发明要解决的问题
本发明解决了上述现有的问题，目的在于提供一种长寿命的中子产生装置用的靶及其制造方法，所述靶的结构简单，且即使实施作为靶材的锂金属的加热，也能够维持靶的功能。
用于解决问题的手段
为了解决所述问题，在本发明的中子产生装置用的靶中，向作为靶材的锂照射由加速器加速后的质子束，利用7Li(p、n)7Be反应产生中子，其中，
所述中子产生装置用的靶具有：金属基板，其保持靶材；以及密封金属薄膜，其在金属基板上的保持靶材的保持面侧，对靶材进行密封，
在金属基板的保持面侧具有：边框部；以及凹凸结构，在该凹凸结构中，在被边框部围着的内部保留有与边框部相同高度的多个岛部，使得边框部和多个岛部以外的其它区域成为减薄了靶材的厚度的量后的凹部，
靶材被密封金属薄膜密封到金属基板的凹部中。
优选的是，凹凸结构中的减薄的凹部由多个圆形凹部和连通凹部构成，所述多个圆形凹部在被边框部围着的内侧按六边形配置，且俯视时具有圆形状，所述连通凹部将相邻的圆形凹部彼此相互连通。
优选的是，在凹部的底面设置有附着促进层，该附着促进层提高了靶材与金属基板的附着性。
此外，优选的是，金属基板在与保持面侧相反侧的一面侧设置多条供冷却材料流过的冷却材料流路。
优选的是，金属基板由铁或钽构成，密封金属薄膜由不锈钢薄板、钛薄板、钛合金薄板、铍薄板或铍合金薄板构成。此外，优选的是，附着促进层是铜、铝、镁或锌的薄膜层。
从提高中子产生效率的方面考虑，优选的是，凹凸结构中的岛部的材质包含1～20％质量百分比的Cu、20～40％质量百分比的Al或45～60％质量百分比的Mg中的任意一种，其余部分由包含Li和不可避免的杂质的锂合金构成。
根据具有所述特征的本发明，在金属基板的保持靶材的保持面侧具有边框部和凹凸结构，在该凹凸结构中，在被边框部围着的内侧保留有多个与边框部相同高度的岛部，边框部和多个岛部以外的其它区域为减薄了靶材的厚度的量后的凹部，密封金属薄膜与边框部和多个岛部的表面例如进行HIP接合，利用密封金属薄膜将靶材密封到金属基板的凹部中。其结果是，即使质子束通过密封金属薄膜而照射于作为靶材的锂，使得密封金属薄膜因质子束的加热而鼓起，但由于在多个岛部的表面进行了接合，因而该鼓起得到抑制，靶材与密封金属薄膜之间的紧贴状态得以保持。
因此，金属基板被冷却材料冷却，密封金属薄膜也通过金属基板、锂而被冷却，从而能够降低因密封金属薄膜的过热导致的破损的可能性。
如图7所示的比较例那样，在仅在边框部处接合密封金属薄膜的情况下，对于靶而言，当密封金属薄膜鼓起时，其膨胀体积容易在边框部的中央变大。其结果是，在作为靶材的锂金属因质子束的照射而被加热熔融时，在金属基板与密封金属薄膜之间，锂金属有可能偏向于靶的下方侧，从而在被照射质子束的部位处几乎不存在锂金属。
根据本发明，密封金属薄膜与边框部和多个岛部的表面进行了HIP接合，从而接合于金属基板的保持面侧。因此，即使凹部中密封的锂金属因质子束的照射而被加热熔融，密封金属薄膜的鼓起所引起的靶材的厚度的变化也较小，在金属基板与密封金属薄膜之间，被靶的边框部围着的内侧保持均匀。
其结果是，能够延长靶的寿命，延长更换昂贵的靶之前的质子束的累计照射时间。即，有助于降低接受硼中子捕获疗法的患者的治疗成本。
此外，在本发明的另一方式中，在向作为靶材的锂照射由加速器加速后的质子束，利用7Li(p、n)7Be反应产生中子的中子产生装置用的靶中，其特征在于，
该中子产生装置用的靶具有：金属基板，其保持靶材；以及密封金属薄膜，其在金属基板上的保持靶材的保持面侧，对靶材进行密封，
所述靶材含有1～20％质量百分比的Cu、20～40％质量百分比的Al或45～60％质量百分比的Mg中的任意一种，其余部分由包含Li和不可避免的杂质的锂合金构成。
根据具有上述特征的本发明的另一方式，与将熔点较低的纯锂金属作为靶材的情况相比，靶材的熔点提高了几百度(℃)左右。其结果是，能够抑制靶材因质子束的照射而加热熔融。而且，能够防止熔融的靶材偏向于金属基板的一部分而使得靶的功能劣化的状况。
发明效果
根据本发明，能够提供一种长寿命的中子产生装置用的靶及其制造方法，所述靶的结构简单，且即使实施作为靶材的锂金属的加热，也能够维持靶的功能。
附图说明
图1是中子产生装置的整体概要图。
图2是靶部的概要图。
图3是靶板的安装结构的说明图。
图4是靶板的线束照射面11a侧的分解结构说明图。
图5是靶的分解说明图。
图6是靶51A的制造工序的说明图：(a)是说明在凹凸结构加工工序和冷却材料流路加工工序之后，进行附着促进层形成工序，然后进行靶材填充工序的说明图，其中，在凹凸结构加工工序中，在靶51A的金属基板52A的保持面侧X(正侧)形成凹凸结构，在冷却材料流路加工工序中，在金属基板的与保持面相反的一侧(背侧)形成冷却材料流路52d用的槽部，在附着促进层形成工序中，在凹部52c的底面形成附着促进层，在靶材填充工序中，在氩气环境中或真空中，将熔融的靶材填充到凹部52c中；(b)是靶材填充工序完成后的状态说明图；(c)是结束了保持面侧平滑化工序后的状态说明图；(d)是对靶材填充工序后的密封金属薄膜53、金属基板52A和背板55进行HIP接合的接合工序完成后的状态说明图。
图7是比较例的靶51B的结构说明图，(a)是靶51B的立体图，(b)是(a)的Y-Y剖视图。
图8是变形例的靶51C的结构说明图，(a)是示意性示出的立体图，(b)是(a)的Z-Z剖视图。
图9是变形例中的靶板的线束照射面11a侧的分解结构说明图。
图10是变形例中的靶板的熔融锂注入口、充满熔融锂出口的配置结构的说明图。
图11是变形例的靶51D的结构说明图，(a)是靶51D的分解说明图，(b)是保持有靶材54的金属基板52D的俯视图，(c)是金属基板52D中的凹凸结构的放大立体图。
图12是变形例的靶51E的结构说明图，(a)是靶51E的分解说明图，(b)是保持有靶材54的金属基板52E的俯视图。
图13是变形例的靶51E的制造工序的说明图：(a)是说明在执行了减薄加工的工序和冷却材料流路加工工序之后，执行附着促进层形成工序，然后执行锂合金填充工序的说明图，其中，在减薄加工的工序中，在靶51E的金属基板52E0的保持面侧X(正侧)形成均匀地减薄的凹部52c的区域，在冷却材料流路加工工序中，在金属基板52E0的与保持面相反的一侧(背侧)形成冷却材料流路52d用的槽部，在附着促进层形成工序中，在凹部52c的底面形成附着促进层，在锂合金填充工序中，在氩气环境中或真空中将熔融的锂合金54a填充到凹部52c中；(b)是完成锂合金填充工序，然后进行保持面侧平滑化工序之后的状态说明图；(c)是结束凹凸结构加工工序后的状态说明图；(d)是在氩气环境中或真空中将熔融的靶材54填充到凹部52c中的靶材填充工序的说明图；(e)是完成靶材填充工序，然后进行保持面侧平滑化工序之后的状态说明图。
图14是变形例的靶51F的分解说明图。
具体实施方式
以下，参照图1～图4，对应用了本发明的实施方式的中子产生装置用的靶的硼捕获疗法(BNCT：Boron Neutron Capture Therapy)用的中子产生装置100进行说明。
图1是中子产生装置的整体概要图。
如图1所示，中子产生装置100构成为主要包含：质子束产生装置1；线束导管4，其将由质子束产生装置1产生的质子束6在真空中引导到靶部5；照射部2，其使被质子束6照射而在靶部5中产生的中子减速到规定能量，并且，成形为中子束9而照射于患者的患部(治疗部3)。
