CN107408416B - 辐射防护室中具有靶托架和辐照射束偏转装置的辐照系统 - Google Patents

Abstract

本专利申请涉及靶辐照系统(1)，其具有粒子加速器(10)、靶托架(20)和辐射防护室(30)，粒子加速器构造成沿一轴线至少发射一辐照射束(11)，靶托架布置在加速器外，具有至少一个端口(21)，端口构造成接纳用于待辐照靶的靶托(22)，辐射防护室围绕靶托架(20)。粒子加速器(10)定位在辐射防护室(30)外。靶托架(20)相对于粒子加速器(10)固定。端口(21)相对辐照射束(11)的轴线偏离，系统(1)具有偏转装置(40)，其定位在辐射防护室(30)中，构造成使辐照射束(11)朝插有待辐照靶的靶托(22)的端口(21)的方向偏转。

Description

辐射防护室中具有靶托架和辐照射束偏转装置的辐照系统

技术领域

本申请涉及靶辐照系统、特别是具有粒子加速器的辐照系统。

背景技术

粒子加速器是旨在产生首先以粒子(质子、电子等)特性、粒子能量和射束电流为特征的射束的设备。根据使用加速器的应用(放射性同位素生产、X射线或γ射线放射治疗、中子生产等)，射束可以与不同类型的靶相互作用，靶例如主要是：

-在靶核进行核反应的靶，例如同回旋加速器一起使用的靶，回旋加速器用于正电子发射断层成像(TEP或英文缩略词为PET)用的放射性同位素生产；

-停止器靶(cibles de butée

)，其旨在在加速器调节阶段时停止射束和描绘射束特征。

然而，射束和靶之间的相互作用可能引起不同类型的反应，因而可能产生来自靶的不同类型的辐射。

实际上，被辐照的靶通常继而发出尤其是具有通常呈X射线或者γ射线形式的高能中子和高能光子的辐射。这些中子和光子在直接由靶中产生的核反应产生时是所谓“一次”的，而在产生于一次中子和一次光子与周围物质之间的反应时是所谓“二次”的。

回旋加速器是一种粒子加速器，常用于医疗成像，用以产生半衰期非常短的放射性同位素，甚至例如对于以下元素，其半衰期等于或者小于两个小时：¹⁸F(氟18)：109.7分钟；⁶⁸Ga(镓68)：67.7分钟；¹¹C(碳11)：20.4分钟。当然，可考虑采用其他类型的粒子加速器，例如线性加速器(LINAC)或者同步回旋加速器。

例如，回旋加速器产生12MeV和20μA的质子(p)束，该质子束与具有富含95％的¹⁸O(氧18)的水的靶相互作用，而产生¹⁸F(氟18)，¹⁸F(氟18)伴有一定比例的中子(n)和光子流，例如，通常为4x10¹¹n/s(中子/秒)和6x10¹¹G/s(伽马/秒)。这种反应例如写作：¹⁸O+p→¹⁸F+n。

但根据另一例子，这次相同质子(p)束与具有¹⁴N(氮14)的靶之间的相互作用会产生¹¹C(碳11)和高能的光子及中子，但光子及中子比例与前述反应中的比例不同，例如通常为在20μA的1x10¹²G/s和2x10⁹n/s。

因此，靶附近的累计放射剂量率相当大(12MeV(兆电子伏)的20μA(微安)质子束接触¹⁸F生产靶则为每秒若干Sv(西弗特，1Sv＝1m².s^-2＝1J.kg^-1)。这些强辐射是电离辐射，因此对人员和环境有风险。这些辐射的强度约为产生以上射束即12MeV的20μA质子束的外部离子源回旋加速器所发出的辐射的强度的一百万倍。在内部离子源回旋加速器的情况下，回旋加速器中的离子加速所发射的辐射更强，从而使靶的辐射强度与回旋加速器的辐射强度之间的比率减小到百万分之一数量级，但靶仍为主要辐射源。

在上述例子中，加速器发射的粒子的能谱具有平均约为2MeV的最大值；因此存在可以更高能量发射的粒子。来自靶的辐射可继而与周围环境的物体(空气、设备、壁等)相互作用并使这些物体产生放射性。根据对靶所使用的材料，可产生短半衰期、甚至长半衰期(即至少100天、甚至数年的半衰期)的放射性同位素，这是这种技术的一个缺陷。

