CN108926783A - 中子捕获治疗系统及用于粒子线产生装置的靶材 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中子捕获治疗系统及用于中子捕获治疗系统的靶材，能提升靶材的散热性能，减少起泡，增加靶材寿命。本发明的中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，中子产生装置包括加速器和靶材，加速器加速产生的带电粒子线与靶材作用产生中子线，靶材具有冷却进口、冷却出口及设置在冷却进口和冷却出口之间的冷却通道，冷却通道内设置有至少一个突出部，突出部具有冷却表面。

Description

中子捕获治疗系统及用于粒子线产生装置的靶材

技术领域

本发明一方面涉及一种辐射线照射系统，尤其涉及一种中子捕获治疗系统；本发明另一方面涉及一种用于辐射线照射系统的靶材，尤其涉及一种用于粒子线产生装置的靶材。

背景技术

随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。

为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。

在加速器硼中子捕获治疗中，加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与靶材发生核反应以产生中子，因此在产生中子的过程中靶材会受到非常高能量等级的加速质子束的照射，靶材的温度会大幅上升，同时靶材的金属部分容易起泡，从而影响靶材的使用寿命。

因此，有必要提出一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明一方面提供了一种中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置包括加速器和靶材，所述加速器加速产生的带电粒子线与所述靶材作用产生中子线，所述射束整形体包括反射体、缓速体、热中子吸收体、辐射屏蔽体和射束出口，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体包围所述缓速体并将偏离的中子导回至所述缓速体以提高超热中子射束强度，所述热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述辐射屏蔽体围绕所述射束出口设置在所述反射体后部用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量，所述靶材所述靶材具有冷却进口、冷却出口及设置在冷却进口和冷却出口之间的冷却通道，所述冷却通道内设置有至少一个突出部，所述突出部具有冷却表面。通过采用冷却通道内流通的冷却介质为靶材散热，提升了散热效果；通过在冷却通道内设置突出部，进一步增大了散热表面和/或形成涡流，有助于延长靶材的寿命。

本发明另一方面提供了一种用于粒子线产生装置的靶材，所述靶材包括作用层、基座层和散热层，所述作用层用于产生所述粒子线，所述基座层支撑所述作用层，所述散热层具有供冷却介质流通的冷却通道，所述冷却通道内设置有至少一个突出部，所述突出部具有冷却表面。通过采用冷却通道内流通的冷却介质为靶材散热，提升了散热效果；通过在冷却通道内设置突出部，进一步增大了散热表面和/或形成涡流，有助于延长靶材的寿命。

作为一种优选地，所述粒子线产生装置为中子线产生装置，所述作用层的材料为Li或其合金，所述作用层与入射质子束发生⁷Li(p,n)⁷Be核反应来产生中子；或所述作用层的材料为Be或其合金，所述作用层与入射质子束发生⁹Be(p,n)⁹B核反应来产生中子。

作为一种优选地，所述突出部从所述冷却通道的内壁沿与冷却介质流通方向垂直或倾斜的方向突出，所述突出部呈螺旋形或直线形从所述冷却通道的内壁沿冷却介质流通方向延伸，或为在冷却介质流通方向间隔分布的环或环的一部分。

作为一种优选地，所述突出部与所述冷却通道是一体的或所述突出部是单独成型的并安装在所述冷却通道内，所述冷却表面上设置子突出部，进一步增加散热表面。

进一步地，所述突出部在垂直于冷却介质流通方向的横截面形状是矩形、梯形或三角形；不同横截面形状或大小不同，在冷却介质流通方向呈脉冲状、锯齿状或波浪状。

作为一种优选地，在与冷却介质流通方向垂直的方向，所述突出部从冷却通道内壁延伸的最大距离小于在该延伸方向延伸到相对的内壁的距离的一半，突出部不影响冷却介质在该冷却通道内的自由流通，至少2个相邻的所述突出部的形状和/或突出长度不同。

作为一种优选地，所述突出部至少部分设置在与作用层或基座层接触的冷却通道内壁。

进一步地，所述冷却通道内设置至少一个第二壁将所述冷却通道分为至少2个相互独立的子通道，至少2个相邻子通道中冷却介质流通方向不同，增加散热效率。

作为一种优选地，所述散热层包括由多个管并排组成的管状件，所述管的内部至少部分形成所述冷却通道，所述冷却通道的内壁为圆柱面，所述突出部为从所述冷却通道的内壁沿与冷却介质流通方向垂直的方向突出并呈直线形沿冷却介质流通方向延伸的条形件，所述突出部为多个并沿所述冷却通道内壁周向平均分布。

本发明所述的靶材散热部分采用冷却通道内流通的冷却介质为靶材散热，提升了散热效果；通过在冷却通道内设置突出部，进一步增大了散热表面和/或形成涡流，有助于延长靶材的寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中的中子捕获治疗系统示意图；