(质子束产生装置1)
质子束产生装置1包含产生规定量的质子(氢离子)的离子源1a和对质子进行加速的加速器1b。
本实施方式的中子产生装置100用于BNCT，其靶部5使用锂金属作为靶材，对其照射质子而利用7Li(p、n)7Be反应来产生中子。而且，在加速器1b中，能够在如下的质子能量范围内可变地进行设定，该能量范围是靶材中发生的7Li(p、n)7Be反应的阈值1.889MeV以上且到3.0MeV左右为止的范围。而且，关于质子束6的电流值，例如以对患者的中子照射的治疗时间不太长、例如30分钟左右为目标而设为15～20mA左右。
而且，针对从照射部2向患者照射的中子束9的超热中子目标值设为在离体表面2.5cm的深度处为2×109n/cm2s的中子束级别。
关于符合这样的需求规格的、小型化且低成本的质子束产生装置1，使用ECR(Electron Cyclotron Resonance：电子回旋共振)离子源作为离子源1a，使用静电型加速器作为加速器1b。
此处，在离子源1a中，利用电子回旋共振减少来生成氢(1H)的等离子体，利用电磁线圈或者永久磁铁和六极永久磁铁，封入氢(1H)等离子体，生成氢(1H+)离子。ECR离子源的特征在于，能够实现用于无电极放电的长时间连续稳定运转，能够生成大强度离子束。
静电型加速器是在电极之间施加直流高电压，利用该电极之间的电位差对带电粒子进行加速的装置，在本实施方式中，作为能够以较高的电流值输出低能量且连续的离子束的加速器，例如使用高频高压加速器(Dynamitron，比利时IBA公司(Ion BeamApplications S.A.)的注册商标)(参照特表2012-500454)。在该加速器1b中，得到质子束6的电流值15～20mA的可能性较高。而且，利用该加速器1b得到的质子束6的能量可能为1.889MeV以上且达到3.0MeV左右。
在图1中，在线束导管4的、照射部2的近前侧(图1的左侧)设置有线束会聚透镜7，在向靶部5的靶材54(参照图4)照射质子束6时，该线束会聚透镜7用于抑制质子束6在线束导管4内扩散而与线束导管4的内壁碰撞，从而导致质子束6的强度下降的状况。作为线束会聚透镜7，通常组合使用沿质子束6的方向使极性反转的多个四极电磁铁。线束导管4的末端部设置有安装靶部5的准直器10，来调整质子束6的纵向和横向的扩散。
准直器10约束向靶部5入射的质子束6，使其照射到靶部5的配置有靶材54的区域。准直器10的内壁例如为圆筒形状，在其内壁的外侧配置有未示出的水冷套，来冷却所述内壁。
此外，虽然在图1中，线束导管4的位于质子束产生装置1与线束会聚透镜7之间的部分为直线且未配置任何部件，但也可以如日本特开2008-22920号公报记载的那样构成为：为了使照射部2能够从适当的方向朝向治疗部3的患部照射中子束9，配置旋转架，并且在该部分中，配置多级使质子束6的方向偏转的偏转电磁铁，在偏转电磁铁的后级，配置线束会聚透镜7。在该情况下，优选构成为：在使质子束6的方向偏转的部分的线束导管4中设置有旋转密封部。
(照射部2)
照射部2沿着质子束6的轴向的外形为大致圆柱形状，在靶部5的前方配置有圆柱形状的减速材料21，在其圆周方向和后方(与质子束6的入射方向相反的方向)覆盖有反射材料22。线束导管4贯穿插入到设置在反射材料22的中央的贯通孔中。在反射材料22的外周，配置有用于屏蔽放射线的圆筒状的中子吸收材料23。
在减速材料21和反射材料22的前方侧(照射侧)，配置有未示出的过滤器，在其更前方，配置有在中央设有开口的准直器24。
例如，使用氟化镁(MgF2)或氟化铝(AlF3)作为减速材料21，考虑石墨(C)或铅(Pb)作为反射材料22。另外，在使用铅作为反射材料22时，存在照射部2变重这样的缺点，但是在还要考虑屏蔽从靶部5产生的γ线的效应时，铅优于石墨。
作为中子吸收材料23，考虑在使氢等的高速中子热化而进行中子吸收时不释放γ线那样的、例如含有硼元素的聚乙烯树脂等。
上述过滤器由具有使中子透过且屏蔽γ线的功能的材料构成，可以使用氟化铅(PbF2)、铋(Bi)等，这些材料能够抑制靶部5中的核反应时产生的γ线、中子减速过程产生的γ线等对治疗有害的γ线，而使超热中子透过而照射于治疗部位。对氟化铅和铋进行比较的话，铋是中子透过能力高且γ线屏蔽性能高的材料，但由于铋是非常昂贵的材料，因此，要根据价格和所需性能而灵活使用氟化铅和铋。
作为准直器24，使用中子屏蔽性能高且较少产生中子照射中的γ线的氟化锂(LiF)等。
(靶部5)
接下来，参照图2～图6，对靶部5的结构进行说明。图2是靶部的概要图。
如图2和图3所示，在靶部5中，使2片靶板11A、11B以其末端侧(质子束6的入射方向侧)的末端面11b结合成为V字形的方式相对于质子束6的轴线倾斜，例如倾斜30度，并且，将所述2片靶板11A、11B隔着用于电绝缘的绝缘部件113而安装到设置于线束导管4的末端部的准直器10的末端凸缘部10a上。此外，在图2中，从左右将侧板12L、12R隔着用于电绝缘的绝缘部件124而液密地组装到靶板11A、11B的左右的面板侧面11cL、11cR上，并与末端凸缘部10a抵接。
而且，虽然在图2中进行了省略，但在末端凸缘部10a上，从其外侧例如以螺栓固定的方式隔着密封部件安装有有底的圆筒形状的壳体，使得壳体内成为气密状态(参照专利文献3的图5)。
此外，在末端面11b、11b上，如假想线(双点划线)所示那样，例如以螺栓固定的方式固定有线束阻止部件112，使得质子束6不会通过。线束阻止部件112是用于在质子束6照射于末端面11b、11b的间隙的情况下，对质子束6进行阻止而不照射于壳体的结构。作为线束阻止部件112例如可使用低碳钢。
在图2中的靶板11A、11B的左侧面，设置有冷却材料流路孔117L、117L，虽然没有图示，但在靶板11A、11B的右侧面，也设置有冷却材料流路孔117R、117R。
冷却材料流路孔117L、117L构成为与侧板12L的上下2处冷却材料流路孔121L、121L相对应，并且配置有未示出的液密密封材料而使冷却材料不会泄漏，冷却材料流路孔117L、117L通过冷却材料连通孔122L与上表面的冷却材料流路孔123L相连。
在上述未示出的壳体内，冷却材料流路孔123L与设置在末端凸缘部10a上的第1冷却材料流路孔(未示出)通过第1冷却材料管(未示出)连接。该第1冷却材料管例如是具备对于中子照射具有耐性的树脂管以及其两端的液密结构的金属连接器的配管。第1冷却材料管的一侧的金属连接器与第1冷却材料流路孔连接，使用准直器10的冷却材料流路而使冷却材料流通(参照专利文献3的图5)。而且，第1冷却材料管的另一侧的金属连接器与冷却材料流路孔123L连接。
同样，冷却材料流路孔117R、117R(在图2中未示出)构成为与侧板12R的上下2处冷却材料流路孔121R、121R相对应，且配置有未示出的液密密封材料而使得冷却材料不会泄露，冷却材料流路孔117R、117R通过冷却材料连通孔122R与上表面的冷却材料流路孔123R相连。
在上述未示出的壳体内，冷却材料流路孔123R与设置在末端凸缘部10a上的第2冷却材料流路孔(未示出)通过第2冷却材料管(未示出)连接。该第2冷却材料管与第1冷却管为相同结构。第2冷却材料管的一侧的金属连接器与第2冷却材料流路孔连接，使用准直器10的冷却材料流路而使冷却材料流通(参照专利文献3的图5)。而且，第2冷却材料管的另一侧的金属连接器与冷却材料流路孔123R连接。这样，第1和第2冷却管中的一个向靶板11A、11B供应冷却材料，第1和第2冷却管中的另一个使得从靶板11A、11B排出的冷却材料经由准直器10的冷却通路排出。