因此，重要的是在加速器运行时保护人员和环境不受电离辐射，以限制对环境物体的辐射风险和限制使环境物体产生放射性。特别是，应当保护人员和环境不受来自靶的辐射。

为了保护人员和环境不受这些电离辐射，这种系统经常安设在体积大、造价高的重型热室中。实际上，热室壁一般非常厚：约为2米厚的混凝土。

然而，在现有设备中，例如在医疗机构中，并不总是可以建造热室。

因此，一些应用的发展受制于与这些辐射系统安装可能性相关的制约条件。

为了减小体积尺寸，粒子加速器有时配有所谓“局部”的辐射防护室。辐射防护室可减少热室中的辐射流，但仍不能免除热室。

例如对于这种辐射防护，为至少使来自靶的一次和/或二次高能光子衰减，例如有利的是使用“密致”材料。特别是出于实施的成本和方便性原因，混凝土和铅经常用作“致密”材料。但是，为使结构紧凑和质量减小，可以有利的是使用密度甚至更大的材料，例如钨。

中子的衰减可分两步进行，即例如，首先使中子减速，其次捕获中子。例如，中子通过与材料进行弹性碰撞而减速。例如，氢化合物(水、一些聚合物等)完全适合于使中子减速。一旦中子减速，中子则例如由“中子捕集器”或者“中子毒物”予以捕集。例如，硼可用于捕获中子。例如，一种解决方案在于为富氢材料例如聚乙烯加填为百分之几、通常为1％至8％(原子)的硼。在本专利申请的范围中，“富含”意味着在填料材料中，氢含量等于或者大于约30％甚至40％原子浓度。

但是，中子捕获继而又产生所谓“二次”高能光子，其也需被衰减。

因此，为使这些不同的辐射衰减，用于靶如¹⁸F产生靶的辐射防护室例如包括一系列以下层：具有中子毒物的富氢材料层、和密致材料层。为使一次和二次的高能中子和光子同时衰减，可选地，这些功能必要时可以合在一起，例如通过为树脂加填硼和密致材料如铅或钨进行。

此外，由于靶一般紧邻加速区域定位、甚至直接安装在所用粒子加速器的出口处，因此，辐射防护室同时包围靶和粒子加速器。

由此使得这种辐射防护室并不能防止来自靶的辐射显著活化粒子加速器，并且辐射防护质量仍很大(对于产生10至18MeV的质子的回旋加速器，质量为通常为40至80吨，还需要加上粒子加速器本身的10至20吨)。

因此，这些解决方案允许减少与非残留辐射相关联的风险，但不能保护加速器不受来自于靶的辐射所导致的放射化，而且由于其质量，不便于布置加速器，甚至有时不能将其安装在预先存在的建筑物中。

为避免靶使粒子加速器产生放射性，一个可能性在于：使靶离开加速器一段距离偏置，从而允许不将粒子加速器包围到辐射防护室中，因而可将辐射尽量靠近靶限制。

比起当靶直接安装在加速器上和整体被防辐射时，加速器的放射化在靶偏置和被防辐射时则低得多。

这还可使辐射防护室的尺寸、因而质量大为减小，因为辐射防护室可以不再容纳粒子加速器。

相反，使辐射沿粒子加速器所发射的射束而行并使加速器内部放射化仍是可能的。这对于在加速器的金属表面上通过弹性碰撞“回弹”的中子来说是特别是妨碍性的。在安装限制条件导致避免构造厚壁的情况下，这种中子弹回则因为其单独产生大放射剂量率则更加是妨碍性的。

因此，偏置靶的使用可极大减小辐射防护质量，但仍存在与这种中子泄漏有关的环境辐射风险。

另外，对于一些应用，可以有利的是能将同一加速器配合不同靶使用。

一种可考虑的解决方案则是移动选择的靶到面对辐射束。

然而，这种解决方案一般要求破坏系统中预先存在的真空，更换靶，然后在能再使用系统之前重新建立真空。

另外，为使对靶的辐照尽可能最佳，靶必须定位成尽可能面对射束。这样使得从靶向回旋加速器产生电离辐射(高能中子和光子)的直接泄漏路线。这有两个后果。第一后果是回旋加速器的一部分仍能被放射化。第二后果是沿射束线而行的中子在回旋加速器的金属构件上通过弹性碰撞“回弹”，从而产生必须被屏蔽的二次辐射源。

例如，文献US5608224提出了一种装置，其具有允许使用不同靶的转筒。则即便该解决方案允许无需破坏真空来更换靶，那么，其同时旨在确保待辐照靶尽可能好地定位在辐照射束的准直仪中。这种解决方案于是并不能解决中子向粒子加速器弹回的问题。

