CN107799195A - 水平中子束照射方法、微型堆中子治疗装置及医疗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平中子束照射方法、微型堆中子治疗装置及医疗系统，涉及医疗器械技术领域，以解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。本发明所述的微型堆中子治疗装置，包括：用于产生高超热中子通量的中子束流微型堆，其包括：反应堆中心区，以及由内至外依次包围设置在其四周的侧铍反射层和燃料板；反应堆中心区由按三角形栅格或等距同心圆周排列的燃料棒组成，燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；侧铍反射层的侧铍环的外侧具有多个均匀减薄的平面，均匀减薄的平面外侧布置含有低浓铀的燃料板，且二者之间设有水隙。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种水平中子束照射方法、微型堆中子治疗装置及医疗系统。
背景技术
现有的中子放射治疗系统是采用质子加速器照射靶件产生中子作为中子源或者采用核反应堆作为中子源。从中子源射出的中心对准患者病灶位置进行放射治疗。这种系统的缺陷为：加速器通常为线性加速器，占地面积过大，且加速器只有一个出口，只能对应于一个检查室或治疗室。
为解决上述缺陷，现有技术中，有采用微型核反应堆作为中子源，其具有两个辐照孔道，可以辐照治疗人体表面和浅层的肿瘤，但是超热中子的中子通量较低，无法治疗位于深层的肿瘤；还有在位于堆芯底部的具有较高通量的超热中子束，其具有三个照射孔道，在堆芯底部的照射孔道具有较高的超热中子通量，能够治疗深度到7cm的肿瘤，然而超热中子通量的提高已经达到了极限，无法进一步提高，且采用此种布置，一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道。
因此，如何提供一种能够提高水平中子束照射通量的微型堆中子治疗装置、微型堆医疗系统、以及提高水平中子束照射通量的方法，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种微型堆中子治疗装置、微型堆医疗系统，以解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。
本发明提供一种微型堆中子治疗装置，包括：中子束流微型堆，所述中子束流微型堆用于产生高超热中子通量；所述中子束流微型堆包括：反应堆中心区，以及由内至外依次包围设置在所述反应堆中心区四周的侧铍反射层和燃料板；所述反应堆中心区由按三角形栅格或等距同心圆周排列的燃料棒组成，所述燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；所述侧铍反射层的侧铍环的外侧具有多个均匀减薄的平面，所述均匀减薄的平面外侧布置含有低浓铀的所述燃料板，且所述均匀减薄的平面与所述燃料板之间设有水隙。
实际应用时，所述低浓铀的富集度小于20％。
其中，所述燃料板的芯体包括铀铝合金。
可替换地，所述燃料板的芯体包括二氧化铀陶瓷。
具体地，所述燃料板的包壳包括铀锆合金。
可替换地，所述燃料板的包壳包括铝合金。
进一步地，所述燃料板包括有四个，且四个所述燃料板沿所述反应堆中心区的圆周方向均匀分布。
更进一步地，所述微型堆中子治疗装置还包括：铝筒体，所述反应堆中心区、所述侧铍反射层、以及所述燃料板均设置在所述铝筒体的内部。
相对于现有技术，本发明所述的微型堆中子治疗装置具有以下优势：
本发明提供的微型堆中子治疗装置中，包括：中子束流微型堆，该中子束流微型堆用于产生高超热中子通量；其中，中子束流微型堆包括：反应堆中心区，以及由内至外依次包围设置在反应堆中心区四周的侧铍反射层和燃料板；具体地，反应堆中心区由按三角形栅格或等距同心圆周排列的燃料棒组成，燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；进一步地，侧铍反射层的侧铍环的外侧具有多个均匀减薄的平面，均匀减薄的平面外侧布置含有低浓铀的燃料板，且均匀减薄的平面与燃料板之间设有水隙。由此分析可知，本发明提供的微型堆中子治疗装置中，由于堆芯的反中子阱布置，堆芯外围的燃料板产生比堆芯高的中子通量，也即充分利用了反中子阱来产生用于辐照治疗用的高超热中子通量的中子束流，从而在不提高堆芯功率的条件下，能够有效提高辐照孔道内的超热中子通量，进而有效解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。
本发明还提供一种微型堆医疗系统，包括：如上述任一项所述的微型堆中子治疗装置。
所述微型堆医疗系统与上述微型堆中子治疗装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的另一个目的在于提供一种提高水平中子束照射通量的方法，以解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。
本发明提供一种水平中子束照射方法，包括如下步骤：将侧铍反射层的侧铍环的外侧减薄成平面；在所述减薄的平面外侧布置燃料板。
相对于现有技术，本发明所述的水平中子束照射方法具有以下优势：