此处，作为冷却材料，例如使用纯水。
图3是靶板的安装结构的说明图。图4是靶板11A的线束照射面11a侧的分解结构说明图。在图3中，以图2中的靶板11A为例进行说明，但靶板11B的安装结构也是相同的。
使安装螺栓17通过贯穿插入孔115并经由电绝缘用的绝缘件18而旋紧到设置在末端凸缘部10a的末端面上的内螺纹孔(未示出)中，将事先由靶板11A、11B与侧板12L、12R组装而成的结构安装到末端凸缘部10a上。由于绝缘件18的作用，安装螺栓17不与靶板11A、11B接触。
在图3中，在安装靶板11A、11B之前，靶51A原本就固定在线束照射面11a，该线束照射面11a是靶板11A、11B的照射质子束6的一侧(正侧)的面，但为了容易理解而分开地示出。另外，如后面图5的说明中将记述的那样，靶51A由金属基板52A、靶材54(参照图4、图5)、密封金属薄膜53、背板55构成。而且，背板55是靶板11A、11B的一部分(参照图4)。另外，作为靶板11A、11B的部件，考虑碳素钢、铜。
密封金属薄膜53的结构部件的种类是能够防止靶材54发生氧化等化学反应且不易被靶材54腐蚀的材质，并且，从减小质子束6的损耗和质子束6导致的发热这样的要求考虑，优选选择使质子束6容易通过的结构部件的种类。作为密封金属薄膜53的具体结构部件的例子，优选为不锈钢薄板、钛薄板、钛合金薄板、铍薄板、铍合金薄板中的任意一种。此处，作为密封金属薄膜53的例子，基于制造成本低的观点，优选采用厚度为4μm的不锈钢箔，但在使用钛合金薄板的情况下，优选厚度为5μm，在使用铍合金薄板的情况下，优选厚度为10μm。
如图3、图4、图5所示，在金属基板52A的背面具有切出槽而构成的冷却材料流路52d，如图4所示，金属基板52A的背面与靶板11A的线束照射面11a的背板55接合。背板55以相比线束照射面11a的表面略有阶梯差的方式设置为凹部。在图4中，是从背侧观察靶板11A，因此左右相反，在背板55的左右附近，朝正侧嵌入地设置有歧管116L、116R，该歧管116L、116R向冷却材料流路52d供应冷却材料或从冷却材料流路52d收集冷却材料。朝歧管116L开口的冷却材料流路孔116La通至冷却材料流路孔117L。同样，朝歧管116R开口的冷却材料流路孔116Ra通至冷却材料流路孔117R。
该结构对于靶板11B也是相同的，只是表示左右的标号与图4相反，作为形状则完全相同。
图5是靶的分解说明图。在图5中，将背板55简化而示意性示为平板形状，而如图4所示的靶板11A(11B)的背板55那样，歧管116L、116R的部分为向下凹入的凹槽。
如图5所示，在大致矩形板形状的金属基板52A的正面侧(在图5中，示为“保持面X”)，在外周侧设置有边框部52a，在被边框部52a围着的内侧，保留有在图6(a)中的左右方向和前后方向上规则地分散配置的岛部52b，通过保留岛部52b而形成了减薄的凹部52c的区域。边框部52a的表面高度与岛部52b的表面高度相同，与凹部52c之间的阶梯差和作为靶材的锂金属(Li)的厚度相同，例如为50μm。通过形成保留该岛部52b而得到的凹部52c，构成了所谓的“凹凸结构”。关于这样的加工，例如可以利用铣削加工来进行，或者也可以利用放电加工、基于药物的蚀刻加工来进行。
在金属基板52A的背面侧(保持面侧X的相反侧)，利用挖槽加工形成冷却材料流路52d，其余部分成为冷却片52e。
接着，在该凹部52c中填充金属锂，然后，在图4所示的背板55上，对置地放置金属基板52A的背面，进而，将密封金属薄膜53放置在金属基板52A的保持面侧X的面上，通过HIP加工，将密封金属薄膜53接合到边框部52a的表面和岛部52b的表面，并且，同时使金属基板52A的背面与背板55接合。
此处，作为靶材的锂金属(Li)的厚度为50μm，但由于靶板11A、11B被设定为相对于质子束6的照射方向倾斜30°，因此，质子束6在靶材54中的通过距离为约110μm，从而是足够的厚度。例如，2.8MeV的能量的质子束6在以该距离通过锂金属(靶材54)的期间下降到小于1.889MeV，然后，质子通过金属基板52A，因此，能够抑制被照射的质子与锂发生非弹性散射而释放γ线的状况。
作为金属基板52A，优选为低碳钢(Fe)或钽(Ta)，从其凹部52c的底面起到冷却材料流路52d的槽底为止的厚度设为如下厚度：该厚度能够将入射到靶材54的质子束6通过靶材54后的剩余质子全部阻止。
铁对于由质子碰撞的结果引起的晶格缺陷所导致的膨胀现象(起泡)及氢脆化的耐受性与钽(Ta)同样良好，且为廉价材料。作为靶板11A、11B的材料，铜(Cu)从其热传导性看是优选的，但在考虑与金属基板52A的基于HIP(Hot Isostatic Pressing：热等静压)接合的接合时，也可以为碳素钢。
(靶51A的制造方法)
接下来，参照图6，对靶51A的制造方法进行说明。图6是靶51A的制造工序的说明图，(a)是说明在凹凸结构加工工序和冷却材料流路加工工序之后，进行附着促进层形成工序，然后进行靶材填充工序的说明图，其中，在凹凸结构加工工序中，在靶51A的金属基板52A的保持面侧X(正侧)形成凹凸结构，在冷却材料流路加工工序中，在金属基板的与保持面相反的一侧(背侧)形成冷却材料流路52d用的槽部，在附着促进层形成工序中，在凹部52c的底面形成附着促进层，在靶材填充工序中，在氩气环境中或真空中，将熔融的靶材填充到凹部52c中；(b)是靶材填充工序完成后的状态说明图；(c)是结束保持面侧平滑化工序后的状态说明图；(d)是对靶材填充工序后的密封金属薄膜53、金属基板52A和背板55进行了HIP接合的接合工序完成后的状态说明图。
靶51A是按如下方式制作的。
(1)冷却材料流路形成加工工序
针对作为金属基板52A的基础的矩形的低碳钢或钽的板材，在其1个面侧(背侧(对应于图6(a)中的下侧面))，为了形成冷却材料流路52d，利用铣削加工等加工出多个槽，并设置冷却片52e(参照图6(a))。
(2)凹凸结构加工工序
在金属基板52A的正侧(对应于图6(a)中的上侧面)，以保留有边框部52a，并且在被边框部52a围着的内侧保留有在图6(a)中的左右方向和前后方向上规则地分散配置的多个岛部52b的方式，例如利用铣削加工进行规定深度的减薄加工，例如进行与作为靶材的锂金属(Li)的厚度相同的50μm的减薄加工，而形成凹部52c。
(3)附着促进层形成工序
在凹凸结构加工工序之后，例如利用蒸镀、溅射等成膜处理，在凹部52c的底部形成铜、铝、镁或锌的极薄层(附着促进层)，其厚度例如为0.05μm。这是用于提高作为靶材54的锂与金属基板52A的附着性(润湿性)的加工。此时，在进行蒸镀、溅射等成膜处理之前进行掩模处理，使得在边框部52a与岛部52b的图6(a)中的上侧的表面上不会形成铜的极薄层，在进行蒸镀、溅射等成膜处理后将掩模剥离。
(4)靶材填充工序
接下来，在氩气环境中或真空中，使坩锅61中盛放的作为靶材54的锂金属的熔化物流入到凹部52c中(参照图6(a)、(b))。由于氩气含有作为杂质的氧和水分(H2O)，会使得熔融的锂金属被氧化，因此优选在真空中进行填充。
(5)保持面侧平滑化工序