发明内容

本申请的目的旨在至少部分地解决前述缺陷。

为此，根据第一方面提出一种靶辐照系统，其至少具有：

-粒子加速器，粒子加速器构造成沿一轴线至少发射一辐照射束，

-靶托架，靶托架在粒子加速器外面对辐照射束定位，靶托架具有至少一个端口，端口构造成接纳靶托，靶托构造成接纳待辐照靶，以及

-辐射防护室，辐射防护室围绕靶托架，粒子加速器定位在辐射防护室之外，

其特征在于，靶托架相对于粒子加速器是固定的；端口相对辐照射束的轴线偏离；并且，靶辐照系统具有偏转装置，偏转装置定位在辐射防护室中，偏转装置构造成使辐照射束朝插有待辐照靶的靶托的端口的方向偏转。

因此，这里提出的解决方案在于使用射束偏转装置，偏转装置允许向插入靶托的靶导引射束，其中所述靶托安装在定位于辐照射束泄漏立体角外的固定的端口上，偏转装置还允许在预定位于不同端口上的多个靶托中寻定一个靶托。偏转装置因此用作靶选择器或者类似地靶转换器。

优选地，靶托架具有至少两个端口，例如五个端口。

例如，端口中的至少一个、甚至所有端口，偏离粒子加速器发射的辐照射束的轴线。

根据一实施例，端口布置在同一平面上。

例如，端口所布置的平面是水平平面。

根据另一实施例，端口立体布置。

于是到达防辐射装置所围绕的不同靶、同时最大限度地减小泄漏路线变得是可能的。因此，相应靶托与粒子加速器附近的放射剂量率和周围设备即环境物体的放射化程度低，同时辐射防护质量小。

辐射防护室可使靶与射束之间的相互作用所产生的残留和非残留的辐射衰减，射束偏转装置和围绕靶托靠近的辐射防护室的使用的结合可减少、甚至消除从靶向粒子加速器的辐射的直接泄漏路线，同时可将辐射防护质量减小到可能1/5至1/15，同时保持辐射防护有效。