本发明提供的水平中子束照射方法中，包括如下步骤：将侧铍反射层的侧铍环的外侧减薄成平面；在减薄的平面外侧布置燃料板。由此分析可知，本发明提供的水平中子束照射方法中，由于堆芯的反中子阱布置，堆芯外围的燃料板产生比堆芯高的中子通量，也即充分利用了反中子阱来产生用于辐照治疗用的高超热中子通量的中子束流，从而在不提高堆芯功率的条件下，能够有效提高辐照孔道内的超热中子通量，进而有效解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种微型堆中子治疗装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种微型堆中子治疗装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种水平中子束照射方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的再一种微型堆中子治疗装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种微型堆中子治疗装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种水平中子束照射方法的流程示意图。
图中：1－反应堆中心区；2－侧铍反射层；3－燃料板；21－均匀减薄的平面；4－水隙；5－铝筒体；30－燃料板区。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1为本发明实施例提供的一种微型堆中子治疗装置的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供一种微型堆中子治疗装置，包括：中子束流微型堆，中子束流微型堆用于产生高超热中子通量；中子束流微型堆包括：反应堆中心区1，以及由内至外依次包围设置在反应堆中心区1四周的侧铍反射层2和燃料板3；反应堆中心区1由按三角形栅格或等距同心圆周排列的燃料棒组成，燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；侧铍反射层2的侧铍环的外侧具有多个均匀减薄的平面21，均匀减薄的平面21外侧布置含有低浓铀的燃料板3，且均匀减薄的平面21与燃料板3之间设有水隙4。
相对于现有技术，本发明实施例所述的微型堆中子治疗装置具有以下优势：
本发明实施例提供的微型堆中子治疗装置中，如图1所示，包括：中子束流微型堆，该中子束流微型堆用于产生高超热中子通量；其中，中子束流微型堆包括：反应堆中心区1，以及由内至外依次包围设置在反应堆中心区1四周的侧铍反射层2和燃料板3；具体地，反应堆中心区1由按三角形栅格或等距同心圆周排列的燃料棒组成，燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；进一步地，侧铍反射层2的侧铍环的外侧具有多个均匀减薄的平面21，均匀减薄的平面21外侧布置含有低浓铀的燃料板3，且均匀减薄的平面21与燃料板3之间设有水隙4。由此分析可知，本发明实施例提供的微型堆中子治疗装置中，由于堆芯的反中子阱布置，堆芯外围的燃料板产生比堆芯高的中子通量，也即充分利用了反中子阱来产生用于辐照治疗用的高超热中子通量的中子束流，从而在不提高堆芯功率的条件下，能够有效提高辐照孔道内的超热中子通量，进而有效解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。
实际应用时，上述低浓铀的富集度小于20％。也即燃料棒由锆包壳和含有富集度小于20％的低浓铀的二氧化铀芯体构成；并且，均匀减薄的平面21外侧布置含有富集度小于20％的低浓铀的燃料板3。
其中，上述燃料板3的芯体可以包括铀铝合金；或，燃料板3的芯体可以包括二氧化铀陶瓷。
具体地，上述燃料板3的包壳可以包括铀锆合金；或，燃料板3的包壳可以包括铝合金。
进一步地，为了合理分布，如图1所示，上述燃料板3可以包括有四个，且四个燃料板3沿反应堆中心区1的圆周方向均匀分布。
图2为本发明实施例提供的另一种微型堆中子治疗装置的结构示意图。
更进一步地，如图2所示，本发明实施例提供的微型堆中子治疗装置还可以包括：铝筒体5，反应堆中心区1、侧铍反射层2、以及燃料板3均设置在该铝筒体5的内部。
本发明实施例还提供一种微型堆医疗系统，包括：如上述任一项所述的微型堆中子治疗装置。
图3为本发明实施例提供的一种水平中子束照射方法的流程示意图。
本发明实施例再提供一种水平中子束照射方法，如图1结合图3所示，包括如下步骤：步骤S1、将侧铍反射层2的侧铍环的外侧减薄成平面；步骤S2、在减薄的平面外侧布置燃料板3。
相对于现有技术，本发明实施例所述的水平中子束照射方法具有以下优势：
如图1结合图3所示，本发明实施例提供的水平中子束照射方法中，包括如下步骤：步骤S1、将侧铍反射层2的侧铍环的外侧减薄成平面；步骤S2、在减薄的平面外侧布置燃料板3。由此分析可知，本发明实施例提供的水平中子束照射方法中，由于堆芯的反中子阱布置，堆芯外围的燃料板产生比堆芯高的中子通量，也即充分利用了反中子阱来产生用于辐照治疗用的高超热中子通量的中子束流，从而在不提高堆芯功率的条件下，能够有效提高辐照孔道内的超热中子通量，进而有效解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。
图4为本发明实施例提供的再一种微型堆中子治疗装置的结构示意图。