接下来，使在(4)靶材填充工序中填充到凹部52c中的作为靶材54的锂金属在氩气中或真空中直接凝固，如图6(b)所示，锂金属也附着于边框部52a和岛部52b的表面，且凸出于边框部52a和岛部52b的表面。
因此，在氩气环境中或真空中，例如利用铣削加工，将其切削至边框部52a和岛部52b的表面高度，并利用氩气的气流等去除锂金属的粉末。其结果是，成为如下状态：边框部52a和岛部52b的表面以清洁的状态露出，仅在凹部52c中填充有锂金属(参照图6(c))。由于氩气含有作为杂质的氧和水分(H2O)，会使得熔融的锂金属被氧化，因此优选在真空中进行磨削。
(6)接合工序
接下来，在氩气环境中，将靶板11A(或靶板11B)的背板55(在图6(d)中，为了示意性说明，将背板55示为矩形的平板)设为水平，将金属基板52A的背侧朝下放置在背板55上，接下来，将密封金属薄膜53放置在金属基板52A的保持面侧X(参照图5)的面上。
而且，在密封金属薄膜53上放置垫部件，该垫部件在进行HIP接合时与密封金属薄膜53不接合，且该垫部件的与密封金属薄膜53相对的下表面平坦。作为垫部件，例如考虑陶瓷。
该垫部件在重量上具有适度的重量，用于在开始HIP接合之前，排除密封金属薄膜53与金属基板52A的保持面侧X的面之间的氩气，并且在进行HIP接合时，保持密封金属薄膜53平坦地与金属基板52A的保持面侧X的面抵接的状态，使锂金属熔融，使得密封金属薄膜53不会浸入到凹部52c中。
然后，进行HIP接合。另外，通过该接合工序，能够使密封金属薄膜53与金属基板52A的边框部52a和岛部52b的表面接合，并且，能够同时使金属基板52A与背板55接合。
此时，不仅金属基板52A的冷却片52e的下表面与背板55接合，而且，金属基板52A的四周的侧面部也同时与靶板11A(或靶板11B)的线束照射面11a的形成背板55的缘部接合，因此，靶板11A(或靶板11B)的线束照射面11a侧与歧管116L、116R以液密结构密闭地接合。
由此，与分开进行密封金属薄膜53与金属基板52A的边框部52a和岛部52b的表面的接合、以及金属基板52A与背板55的接合相比，能够节省加工工序。
这样，完成靶51A。
图7是比较例的靶51B的结构说明图，(a)是靶51B的立体图，(b)是(a)的Y-Y剖视图。
比较例的靶51B具有如下结构：在金属基板52B的正面侧，在外周侧设置有边框部52a，在被边框部52a围着的内侧设置有均匀地减薄的凹部52c的区域，在不具有该凹凸结构的凹部52c中，密封有靶材54的纯锂金属。
根据本实施方式的靶51A，质子束6入射的保持面侧X的金属基板52A上的密封金属薄膜53与金属基板52A的边框部52a和岛部52b的表面接合，因此，与比较例所示的那样、在金属基板52B的射入质子束6的保持面侧X中不具有凹凸结构的情况相比，即使在靶材54的锂金属被质子束6加热熔融的状态下，也能够抑制密封金属薄膜53的热膨胀导致的鼓起，抑制熔融的锂金属因重力而偏向于边框部52a的内部平面的一侧。
此外，在本实施方式中，利用准直器10对质子束6进行整形，使得质子束6均匀地照射靶板11A、11B的靶材54，因此，防止质子束6呈点状地仅照射于靶51A的密封金属薄膜53的一部分，防止密封金属薄膜53的过热导致的破损。其结果是，延长了密封金属薄膜53因照射劣化而达到寿命的时间，延长了靶51A的寿命。
与此相对，在比较例中，即使质子束6通过准直器10均匀地照射于靶51B的靶材54，熔融的锂金属也会因重力而偏向于边框部52a的内部平面的一侧。其结果是，在密封金属薄膜53的背侧产生与熔融的锂金属不接触的部分，该部分没有通过熔融的锂金属进行冷却，会由于过热而缩短密封金属薄膜53发生破损以前的时间，靶51B的寿命缩短。
与此相对，根据本实施方式的靶51A，不存在该现象，因此，与比较例的靶51B相比，有助于延长寿命，降低硼捕获疗法中的每个患者的费用。
此外，由于将靶材54的锂金属的厚度减薄到50μm，因此，能够抑制质子束6因与锂的非弹性散射而使其能量在锂金属内损失的状况，能够降低非弹性散射γ线的产生。其结果是，能够使照射部2的γ线屏蔽的结构重量变小变轻，能够使照射部2小型化。
此外，在使靶材54的锂金属以熔融状态在照射部2的靶部5中循环来进行使用的情况下，其循环配管结构变得复杂，并且，需要配置照射部2之外的循环配管的γ线屏蔽结构，与此相对，在本实施方式中，能够实现不需要上述结构的紧凑的靶部5的结构。
另外，金属基板52A采用低碳钢或钽，因此，与金属基板52A采用铜(Cu)的情况相比，抑制了质子(氢)的吸收导致的鼓起现象(起泡)，有助于延长靶51A的寿命，还有助于降低硼捕获疗法中的每个患者的费用。
此外，在形成本实施方式的靶51A的金属基板52A的凹凸结构时，凹凸结构可以是规则结构或不规则结构中的任意一种，减薄的凹部和保留的岛部的形状可以是由直线或曲线中的任意一种构成的形状。在图4～图6中，示出了如下方式：在金属基板的正面，以在前后方向和左右方向上等间隔地排列有矩形形状的岛部的方式，按照俯视时为格子图案的形状，形成了减薄的凹部，图6(a)中在左右相邻的前后方向的列上，将岛部52b配置在相同的前后位置处，这样的配置也可以称作“格子状”，但不限于此。也可以设为称作“交错状”的配置，在该“交错状”的配置中，在左右相邻的前后方向的列上，岛部52b不处于相同的前后位置处。
<实施方式的变形例1>
接下来，参照图8，对与本实施方式的靶51A及其制造方法不同的靶51C的结构及其制造方法进行说明。图8是变形例的靶51C的结构说明图，(a)是示意性示出的立体图，(b)是(a)的Z-Z剖视图。图9是变形例中的靶板的线束照射面11a侧的分解结构说明图。图10是变形例中的靶板的熔融锂注入口、充满熔融锂出口的配置结构的说明图。对与靶51A相同的结构标注相同的标号，并省略重复的说明。
关于靶51C，如图8所示，示意性地将金属基板52C示为平板状，在金属基板52C的保持面X侧接合有密封金属薄膜53，在金属基板52C的保持面X的相反侧接合有背板55。如图8所示，靶51C与靶51A的不同之处在于：(1)在金属基板52C的保持面X侧的对角部附近的2个部位处具有不存在岛部52b的较大矩形平面的凹部52c1、52c2；(2)具有贯通部52f1和贯通部52f2，其中，贯通部52f1具有与凹部52c1连通的注入通路63，在金属基板52C的保持面X的相反侧例如具有圆筒形状的突出部，注入通路63开口于该突出部的端面，贯通部52f2具有与凹部52c2连通的注入通路64，在金属基板52C的保持面X的相反侧具有圆筒形状的突出部，注入通路64开口于该突出部的端面。
如图9和图10所示，金属基板52C的贯通部52f1、52f2贯穿插入到贯通孔120A、120B中，该贯通孔120A、120B在左右内侧避开歧管116L、116R的位置处贯通背板55的平坦面，贯通部52f1、52f2和背板55(靶板11A)的与保持面X相反侧的面构成同一面，注入通路63、64开口于靶板11A的与保持面X相反侧的面。
关于靶板11B，也为相同的结构。
对于靶51C而言，在注入后述的熔融锂金属的靶材填充工序中，如图8(b)所示那样，使注入通路63与假想线(双点划线)所示的熔融锂注入配管65连接，使注入通路64与假想线(双点划线)所示的充满的熔融锂出口配管66连接。