例如，辐射防护室包括至少一具有密致材料的层和至少一具有含中子毒物的富氢材料的层交替布置的结构。

例如，富氢材料是含作为中子毒物的约5％至7％(原子)量的硼的聚乙烯(PE)。

例如，密致材料是钨(W)和/或铅(Pb)。

可选地，辐射防护室还具有附加防辐射构件，其围绕安装在靶托架上的靶托。附加防辐射构件例如定位在辐射防护室的壁中。这种附加防辐射构件例如固定在靶托架上。

优选地，最靠近靶托定位的辐射防护层、必要时还有附加防辐射构件用密致材料制成。

换句话说，辐射防护室的位于辐射防护室内表面附近的辐射防护层是密致材料层。

在一实施例中，辐射防护室的壁具有富氢材料附加厚度层，富氢材料附加厚度层定位在靶托的附加防辐射构件与最内里的密致材料层之间。

在作为说明给出的一实施例中，附加防辐射构件用钨(W)制成，其厚度为约5cm至约15cm之间，例如约为6cm或者11cm。

然后，辐射防护室的壁例如具有：

-富氢材料附加厚度层，其厚度为约5cm至约15cm之间，用含5％硼的聚乙烯PE制成；

-最内里的密致材料层，其厚度为约3cm至约8cm之间，用钨(W)制成；

-下一富氢材料层，其厚度为约25cm至约40cm之间，用含5％硼的聚乙烯PE制成；

-下一密致材料层，其厚度为约2cm至约8cm之间，用铅(Pb)制成；以及

-最外面的富氢材料层，其厚度为约15cm至约30cm之间，用含5％硼的聚乙烯PE制成。

于是，这种辐射防护室除了可能配设的附加构件之外，还具有四层和可选的附加厚度层。

当然，厚度值是作为示意方式给出以提及一数量级，这些厚度值可变化数cm，例如+/-5cm。

这种室结构特别紧凑。

壁厚度的数量级因此为约50cm至约100cm之间，特别是约60cm至约75cm之间。

在一特别有利的实施例中，辐射防护室具有至少一个球形壁。

这种壁的外径最大例如等于约3米、甚至2米。

根据另一实施例，辐射防护室具有至少一个呈平行六面体形的壁，这允许降低生产成本。因此，其宽度、长度、高度尺寸中的至少一种尺寸最大可等于约3米、甚至2米。

因此，这种系统可减少暴露于辐射的风险，最大限度地减小例如在医疗场所安装这种系统所用的质量和空间限制条件。

但是，要注意的是，本领域技术人员对于可使用这种装置的想法存在强烈偏见。

实际上，鉴于辐照射束的常用能级范围，偏转装置也必须使用高能量。

同样，由于要获得允许更好地避免中子向粒子加速器回弹及限制整体装置的质量的偏转而这更加显著，优选的是偏转角相对于射束的初始轴线尽可能大，例如至少5°、甚至10°，例如5°至175°之间或者5°至40°之间，特别是例如约19°至约38°之间。因此，偏转装置优选定位成最靠近靶托架，甚至定位在靶托架入口处。

因此，换句话说，偏转装置则有利地构造成使射束相对于粒子加速器发射射束的轴线偏转一角度，该角度为至少5°，甚至10°，例如5°至175°之间，例如5°至40°之间，优选19°至38°之间。

为此，偏转装置例如构造成发射磁场。例如，磁场为1-2特斯拉(T)之间。根据一特殊实施例，磁场约为1.4特斯拉。

根据一有利的实施例，偏转装置具有定位在辐照射束路径上的至少一个电磁四极子，即其通常定位在粒子加速器的射束发射轴线上。电磁四极子例如具有一个电磁铁、甚至四个电磁铁。

根据一些优选实施例，偏转装置仅具有单一电磁四极子，或者具有两个电磁四极子。

优选具有一个偶极子以代替一个四极子。

根据加速粒子的能量和类型，也可以使用其他偏转装置，例如对于更轻粒子(电子类型)和/或更低能量的静电偏转器。

偏转装置也定位在辐射防护室中。要注意的是，偏转装置也参与辐射防护。为此，其例如由密致材料组成，例如特别是铜和/或铁组成，这使得对光子衰减有效。在四极子的范围下，例如涉及由铜线围绕的铁芯，例如铁轭和铜线圈。

这会引起反对探索这种方案的另外偏见，因为这种偏转装置会优选定位在防护室内，另一困难可能在于穿过防护室的偏转装置工作所需的供给通路的构造选择。

根据一有利的实施例，例如电缆或者管的供给通路是曲折通路。

一旦克服这些偏见，借助于这种定位，偏转装置本身通过使高能光子衰减而参与辐射防护。

另外，如果靶托架仍具有沿射束轴线定位的端口，那么，安装在该端口上的靶托的靶优选是这样的靶：其源项中子弱，即其中子流至少是一次光子流的1/100倍(例如这里约1x10¹⁰n/s)。这例如可涉及例如用石墨制成的用于调节的装填靶(cible de charge)(即允许调节能被辐照的回旋加速器、而不产生放射性物质的靶)，甚至可选地涉及碳11生产靶，因为其对于即12MeV的20μA质子的上述射束来说，辐射较少中子。因此，优选将容纳最不常使用的靶和/或源项最弱的靶(例如装填靶)的靶托安装在沿射束轴线的端口上。

另外，比起机械靶转换器系统，这种系统的优点是反应性可更好。换句话说，比起使用通常的机械系统，无需去真空，可使射束更快速地、通常用一秒时间从定位在安装于两个不同端口上的两个靶托中的一靶过渡到另一靶。

根据一有利的实施例，靶辐照系统具有辐照射束位置调节装置和辐照射束聚焦调节装置；并且，辐照射束位置调节装置和辐照射束聚焦调节装置定位在偏转装置的上游。

在一实施例中，偏转装置不同于位置调节装置。

在一实施例中，位置调节装置和聚焦调节装置定位在辐射防护室之外。

在另一实施例中，位置调节装置和聚焦调节装置至少部分地定位在辐射防护室内，甚至至少部分地定位在辐射防护室的壁中。

在一实施例中，位置调节装置和聚焦调节装置例如共同由一对电磁四极子形成。

根据又另一有利的实施例，靶辐照系统包括伺服模块，伺服模块具有控制模块和操控单元，控制模块构造成集取关于辐照射束的位置和聚焦的信息和测量结果，向操控单元发送指令，操控单元构造成致动辐照射束位置调节装置和/或辐照射束聚焦调节装置和/或偏转装置，以使辐照射束与待辐照靶之间的相互作用最佳化。

本发明针对的另一目的是靶托架，靶托架与其辐射防护室、但没有加速器共同应用。更准确的说，这另一目的是一种靶托组件，靶托组件具有基准方向，靶托组件用于沿基准方向经受辐照射束，靶托组件具有：