如图4所示，本发明实施例再提供一种微型堆中子治疗装置，包括：中子束流微型堆，中子束流微型堆用于产生高超热中子通量；中子束流微型堆包括：反应堆中心区1，以及包围设置在反应堆中心区1四周的燃料板区30；反应堆中心区1由按三角形栅格或等距同心圆周排列的燃料棒组成，燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；燃料板区30由按正多边形布置的多个含有低浓铀的燃料板3构成，并形成密闭或开放的环形结构。
相对于现有技术，本发明实施例所述的微型堆中子治疗装置具有以下优势：
本发明实施例提供的微型堆中子治疗装置中，如图4所示，包括：中子束流微型堆，该中子束流微型堆用于产生高超热中子通量；其中，中子束流微型堆包括：反应堆中心区1，以及包围设置在反应堆中心区1四周的燃料板区30；具体地，反应堆中心区1由按三角形栅格或等距同心圆周排列的燃料棒组成，燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；进一步地，燃料板区30由按正多边形布置的多个含有低浓铀的燃料板3构成，并形成密闭或开放的环形结构。由此分析可知，本发明实施例提供的微型堆中子治疗装置中，由于堆芯的反中子阱布置，堆芯外围的燃料板产生比堆芯高的中子通量，也即充分利用了反中子阱来产生用于辐照治疗用的高超热中子通量的中子束流，从而在不提高堆芯功率的条件下，能够有效提高辐照孔道内的超热中子通量，进而有效解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。
实际应用时，上述低浓铀的富集度小于20％。也即燃料棒由锆包壳和含有富集度小于20％的低浓铀的二氧化铀芯体构成；并且，燃料板区30由多个含有富集度小于20％的低浓铀的燃料板3构成。
其中，上述燃料板3的芯体可以包括铀铝合金；或，燃料板3的芯体可以包括二氧化铀陶瓷。
具体地，上述燃料板3的包壳可以包括铀锆合金；或，燃料板3的包壳可以包括铝合金。
进一步地，为了合理分布，如图4所示，上述燃料板区30的多个燃料板3可以包括有八个，且八个燃料板3沿反应堆中心区1的圆周方向成闭环设置。
图5为本发明实施例提供的又一种微型堆中子治疗装置的结构示意图。
更进一步地，如图5所示，本发明实施例提供的微型堆中子治疗装置还可以包括：铝筒体5，反应堆中心区1和燃料板区30均设置在该铝筒体5的内部。
本发明实施例还提供一种微型堆医疗系统，包括：如上述任一项所述的微型堆中子治疗装置。
图6为本发明实施例提供的另一种水平中子束照射方法的流程示意图。
本发明实施例再提供一种水平中子束照射方法，如图4结合图6所示，包括如下步骤：步骤S10、取消侧铍环，并在反应堆中心区1的外部以正多边形环绕布置多个燃料板3。
相对于现有技术，本发明实施例所述的水平中子束照射方法具有以下优势：
如图4结合图6所示，本发明实施例提供的水平中子束照射方法中，包括如下步骤：步骤S10、取消侧铍环，并在反应堆中心区1的外部以正多边形环绕布置多个燃料板3。由此分析可知，本发明实施例提供的水平中子束照射方法中，由于堆芯的反中子阱布置，堆芯外围的燃料板产生比堆芯高的中子通量，也即充分利用了反中子阱来产生用于辐照治疗用的高超热中子通量的中子束流，从而在不提高堆芯功率的条件下，能够有效提高辐照孔道内的超热中子通量，进而有效解决现有的用于医院中子照射器的微型核反应堆无法治疗位于深层的肿瘤，或一座微型核反应堆仅有一个用于照射治疗深层肿瘤的孔道的技术问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微型堆中子治疗装置，其特征在于，包括：中子束流微型堆，所述中子束流微型堆用于产生高超热中子通量；所述中子束流微型堆包括：反应堆中心区，以及由内至外依次包围设置在所述反应堆中心区四周的侧铍反射层和燃料板；
所述反应堆中心区由按三角形栅格或等距同心圆周排列的燃料棒组成，所述燃料棒由锆包壳和含有低浓铀的二氧化铀芯体构成；
所述侧铍反射层的侧铍环的外侧具有多个均匀减薄的平面，所述均匀减薄的平面外侧布置含有低浓铀的所述燃料板，且所述均匀减薄的平面与所述燃料板之间设有水隙。
2.根据权利要求1所述的微型堆中子治疗装置，其特征在于，所述低浓铀的富集度小于20％。
3.根据权利要求1或2所述的微型堆中子治疗装置，其特征在于，所述燃料板的芯体包括铀铝合金。
4.根据权利要求1或2所述的微型堆中子治疗装置，其特征在于，所述燃料板的芯体包括二氧化铀陶瓷。
5.根据权利要求1或2所述的微型堆中子治疗装置，其特征在于，所述燃料板的包壳包括铀锆合金。
6.根据权利要求1或2所述的微型堆中子治疗装置，其特征在于，所述燃料板的包壳包括铝合金。
7.根据权利要求1所述的微型堆中子治疗装置，其特征在于，所述燃料板包括有四个，且四个所述燃料板沿所述反应堆中心区的圆周方向均匀分布。
8.根据权利要求1或7所述的微型堆中子治疗装置，其特征在于，还包括：铝筒体，所述反应堆中心区、所述侧铍反射层、以及所述燃料板均设置在所述铝筒体的内部。
9.一种微型堆医疗系统，其特征在于，包括：如上述权利要求1－8中任一项所述的微型堆中子治疗装置。
10.一种水平中子束照射方法，其特征在于，包括如下步骤：
将侧铍反射层的侧铍环的外侧减薄成平面；
在所述减薄的平面外侧布置燃料板。
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