进而，例如，在熔融锂金属的填充完成而凝固之后，将熔融锂注入配管65、熔融锂出口配管66切削切断，去除注入通路63、64内的凝固的锂金属，利用未示出的盖，将贯通部52f1、52f2的注入通路63、64密封焊接。
靶51C是按如下方式制作的。
(1)冷却材料流路形成加工工序
针对作为金属基板52C的基础的矩形的低碳钢或钽的板材，在其1个面侧(背侧(对应于图10中的上侧面))，为了形成冷却材料流路52d，利用铣削加工等加工出多个槽，并设置冷却片52e(参照图10)。
(2)注入通路穿孔加工工序
然后，在图10中的金属基板52C的右下角附近和左上角附近，穿孔出注入通路63、64的孔。
(3)凹凸结构加工工序
在金属基板52C的正侧(对应于图9中的上侧面)，以保留有边框部52a，并且在被边框部52a围着的内侧，保留有图9中的左右方向和前后方向上规则地分散配置的多个岛部52b的方式，例如利用铣削加工进行规定深度的减薄加工，例如进行与作为靶材的锂金属(Li)的厚度相同的50μm的减薄加工，从而形成凹部52c。此时，在图9中的左下角附近，以朝图9中的下侧的边框部52a侧突出的形式形成50μm的减薄加工的凹部52c1，并且，在图9中的右上角附近，以朝图9中的上侧的边框部52a侧突出的形式形成50μm的减薄加工的凹部52c2。
其结果是，如图9所示，分别在注入通路穿孔加工工序中穿孔出的注入通路63、64的孔在凹部52c1、52c2的底面上开口。
(4)贯通部接合工序
接下来，如图10所示，将金属基板52C的注入通路63、64的孔与具有和它们分别连通的注入通路63、64的孔的圆筒形状的贯通部52f1、52f2焊接起来。
(5)接合工序
接下来，在氩气环境中，将靶板11A(或靶板11B)的背板55(在图8中，为了示意性地说明而将背板55示为矩形的平板)设为水平，将金属基板52C的背侧朝下放置在背板55上，接下来，将密封金属薄膜53放置在金属基板52C的保持面侧X(参照图8(a))的面上。
此时，贯通部52f1、52f2分别贯穿插入到靶板11A(或靶板11B)的背板55(参照图9、图10)的贯通孔120A、120B中，贯通部52f1、52f2的端面和靶板11A(或靶板11B)的背板55的与保持面X侧相反侧的面成为同一面。
然后，在密封金属薄膜53上放置垫部件，该垫部件在进行HIP接合时不与密封金属薄膜53接合，且该垫部件的与密封金属薄膜53相对的下表面平坦。作为垫部件，例如考虑陶瓷。
该垫部件在重量上具有适度的重量，用于在开始HIP接合之前，排除密封金属薄膜53与金属基板52C的保持面侧X的面之间的氩气，并且，在进行HIP接合时，保持密封金属薄膜53平坦地与金属基板52C的保持面侧X的面抵接的状态，使得密封金属薄膜53不会浸入到凹部52c、52c1、52c2中。
然后，进行HIP接合。另外，通过该接合工序，能够使密封金属薄膜53与金属基板52C的边框部52a和岛部52b的表面接合，并且，同时使金属基板52C与背板55接合。
此时，不仅使金属基板52C的冷却片52e的下表面与背板55接合，而且使贯通部52f1、52f2与背板55的贯通孔120A、120B接合。此外，金属基板52C的四周的侧面部也同时与靶板11A(或靶板11B)的线束照射面11a的形成背板55的缘部接合，因此，靶板11A(或靶板11B)的线束照射面11a侧与歧管116L、116R以液密结构密闭地接合。
由此，与分开进行密封金属薄膜53与金属基板52C的边框部52a和岛部52b的表面的接合以及金属基板52C与背板55的接合的情况相比，能够节省加工工序。
(6)靶材填充工序
接下来，在朝靶板11A(或靶板11B)的背板55的保持面X侧的相反侧露出的贯通部52f1、52f2的端面上，分别焊接上熔融锂注入配管65的一端侧，并焊接上熔融锂出口配管66的一端侧。进而，使熔融锂出口配管66的另一端侧与油扩散泵等真空泵连接，使熔融锂注入配管65的另一端侧与熔融锂金属供应侧连接。
此时，靶板11A(或靶板11B)优选设置在具有感应加热等加热单元、切削装置、焊接装置等的密封容器内。
然后，如图8(b)所示那样，配置为使熔融锂出口配管66侧朝上，使熔融锂注入配管65侧朝下，使真空泵运转，将熔融锂注入配管65、背板55与密封金属薄膜53之间形成的凹部52c、52c1、52c2的空间、以及熔融锂出口配管66内部抽为真空。此外，利用感应加热等方法，将靶板11A(或靶板11B)加热到200℃以上，例如，加热到400～500℃的第1规定温度。在靶板11A(或靶板11B)上，安装有多个未示出的温度传感器，利用温度传感器的信号来确认加热到第1规定温度的操作已完成，经由熔融锂注入配管65注入已预先在真空中加热到200℃以上的作为靶材54的熔融锂金属，使其充满凹部52c、52c1、52c2的空间。
关于熔融锂金属以充满凹部52c、52c1、52c2的空间的方式进行了充分注入的确认，例如可以利用X线监视熔融锂出口配管66的熔融锂金属的液面，从而能够容易地进行确认。
在已充分注入为使得熔融锂金属充满凹部52c、52c1、52c2的空间后，将熔融锂金属的供应侧关闭，按照规定的时间，使靶板11A(或靶板11B)的温度保持200℃以上的、例如200～300℃的第2规定温度达规定的时间(保持时间)，直到使金属基板52C及密封金属薄膜53与熔融锂金属充分润湿地接触。该第2规定温度和保持时间是通过实验来确定的。
此处，上述第1规定温度是即使很高也不会使熔融锂金属侵蚀背板55和密封金属薄膜53的温度，是预先通过实验确定的。另外，第1规定温度可以是与第2规定温度相同的温度。
(7)靶材注入通路封闭加工工序
接下来，对填充熔融锂金属后的注入通路63、64的封闭加工工序进行说明。
在经过了保持时间后，在熔融锂金属在充满凹部52c、52c1、52c2的空间的状态逐渐冷却，成为凹部52c、52c1、52c2的空间被固体的锂金属填充的状态。在利用安装在靶板11A(或靶板11B)上的温度传感器确认了冷却已充分完成后，关闭熔融锂出口配管66，停止真空泵，使设置有靶板11A(或靶板11B)的上述密封容器处于氩气环境或真空状态。
进而，利用上述切削工具将熔融锂注入配管65和熔融锂出口配管66切断，将贯通部52f1的注入通路63和贯通部52f2的注入通路64内的锂金属切削去除。将上述密封容器内预先准备的、未示出的由与金属基板52C相同部件制成的盖(未示出)嵌入到贯通部52f1、52f2的注入通路63、64中，利用激光焊接或电子束焊接等进行密封焊接。
由此，完成靶51C。
此外，在本变形例中，为了缩短(6)的靶材填充工序中的上述保持时间，可以在(3)的凹凸结构加工工序之后且(5)的接合工序之前，包含实施方式的靶51A的制作中的(3)的“附着促进层形成工序”。
此外，在本变形例中，在(7)的靶材注入通路封闭加工工序中，将熔融锂出口配管66和熔融锂出口配管66切削切断，对注入通路63、64设置盖，但不限于此。也可以在熔融锂金属或固体锂金属充满了熔融锂出口配管66和熔融锂出口配管66内的状态下，进行压接和密封焊接。
此外，在本变形例中，构成为在金属基板52C上设置了贯通部52f1、52f2，但不限于此，也可以不设置贯通部52f1、52f2，而对金属基板52C的注入通路63、64的孔的缘部与背板55的贯通孔120A、120B的缘部进行HIP接合，使贯通孔120A、120B分别构成为注入通路63、64的一部分。