-靶托架，用于面对所述基准方向定位，具有至少一个端口，端口构造成接纳靶托，靶托构造成接纳待辐照靶，以及

-辐射防护室，辐射防护室围绕靶托架，由所述基准方向穿过，

其特征在于，靶托架相对于所述基准方向是固定的；端口相对于基准方向偏离；并且，靶托组件具有偏转装置，偏转装置定位在辐射防护室中，偏转装置构造成使沿所述基准方向接收到的辐照射束朝插有待辐照靶的靶托的端口的方向偏转。

这种靶托组件尤其构造成用于具有前述所有或者部分特征的上述系统。

所述基准方向可以在辐射防护室中由一条导道、例如中空导道实现，沿着所述导道，辐射防护降低、甚至不显著。

因此，这种系统结构特别紧凑。

因此，借助于这种系统，可以无需在粒子加速器与靶托之间安设完整壁。

因此，这种系统可安设在建筑物室中，例如医疗或者研究联合机构的室中，同时可避免要求对建筑结构进行大幅改造或调整，即安设在具有以常用建筑材料(例如混凝土和/或金属加强件等)制成的墙壁的房间中。

例如，40cm厚的混凝土壁则足够，而对于现有技术的装置来说则需要2米厚的壁。

因此，这种系统、尤其是辐射防护室，不受安设这种系统的房间的限制。

因此，换句话说，这种系统构造成安设在建筑物的房间中。

定义所述系统的另一种方式是：考虑到这种系统布置在房间中、甚至围绕整个系统的封闭室中，则靶托布置在附加室中、上述辐射防护室中，使得系统与外部环境隔离，不仅靶托与外部环境隔离而且靶托也相对粒子加速器隔离，在这种系统中，与现有技术的装置比较而言，粒子加速器放射化较低。因此，系统具有一定自主性。

因此，所述系统可安设在单个同一房间中，从而方便接近系统。此外，系统更易于安装。

附图说明

通过阅读下面参照附图所作的以示意性和非限制性方式给出的详述，根据实施例很容易理解本发明并且其优点将更好地体现出来，附图中：

图1示意地示出根据本发明的一实施例的靶辐照系统；

图2由图2a和图2b组成，示意地示出端口位置的几何形布置示例；

图3作为指示表示出辐射防护室的质量M(单位：吨(T))随其内半径Ri(单位：毫米(mm))的变化；以及

图4表示位置调节装置和聚焦调节装置由控制模块操控的原理图。

具体实施方式

前述附图中所示的相同的构件用相同的数字标号标示。

图1示出一种辐照系统1，其具有粒子加速器10、靶托架20和辐射防护室30。

粒子加速器10例如是回旋加速器。例如，其构造成发射辐照射束11，辐照射束具有为几MeV的质子束。

这里，辐射防护室30围绕靶托架20。粒子加速器10定位在辐射防护室30外。

辐射防护室30例如呈中空球形，具有由相继层叠置而形成的壁。

例如，辐射防护室30的该壁具有所谓“密致”材料31层和富氢材料32层交替布置结构。

实际上，优选辐射防护室具有交替地形成密致材料层和富氢材料层的至少两层、例如两层至十层之间。

为了限制辐射防护体的质量和体积尺寸，此外有利的是如后所述，尽量靠近安装在靶托架20上的靶托22定位密致材料31层，以首先使一次射线衰减。

然后优选的是交替布置有利地含中子毒物的富氢材料32层和使最后的一次射线以及来自中子捕获的二次射线衰减的密致材料层31。

作为说明，在图1所示的本实施例中，从最外层开始，壁具有四层，其中富氢材料32层和密致材料31层交替布置，使得最内层即最接近靶托22的层是密致材料31层。

另外，这里，为加强辐射防护，安装在靶托架20的端口21上的靶托22被附加防辐射构件33围绕，附加防辐射构件优选由密致材料制成。辐射防护室的壁于是具有富氢材料附加厚度层34，其定位在靶托的附加防辐射构件33与最内里的密致材料31层。

例如，富氢材料32是聚乙烯(PE)，可选地，其含有作为中子毒物的约5％至7％(原子)量的硼。在回旋加速器轰击靶以产生20μA的¹⁸F的情况下，数字模拟显示出如果聚乙烯含有约7％量(原子)的硼则衰减最佳。

密致材料31主要可使一次和二次高能光子衰减，例如有利的是钨。由于钨密度很高，因此其允许制造更轻便和更紧凑的辐射防护室。但是，因为钨是一种难以机加工的材料，所以可用其他材料例如铅来取代钨。铅密度低于钨，但用铅取代钨却会略微增大辐射防护室的直径，因而会略微增大其质量。

在一优选实施例中，附加防辐射构件33用钨(W)制成，其具有的厚度约为6cm。然后，辐射防护室30的壁具有：

-富氢材料附加厚度层34，其内半径(i)约为24cm，外半径(Re)约为30cm，即厚度约为6cm，用含5％硼的聚乙烯制成；

-最内里的密致材料31层，其内半径(Ri)约为30cm，外半径(Re)约为35.5cm，即厚度约为5.5cm，用钨(W)制成；

-下一富氢材料32层，其内半径(Ri)约为35.5cm，外半径(Re)约为64.5cm，即厚度约为29cm，用含5％硼的聚乙烯制成；

-下一密致材料31层，其内半径(Ri)约为64.5cm，外半径(Re)约为68.5cm，即厚度约为4cm，用铅(Pb)制成；以及

-最外面的富氢材料32层，其内半径(Ri)约为68.5cm，外半径(Re)约为88.5cm，即厚度约为20cm，用含5％硼的聚乙烯制成。

例如，如果这里所述的回旋加速器和靶托架每天使用达至一百六十分钟并且每月使用23天，那么可以制造约6.6吨的内半径为240mm的辐射防护室。这种辐射防护室30则可使30cm厚的普通混凝土壁外的放射剂量率降低至不到80微西弗特(μSv)/月，这是EURATOM规程对于公共区域所设定的极限。

靶托架20面对辐照射束11定位在辐射防护室30中。

靶托架具有多个端口21，每个端口都构造成接纳一个靶托22，需要时靶托装纳待辐照靶，所述多个端口21相对于辐照射束11偏离其轴线。

这里，为简化附图，靶托架20具有：两个端口21，每个端口都具有一个靶托22，所述两个端口相对于辐照射束11偏离其轴线；和一个附加端口21'，其定位在射束的轴线上。

如图1所示，根据所述端口21的位置，这允许使当插入安装在相关端口21上的靶托中的靶被辐照射束11辐照时所产生的直接泄漏路线12相当程度上得到减少。

当不同类型的靶插入在端口21或者21'中时，优选将产生最强中子流的靶定位在与辐照射束11形成最大角度的端口21中。产生最少辐射和/或较少使用的靶例如装填靶可插入在端口21'中，所述端口21'在这种端口存在时位于射束的轴线上。

例如，从射束的轴线开始并且随着远离射束的轴线，一种可行的构造会是使装填靶定位在位于射束11的轴线上的端口21'中，然后定位¹¹C生产靶，然后定位¹⁸F生产靶。则这些靶按增序被归类为恒电流中子流生产靶。

要注意的是，如果端口21或者21'保持空着，即其中未插有任何靶，那么优选的是在这种端口中设置封塞，从而形成密封塞，以更好地确保系统的密封性。

端口21的数量、甚至端口21'的存在，都视与所考虑应用相关的需求而定。

在TEP类型的应用范围中，有利的是可具有至少两个靶托以便能使用至少两个不同的靶，靶托例如两个至十个靶托之间，以便可以例如使用多达十个不同的靶。因此，具有与所需靶托一样多的端口是有益的。

根据所考虑应用范围中现有的体积尺寸限制条件，这些端口例如按如图1和2a中所示的一个平面布置，或者如图2b所示进行三维即立体布置。

为了基于相同的辐照射束11寻定在端口21的任何靶托中定位的靶，系统1还具有辐照射束的偏转装置40，其构造成将辐照射束11向每个端口21定向，例如以便在运行中，质子轰击定位在安装于靶托架20的端口21之一上的靶托之一中的靶。

偏转装置40也定位在辐射防护室30中。要注意的是，偏转装置40也参与辐射防护。为此，偏转装置例如由密致材料组成，例如特别是铜和/或铁组成，这使其对于衰减光子有效。在四极子的范围中，例如涉及被铜线围绕的铁芯。

偏转装置40例如具有偏转器，偏转器例如具有由电磁铁形成的四极子，或者优选地具有偶极子。这种偏转器于是定位在辐照射束11的通道上，由其通过，如图1示意地所表示的。根据加速粒子的能量和类型，也可以使用其他的偏转装置40，例如用于更轻粒子(电子类型)和/或更低能量的静电偏转器。