根据本变形例，除了上述实施方式的效果以外，在实施方式中，具有如下效果：能够防止填充后的靶材54在进行HIP接合时发生熔融而变成高温，从而侵蚀金属基板52A或密封金属薄膜53的可能。其结果是，与实施方式的靶51A相比，本变形例的靶51C能够进一步延长寿命。
<实施方式的变形例2>
接下来，参照图11，对本实施方式的靶51D的结构及其制造方法进行说明，靶51D的凹凸结构与靶51A不同。图11是变形例的靶51D的结构说明图，(a)是靶51D的分解说明图，(b)是保持有靶材54的金属基板52D的俯视图，(c)是金属基板52D中的凹凸结构的放大立体图。对于与靶51A相同的结构，标注相同的标号，并省略重复的说明。
靶51D由金属基板52D、靶材54、密封金属薄膜53和背板55构成。在图11(a)中，为了简化而将背板55示意性地示为平板形状，与靶51A同样，背板55是靶板11A、11B的一部分，如图4所示的靶板11A(11B)的背板55那样，歧管116L、116R的部分成为向下凹入的凹槽。
如图11(a)所示，金属基板52D为大致矩形板形状，在其正面侧(在图11(a)中为上侧)，在外周侧设置有边框部52a。金属基板52D具有如下结构：在被边框部52a围着的内侧，保留有在左右方向和前后方向上规则地分散配置的岛部52b，并具有减薄的凹部52c的区域，靶材54被保持在该凹部52c中。靶51D与靶51A不同之处在于金属基板52D的保持面上形成的凹凸结构的形状。
如图11(b)所示，金属基板52D的凹凸结构具有如下形状：以保留多个岛部52b的方式，规则地排列有：以成为六边形配置的方式等间隔配置的多个圆形状的凹部；以及使多个圆形状的凹部彼此连通的凹部。而且，靶材54被保持在规则地排列的凹部中。图11(c)是没有填充靶材54的状态下的凹凸结构的局部放大立体图。在金属基板52D中，以在蜂巢结构的顶点位置保留有大致六棱柱状的岛部52b的方式形成了凹部52c，其中，该凹部52c是重复着俯视时减薄为圆形状的圆形凹部52c3和以使相邻的圆形凹部52c3之间连通的方式减薄的矩形形状的连通凹部52c4而构成的。
作为金属基板52D的材质，优选为低碳钢(Fe)或钽(Ta)，关于这样的凹凸结构的加工，例如可以利用铣削加工进行，或者也可以利用放电加工、基于药物的蚀刻加工来进行。
圆形凹部52c3和连通凹部52c4可以形成为分别具有相同的深度，边框部52a的表面高度与岛部52b的表面高度相同，与凹部52c之间的阶梯差和作为靶材的锂金属(Li)的厚度相同，例如为50μm。
关于由圆形凹部52c3和连通凹部52c4形成的凹部52c，优选形成为：分散地保留有规定面积的岛部52b，使得金属基板52D的边框部52a的内侧面积中的面积率处于70％以上的范围。通过按这样的面积率来形成，既能够确保与密封金属薄膜接合的岛部的表面积，又能够避免靶材的反应截面积的缩小。
圆形凹部52c3形成为规则地排列有大致为圆形状且大小相同或不同的多个圆形状，例如可以等间隔地形成为圆形凹部52c3的中心呈六边形配置。在图11(c)中，R表示圆形凹部52c3的半径，D表示各圆形凹部52c3的中心间的距离。圆形凹部52c3的半径R没有特别限制，可以为1mm～5mm，但优选为2mm。各圆形凹部52c3的中心间的距离D特别限制，可以为R+1mm～R+3mm，但优选为R+1mm。
此外，连通凹部52c4优选为连通各圆形凹部52c3的直线状的槽，例如可以配置为以轴线与连接各圆形凹部52c3的中心的线一致的方式来以中心间的最短距离进行连通，并设置为在俯视时大致为矩形。在图11(c)中，L1表示连通凹部52c4的宽度，L2表示连通凹部52c4的长度。连通凹部52c4的宽度L1没有特别限制，可以是圆形凹部52c3的半径的1/5～1/2，但优选为1/2。
在按5mm间隔呈六边形地配置半径2mm的圆形凹部52c3，并利用1mm见方的连通凹部52c4使相邻的圆形凹部52c3连通时，可确保金属基板52D的边框部52a的内侧面积中的面积率为约72％。
从凹部52c的底面起到冷却材料流路52d的槽底为止的厚度设为如下厚度：该厚度能够将入射到靶材54的质子束6通过靶材54后的剩余质子全部阻止。
如图11(a)所示，在靶51D中，在金属基板52D的背面侧，与靶51A同样地，利用挖槽加工形成冷却材料流路52d，其余部分构成冷却片52e。
构成为：在凹部52c中填充金属锂，然后，在背板55上，以与金属基板52D的背面相对的方式放置金属基板52D，进而，将密封金属薄膜53放置在金属基板52D的上表面上，利用HIP加工，将密封金属薄膜53接合于边框部52a的表面和岛部52b的表面，并且，同时将金属基板52D的背面与背板55接合。
这样的靶51D是按照上述靶51A的制造方法制作的。
根据本变形例，即使凹部中存在的作为靶材54的锂金属因质子束的照射而被加热熔融，圆形凹部52c3也能够分散因膨胀引起的压力，连通凹部52c4将熔融的锂金属分配到相邻的各圆形凹部52c3而平均化，因此，与实施方式的靶51A的情况相比，能够进一步抑制密封金属薄膜的鼓起，维持靶材54与密封金属薄膜的贴紧状态。因此，能够进一步降低因密封金属薄膜的过热而发生破损的可能性。
<实施方式的变形例3>
接下来，参照图12，对变形例的靶51E的结构及其制造方法进行说明，靶51E的凹凸结构的材质与靶51D不同。图12是变形例的靶51E的结构说明图，(a)是靶51E的分解说明图，(b)是保持有靶材54的金属基板52E的俯视图。对于与靶51A、51D相同的结构，标注相同的标号，并省略重复的说明。
靶51E由金属基板52E、靶材54、密封金属薄膜53和背板55构成。在图12(a)中，为了简化而将背板55示意性地示为平板形状，与靶51A同样，背板55为靶板11A、11B的一部分，如图4所示的靶板11A(11B)的背板55那样，歧管116L、116R的部分成为向下凹入的凹槽。
如图12(a)所示，金属基板52E大致为矩形板形状，在其正面侧(在图12(a)为上侧)，在外周侧设置有边框部52a，在被边框部52a围着的内侧保留有在左右方向和前后方向上规则地分散配置的岛部52b，并具有减薄的凹部52c的区域。
如图12(b)所示，靶51E具有与靶51D相同的凹凸结构，在金属基板52E的正面侧，在被边框部52a围着的内侧，以保留有大致六棱柱状的岛部52b的方式形成凹部52c，来保持靶材54，该凹部52c由以采用六边形配置的方式等间隔地减薄的圆形凹部52c3和使相邻的圆形凹部52c3之间连通地减薄的连通凹部52c4构成。
靶51E与靶51D不同之处在于金属基板52E的保持面上形成的凹凸结构中的岛部52b的材质。
在靶51D中，通过使凹部52c减薄而保留的岛部52b与金属基板52D为相同的材质，由非锂金属构成，优选由低碳钢(Fe)或钽(Ta)构成。与此相对，在靶51E中，岛部52b由也作为靶材54的锂合金54a形成。岛部52b因材质为锂合金而具有作为靶的功能，而且，与锂的情况相比，具有不易因加热而熔融的特性。
作为锂合金，例如可举出不会因质子束的照射而被加热熔融的、即熔点为300℃左右以上的合金，优选使用铜-锂合金、铝-锂合金、镁-锂合金。
作为在铜-锂合金中添加的Cu，优选为1％质量百分比以上，更优选为1～20％质量百分比。
作为在铝-锂合金中添加的Al，优选为20％质量百分比以上，更优选为20～40％质量百分比。
作为在镁-锂合金中添加的Mg，优选为45％质量百分比以上，更优选为45～60％质量百分比。