因此，在如图2b中所示的三维布置的情况下，射束11则应二维地被偏置(而在图2a所示的布置范围中，需要仅一维偏置)，这可能意味着偏转装置40体积会较大，从而导致辐射防护室30的内部容积增大，因而辐射防护室30的内半径Ri较大，从而如图3所示增大辐射防护室30的质量M，因而可能造成附加复杂性。

但是，端口21的靶托与系统1安装部位的地面之间的距离，限制了辐射防护室30的可能最大的尺寸。因此，有利的是沿水平平面而不是竖直平面布置端口21。

另外，这可限制地板处的放射剂量率，从而允许更易于将系统1例如安装在建筑物楼层处。

在本实施例中，为使结构紧凑起见，粒子加速器10与靶托架20的分开距离例如略大于端口21与地面之间确立的距离。

为了确保辐照射束11良好聚焦和良好定位在偏转装置40和每个端口21的输入窗口处，这里，系统1具有辐照射束位置调节装置51和辐照射束聚焦调节装置52。

偏转装置40与位置调节装置的不同之处尤其在于:偏转装置40允许以至少5°的角度偏转辐照射束，而位置调节装置仅允许调整射束的撞击点位置或者焦点位置，即只能调整仅十分之几度，通常不到0.5°。

在本实施例中，位置调节装置和聚焦调节装置安装在偏转装置40的上游，当然，“上游”这里是指辐照射束从加速器向靶托架的发射方向。另外，这里，位置调节装置和聚焦调节装置这两者均定位在辐射防护室30之外；但是，它们也可至少部分地定位在辐射防护室内，甚至至少部分地定位在壁中。

位置调节装置51和聚焦调节装置52例如共同由一对电磁四极子形成。但是，如果射束偏转足够小，即通常约不到0.5°，那么就不必使用聚焦和/或位置调节装置。

为了方便使用这种装置并且增加使用这种装置的安全可靠性，偏转装置40例如是可遥控改变的，以寻定从可插入每个靶托22中的多个靶中选择的靶。同时，辐照射束的位置调节装置51和聚焦调节装置52也可受控以使对所考虑靶的辐照最佳化。

为此，系统1例如如同这里情况那样具有伺服模块60，伺服模块60例如具有控制模块61和操控单元62。

于是可操纵位置调节装置51和聚焦调节装置52，以使辐照射束11的焦点相对于所考虑端口21、甚至端口21'的输入窗口进行三维定位。

例如为射束位置指示器(BPI)类型的几何测量模块63，例如可在这里用于向控制模块61输送关于射束11在容纳待辐照靶的端口21甚至端口21'的输入窗口处的位置和尺寸的信息。

电流测量模块64例如也用于测量射束11在靶上产生的电流，将电流测量结果输送到控制模块61。

这些信息和测量结果允许调整位置调节装置51和聚焦调节装置52以及偏转装置40的参数，以使射束11与靶之间的相互作用最佳化。

为此，控制模块61集取模块63和测量模块64所提供的信息和测量结果，向操控单元62发送指令，操控单元62则使位置调节装置51和/或聚焦调节装置52和/或偏转装置40致动。

Claims (21)

1.一种靶辐照系统(1)，靶辐照系统至少具有：

-粒子加速器(10)，粒子加速器构造成沿一轴线至少发射一辐照射束(11)，

-靶托架(20)，靶托架在粒子加速器外面对辐照射束(11)定位，靶托架具有至少一个端口(21)，端口构造成接纳靶托(22)，靶托构造成接纳待辐照靶，以及

-辐射防护室(30)，辐射防护室围绕靶托架(20)，粒子加速器(10)定位在辐射防护室(30)之外，

其特征在于，靶托架(20)相对粒子加速器(10)是固定的；端口(21)相对辐照射束(11)的轴线偏离；靶辐照系统(1)具有偏转装置(40)，偏转装置定位在辐射防护室(30)中，偏转装置构造成使辐照射束(11)朝插有待辐照靶的靶托(22)的端口(21)的方向偏转；并且，辐射防护室(30)包括至少一密致材料(31)层和至少一含中子毒物的富氢材料(32)层交替布置的结构。

2.根据权利要求1所述的靶辐照系统，其特征在于，辐射防护室的位于辐射防护室内表面附近的辐射防护层是密致材料(31)层。

3.根据权利要求1或2所述的靶辐照系统，其特征在于，富氢材料(32)是含原子百分比约5％至7％的量的作为中子毒物的硼的聚乙烯。

4.根据权利要求1或2所述的靶辐照系统，其特征在于，密致材料是钨和/或铅。

5.根据权利要求2所述的靶辐照系统，其特征在于，辐射防护室(30)还具有附加防辐射构件(33)，附加防辐射构件在辐射防护室的壁内围绕安装在靶托架上的靶托。

6.根据权利要求5所述的靶辐照系统，其特征在于，附加防辐射构件(33)用密致材料制成。

7.根据权利要求5或6所述的靶辐照系统，其特征在于，辐射防护室的壁具有富氢材料附加厚度层(34)，富氢材料附加厚度层定位在靶托的附加防辐射构件(33)与最内里的密致材料(31)层之间。

8.根据权利要求7所述的靶辐照系统，其特征在于，附加防辐射构件(33)用钨制成，具有的厚度为约5cm至约15cm之间；并且，辐射防护室(30)的壁继而具有：

-富氢材料附加厚度层(34)，其厚度为约5cm至约15cm之间，用含5％硼的聚乙烯制成；

-最内里的密致材料(31)层，其厚度为约3cm至约8cm之间，用钨制成；

-下一富氢材料(32)层，其厚度为约25cm至约40cm之间，用含5％硼的聚乙烯制成；

-下一密致材料(31)层，其厚度为约2cm至约8cm之间，用铅制成；以及

-最外面的富氢材料(32)层，其厚度为约15cm至约30cm之间，用含5％硼的聚乙烯制成。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的靶辐照系统，其特征在于，偏转装置(40)构造成发射约为1-2特斯拉之间的磁场。

10.根据权利要求1至2中任一项所述的靶辐照系统，其特征在于，偏转装置(40)具有定位在辐照射束的路径上的至少一个电磁四极子。

11.根据权利要求1至2中任一项所述的靶辐照系统，其特征在于，偏转装置(40)由密致材料组成。

12.根据权利要求1至2中任一项所述的靶辐照系统，其特征在于，端口(21)布置在同一平面上。

13.根据权利要求12所述的靶辐照系统，其特征在于，端口(21)所布置的平面是水平平面。

14.根据权利要求1至2中任一项所述的靶辐照系统，其特征在于，端口(21)立体布置。

15.根据权利要求1至2中任一项所述的靶辐照系统，其特征在于，靶辐照系统具有辐照射束位置调节装置(51)和辐照射束聚焦调节装置(52)；并且，辐照射束位置调节装置(51)和辐照射束聚焦调节装置(52)定位在偏转装置(40)的上游。

16.根据权利要求15所述的靶辐照系统，其特征在于，偏转装置(40)不同于辐照射束位置调节装置(51)。

17.根据权利要求15所述的靶辐照系统，其特征在于，辐照射束位置调节装置(51)和辐照射束聚焦调节装置(52)定位在辐射防护室(30)之外。

18.根据权利要求15所述的靶辐照系统，其特征在于，辐照射束位置调节装置(51)和辐照射束聚焦调节装置(52)至少部分地定位在辐射防护室内，甚至至少部分地定位在辐射防护室的壁中。

19.根据权利要求15所述的靶辐照系统，其特征在于，辐照射束位置调节装置(51)和辐照射束聚焦调节装置(52)共同由一对电磁四极子形成。

20.根据权利要求15所述的靶辐照系统，其特征在于，靶辐照系统包括伺服模块(60)，伺服模块具有控制模块(61)和操控单元(62)，控制模块(61)构造成集取关于辐照射束(11)的位置和聚焦的信息和测量结果，向操控单元(62)发送指令，操控单元(62)构造成致动辐照射束位置调节装置(51)和/或辐照射束聚焦调节装置(52)和/或偏转装置(40)，以使辐照射束(11)与待辐照靶之间的相互作用最佳化。

21.一种靶托组件，靶托组件具有基准方向，靶托组件用于沿基准方向经受辐照射束，靶托组件具有：

-靶托架，用于面对所述基准方向定位，具有至少一个端口，端口构造成接纳靶托，靶托构造成接纳待辐照靶，以及

-辐射防护室，辐射防护室围绕靶托架，所述基准方向通过辐射防护室，

其特征在于，靶托架相对于所述基准方向是固定的；端口相对于基准方向偏离；并且，靶托组件具有偏转装置，偏转装置定位在辐射防护室中，偏转装置构造成使沿所述基准方向接收到的辐照射束朝插有待辐照靶的靶托的端口的方向偏转；并且，辐射防护室(30)包括至少一密致材料(31)层和至少一含中子毒物的富氢材料(32)层交替布置的结构。

Images