根据本变形例，可得到靶51D的效果，此外，由于岛部52b是由包含作为靶材54的锂的合金形成的，因此，在岛部52b中，也能够因质子束的照射而产生中子。其结果是，能够减轻因在金属基板的保持面侧形成岛部52b而产生的中子产生效率的下降。
如图12(a)所示，在靶51E中，在金属基板52E的背面侧，与靶51A同样地，利用挖槽加工形成冷却材料流路52d，剩余部分构成冷却片52e。
构成为：在凹部52c中填充金属锂，然后，在背板55上，以与金属基板52E的背面相对的方式进行放置，进而，将密封金属薄膜53放置在金属基板52E的保持面侧X的面上，利用HIP处理，将密封金属薄膜53与边框部52a的表面和岛部52b的表面接合，并且，同时将金属基板52E的背面与背板55接合。
接下来，参照图13，对靶51E的制造方法进行说明。图13是靶51E的制造工序的说明图，(a)是在执行了减薄加工的工序和冷却材料流路加工工序之后，执行附着促进层形成工序，然后执行锂合金填充工序的说明图：其中，在减薄加工的工序中，在靶51E的金属基板52E0的保持面侧(正侧)形成均匀地减薄的凹部52c的区域，在冷却材料流路加工工序中，在金属基板52E0的与保持面相反侧(背侧)形成冷却材料流路52d用的槽部，在附着促进层形成工序中，在凹部52c的底面形成附着促进层，在锂合金填充工序中，在氩气环境中或真空中将熔融的锂合金54a填充到凹部52c中；(b)是完成锂合金填充工序，然后进行保持面侧平滑化工序之后的状态说明图；(c)是结束凹凸结构加工工序后的状态说明图；(d)是在氩气环境中或真空中将熔融的靶材54填充到凹部52c中的靶材填充工序的说明图；(e)是完成靶材填充工序，然后进行保持面侧平滑化工序之后的状态说明图。
靶51E是按如下方式制作的。
(1)冷却材料流路形成加工工序
针对作为金属基板52E的基础的矩形的低碳钢或钽的板材，在其1个面侧(背侧(对应于图13(a)中的下侧面))，为了形成冷却材料流路52d，利用铣削加工等加工出多个槽，并设置冷却片52e(参照图13(a))。
(2)減肉加工工序
在板材的正侧(对应于图13(a)中的上侧面)，以保留边框部52a的方式进行规定深度的减薄加工，形成底部具有平面状的凹部52c的金属基板52E0。例如，利用铣削加工进行与作为靶材的锂金属(Li)的厚度相同的50μm的减薄加工。
(3)附着促进层形成工序
在减薄加工工序之后，例如利用蒸镀、溅射等成膜处理，在凹部52c的底部形成铜、铝、镁或锌的极薄层(附着促进层)，其厚度例如为0.05μm。这是用于提高锂合金54a与金属基板52E0的附着性(润湿性)的加工。此时，在进行蒸镀、溅射等成膜处理之前进行掩模处理，使得在边框部52a的表面上不会形成铜的极薄层，在进行蒸镀、溅射等成膜处理后将掩模剥离。
(4)锂合金填充工序
接下来，在氩气环境中或真空中，在使锂合金54a熔融的状态下，使坩锅61中盛放的锂合金流入到金属基板52E0的凹部52c中(参照图13(a)、(b))。由于氩气包含作为杂质的氧和水分(H2O)，会使得熔融的锂合金54a被氧化，因此优选在真空中进行填充。填充的锂合金54a在氩气中或真空中直接凝固。
(5)保持面侧平滑化工序
凝固的锂合金54a附着于边框部52a的表面，且凸出于边框部52a的表面，因此，例如利用铣削加工对其进行切削，并利用氩气的气流等去除锂合金54a的粉末(参照图13(b))。由于氩气包含作为杂质的氧和水分(H2O)，会使得熔融的锂金属被氧化，因此优选在真空中进行磨削。
(6)凹凸结构加工工序
接下来，针对填充到凹部52c中的锂合金54a，利用铣削加工等，以采用六边形配置的方式，在纵向和横向上的多个部位进行俯视时为圆形状且为规定深度的减薄加工，以形成圆形凹部52c3，其中，所述减薄加工的加工直径例如为4mm，深度到达作为凹部52c的底部的金属基板。
此外，对规定形状的连通凹部52c4进行减薄加工，使得各圆形凹部52c3之间连通，例如，该减薄加工使得凹部52c3之间以1mm宽度的槽连通，深度到达作为凹部52c的底部的金属基板。
利用连通凹部52c4使全部圆形凹部52c3连通，由此，形成具有凹凸结构的金属基板52E，所述凹凸结构包含由锂合金54a构成的多个岛部52b和凹部52c(参照图13(c))。
(7)附着促进层形成工序
在凹凸结构加工工序之后，例如利用蒸镀、溅射等成膜处理，在凹部52c的底部形成铜、铝、镁或锌的极薄层(附着促进层)，其厚度例如为0.05μm。这是用于提高作为靶材54的锂与金属基板52E的附着性(润湿性)的加工。此时，在进行蒸镀、溅射等成膜处理之前进行掩模处理，使得在边框部52a与岛部52b的图13(c)中的上侧的表面上不会形成铜的极薄层，在进行蒸镀、溅射等成膜处理后将掩模剥离。
(8)靶材填充工序
接下来，在氩气环境中或真空中，在使得作为靶材54的锂金属熔融的状态下，使坩锅61中盛放的锂金属流入到凹部52c中(参照图13(d))。由于氩气包含作为杂质的氧和水分(H2O)，会使得熔融的锂金属被氧化，因此优选在真空中进行填充。填充的作为靶材54的锂金属在氩气中或真空中直接凝固。
(9)保持面侧平滑化工序
凝固的锂金属附着于边框部52a和岛部52b的表面，而且凸出于边框部52a和岛部52b的表面，因此，例如利用铣削加工对其进行切削，并利用氩气的气流等去除锂金属的粉末。其结果是，成为如下状态：边框部52a和岛部52b的表面以清洁的状态露出，仅在凹部52c中填充有锂金属(参照图13(e))。由于氩气包含作为杂质的氧和水分(H2O)，会使得熔融的锂金属被氧化，因此优选在真空中进行磨削。
(10)接合工序
接下来，与靶51A的制造方法同样地，在氩气环境中，对靶板11A(或靶板11B)的背板55、金属基板52E和密封金属薄膜53进行HIP接合。
由此，完成靶51E。
<实施方式的变形例4>
接下来，参照图14，对本实施方式的靶51F的结构及其制造方法进行说明，靶51F的凹部结构以及靶材54的材质与靶51A不同。图14是变形例的靶51F的分解说明图。对于与靶51A相同的结构，标注相同的标号，并省略重复的说明。
靶51F由金属基板52F、靶材54、密封金属薄膜53和背板55构成。在图13中，为了简化而将背板55示意性地示为平板形状，与靶51A同样，背板55为靶板11A、11B的一部分，如图4所示的靶板11A(11B)的背板55那样，歧管116L、116R的部分成为向下凹入的凹槽。
如图14所示，金属基板52F大致为矩形板形状，在其正面侧(在图14中为上侧)，在外周侧设置有边框部52a，在被边框部52a围着的内侧，具有均匀地减薄的凹部52c的区域。金属基板52F中的凹部52c的底部为平面状，与比较例中的靶51B同样地，由没有加工形成凹凸结构的形状构成。
靶51F与靶51B的不同之处在于填充到凹部52c中的靶材54的材质。
在靶51B中，将实质上由100％质量百分比的锂构成的纯锂金属作为靶材54填充到凹部52c中。
与此相对，在靶51F中，将锂合金54a作为靶材54填充到凹部52c中。与锂金属相比，锂合金54a是具有不易因加热而熔融的特性的靶材54。
作为锂合金54a，例如可举出不会因质子束的照射而被加热熔融的、即熔点为300℃左右以上且质子束在锂合金中的行程(飛程)尽量不会变短的、添加金属％小的锂合金，优选使用铜-锂合金、铝-锂合金、镁-锂合金。
作为在铜-锂合金中添加的Cu，优选为1～20％质量百分比，作为在铝-锂合金中添加的Al，优选为20～40％质量百分比，作为在镁-锂合金中添加的Mg，优选为45～60％质量百分比。
作为金属基板52F的材质，优选为低碳钢(Fe)或钽(Ta)，关于底部为平面状的凹部52c的加工，例如可以利用铣削加工进行，或者也可以利用放电加工、基于药物的蚀刻加工来进行。
边框部52a与凹部52c的阶梯差和靶材的厚度相同，例如为50μm。
从凹部52c的底面起到冷却材料流路52d的槽底为止的厚度设为如下厚度：该厚度能够将入射到靶材54的质子束6通过靶材54后的剩余质子全部阻止。
如图14所示，在靶51F中，在金属基板52F的背面侧，与靶51A同样地，利用挖槽加工形成冷却材料流路52d，其余部分构成冷却片52e。
构成为：在凹部52c中填充锂合金54a，然后，在背板55上，以与金属基板52D的背面相对的方式放置金属基板52D，进而，将密封金属薄膜53放置在金属基板52F的上表面上，利用HIP加工，将密封金属薄膜53与边框部52a的表面接合，并且，同时将金属基板52F的背面与背板55接合。
这样的靶51F是以如下方式制作的：在上述靶51E的制造方法中，将锂合金54a填充到金属基板52E0中，进行保持面侧平滑化工序，然后进行基于HIP的接合工序。
此外，还存在如下方法：将已经预先压延至所需厚度的锂合金54a压接于密封金属薄膜53，将其放置在未设置凹部52c的金属基板上进一步进行压接，并且，在基板周边部对密封金属薄膜53与金属基板进行焊接。
根据本变形例，与使用熔点较低的锂金属作为靶材54的情况相比，能够防止靶材54因质子束的照射而被加热熔融，从而液化的靶材54偏向于金属基板的一部分，导致靶的功能发生劣化的状况。
标号的说明
1 质子束产生装置
1a 离子源
1b 加速器
2 照射部
3 治疗部
4 线束导管
5 靶部
6 质子束
7 线束会聚透镜
9 中子束
10 准直器
10a 末端凸缘部
11A、11B 靶板
11a 线束照射面
11b 末端面
11cL、11cR 面板侧面
12L、12R 侧板
17 安装螺栓
18 绝缘件
21 减速材料
22 反射材料
23 中子吸收材料
24 准直器
51A、51C、51D、51E、51F 靶
52A、52C、52D、52E、52F 金属基板
52a 边框部
52b 岛部
52c 凹部
52c3 圆形凹部
52c4 连通凹部
52d 冷却材料流路
52e 冷却片
53 密封金属薄膜
54 靶材
54a 靶材(锂合金)
55 背板
61 坩锅
100 中子产生装置
112 线束阻止部件
113、124 绝缘部件
15 安装孔
116L、116R 歧管
116La、116Ra、117L、117R、121L、121R、123L、123R 冷却材料流路孔
122L、122R 冷却材料连通路

Claims (10)

1.一种中子产生装置用的靶，在该中子产生装置用的靶中，向作为靶材的锂照射由加速器加速后的质子束，利用7Li(p、n)7Be反应产生中子，其特征在于，所述中子产生装置用的靶具有：
金属基板，其保持所述靶材；以及
密封金属薄膜，其在所述金属基板上的保持所述靶材的保持面侧，对所述靶材进行密封，
在所述金属基板的所述保持面侧具有：
边框部；以及
凹凸结构，在该凹凸结构中，在被该边框部围着的内部保留有与所述边框部相同高度的分散配置的多个岛部，使得所述边框部和所述多个岛部以外的其它区域成为减薄了所述靶材的厚度的量后的凹部，
所述密封金属薄膜与所述边框部的表面以及所述多个岛部的表面接合，
所述靶材被所述密封金属薄膜密封到所述金属基板的所述凹部中。
2.根据权利要求1所述的中子产生装置用的靶，其特征在于，
所述凹凸结构中的被减薄的凹部由多个圆形凹部和将相邻的所述圆形凹部彼此相互连通的连通凹部构成，其中，
所述多个圆形凹部在被所述边框部围着的内侧按六边形配置，且在俯视时具有圆形状。
3.根据权利要求1所述的中子产生装置用的靶，其特征在于，
在所述凹部的底面上设置有提高所述靶材与所述金属基板的附着性的附着促进层。
4.根据权利要求3所述的中子产生装置用的靶，其特征在于，
所述附着促进层是铜、铝、镁或锌的薄膜层。
5.根据权利要求1所述的中子产生装置用的靶，其特征在于，
所述金属基板在与所述保持面侧相反侧的面侧设有多条供冷却材料流过的冷却材料流路。
6.根据权利要求1所述的中子产生装置用的靶，其特征在于，
所述金属基板由铁或钽构成，
所述密封金属薄膜由不锈钢薄板、钛薄板、钛合金薄板、铍薄板或铍合金薄板构成。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的中子产生装置用的靶，其特征在于，所述凹凸结构中的岛部含有1～20％质量百分比的Cu、20～40％质量百分比的Al或45～60％质量百分比的Mg中的任意一种，其余部分由包含Li和不可避免的杂质的锂合金构成。
8.一种中子产生装置用的靶的制造方法，在该中子产生装置用的靶中，向作为靶材的锂照射由加速器加速后的质子束，利用7Li(p、n)7Be反应产生中子，其特征在于，所述中子产生装置用的靶的制造方法具有如下工序：
凹凸结构加工工序，在保持所述靶材的金属基板的保持所述靶材的保持面侧形成凹凸结构以及用于密封所述靶材的边框部，在该凹凸结构中，在被该边框部围着的内侧保留有与所述边框部相同高度的分散配置的多个岛部，使得该岛部以外的其它区域成为减薄了所述靶材的厚度的量后的凹部；
附着促进层形成工序，在所述凹部的底面形成提高所述靶材和所述金属基板的附着性的附着促进层，
靶材填充工序，使所述靶材熔融而填充到所述保持面侧的所述凹部中；以及
接合工序，在所述靶材填充工序之后，利用热等静压HIP处理，在所述保持面侧的所述边框部和所述岛部的表面上接合密封金属薄膜，该密封金属薄膜将所述靶材密封到所述金属基板的所述凹部中。
9.一种中子产生装置用的靶的制造方法，在该中子产生装置用的靶中，向作为靶材的锂照射由加速器加速后的质子束，利用7Li(p、n)7Be反应产生中子，其特征在于，所述中子产生装置用的靶的制造方法具有如下工序：
凹凸结构加工工序，在保持所述靶材的金属基板的保持所述靶材的保持面侧形成凹凸结构以及用于密封所述靶材的边框部，在该凹凸结构中，在被该边框部围着的内侧保留有与所述边框部相同高度的多个岛部，使得该岛部以外的其它区域成为减薄了所述靶材的厚度的量后的凹部；
接合工序，利用热等静压HIP处理，在所述保持面侧的所述边框部和所述岛部的表面上接合密封金属薄膜，该密封金属薄膜用于将所述靶材密封到所述金属基板的所述凹部中；以及
靶材填充工序，将所述接合工序之后的所述金属基板加热到使所述靶材熔融的第1规定温度，将熔融状态的所述靶材注入到被所述密封金属薄膜覆盖的所述金属基板的所述凹部中，保持于所述第1规定温度以下且200℃以上的第2规定温度，直到所述靶材在与所述密封金属薄膜以及所述金属基板之间的接触表面上充分润湿而不再存在间隙为止，来将所述靶材填充到所述金属基板的所述凹部中。
10.根据权利要求9所述的中子产生装置用的靶的制造方法，其特征在于，
在所述凹凸结构加工工序之后且所述接合工序之前，具有在所述凹部的底面形成附着促进层的附着促进层形成工序，该附着促进层提高所述靶材和所述金属基板的附着性。
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