图2为本发明实施例中的靶材的示意图；

图3为图2中的靶材的局部放大示意图；

图4为图2中的靶材的散热层从方向A看过去的示意图；

图5a为图2中的靶材的散热通道内壁的第一实施例的示意图；

图5b为图2中的靶材的散热通道内壁的第一实施例的沿轴线B-B的示意图；

图6a为图2中的靶材的散热通道内壁的第二实施例的示意图；

图6b为图2中的靶材的散热通道内壁的第二实施例的沿轴线C-C的示意图；

图7为图2中的靶材的散热通道内壁的第三实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1，本实施例中的中子捕获治疗系统优选为硼中子捕获治疗系统100，包括中子产生装置10、射束整形体20、准直器30和治疗台40。中子产生装置10包括加速器11和靶材T，加速器11对带电粒子(如质子、氘核等)进行加速，产生如质子线的带电粒子线P，带电粒子线P照射到靶材T并与靶材T作用产生中子线(中子束)N，靶材T优选为金属靶材。依据所需的中子产率与能量、可提供的加速带电粒子能量与电流大小、金属靶材的物化性等特性来挑选合适的核反应，常被讨论的核反应有⁷Li(p,n)⁷Be及⁹Be(p,n)⁹B，这两种反应皆为吸热反应。两种核反应的能量阀值分别为1.881MeV和2.055MeV，由于硼中子捕获治疗的理想中子源为keV能量等级的超热中子，理论上若使用能量仅稍高于阀值的质子轰击金属锂靶材，可产生相对低能的中子，不需太多的缓速处理便可用于临床，然而锂金属(Li)和铍金属(Be)两种靶材与阀值能量的质子作用截面不高，为产生足够大的中子通量，通常选用较高能量的质子来引发核反应。理想的靶材应具备高中子产率、产生的中子能量分布接近超热中子能区(将在下文详细描述)、无太多强穿辐射产生、安全便宜易于操作且耐高温等特性，但实际上并无法找到符合所有要求的核反应。本领域技术人员熟知的，靶材T也可以由Li、Be之外的金属材料制成，例如由Ta或W及其合金等形成。加速器11可以是直线加速器、回旋加速器、同步加速器、同步回旋加速器。

中子产生装置10产生的中子束N依次通过射束整形体20和准直器30照射向治疗台40上的患者200。射束整形体20能够调整中子产生装置10产生的中子束N的射束品质，准直器30用以汇聚中子束N，使中子束N在进行治疗的过程中具有较高的靶向性。射束整形体20进一步包括反射体21、缓速体22、热中子吸收体23、辐射屏蔽体24和射束出口25，中子产生装置10生成的中子由于能谱很广，除了超热中子满足治疗需要以外，需要尽可能的减少其他种类的中子及光子含量以避免对操作人员或患者造成伤害，因此从中子产生装置10出来的中子需要经过缓速体22将其中的快中子能量调整到超热中子能区，缓速体22由与快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料制成，本实施例中，缓速体22由D₂O、AlF₃、Fluental、CaF₂、Li₂CO₃、MgF₂和Al₂O₃中的至少一种制成；反射体21包围缓速体22，并将穿过缓速体22向四周扩散的中子反射回中子射束N以提高中子的利用率，由具有中子反射能力强的材料制成，本实施例中，反射体21由Pb或Ni中的至少一种制成；缓速体22后部有一个热中子吸收体23，由与热中子作用截面大的材料制成，本实施例中，热中子吸收体23由Li-6制成，热中子吸收体23用于吸收穿过缓速体22的热中子以减少中子束N中热中子的含量，避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量；辐射屏蔽体24围绕射束出口25设置在反射体后部，用于屏蔽从射束出口25以外部分渗漏的中子和光子，辐射屏蔽体24的材料包括光子屏蔽材料和中子屏蔽材料中的至少一种，本实施例中，辐射屏蔽体24的材料包括光子屏蔽材料铅(Pb)和中子屏蔽材料聚乙烯(PE)。可以理解，射束整形体20还可以有其他的构造，只要能够获得治疗所需超热中子束即可。准直器30设置在射束出口25后部，从准直器30出来的超热中子束向患者200照射，经浅层正常组织后被缓速为热中子到达肿瘤细胞M，可以理解，准直器30也可以取消或由其他结构代替，中子束从射束出口25出来直接向患者200照射。本实施例中，患者200和射束出口25之间还设置了辐射屏蔽装置50，屏蔽从射束出口25出来的射束对患者正常组织的辐射，可以理解，也可以不设置辐射屏蔽装置50。

患者200服用或注射含硼(B-10)药物后，含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞M中，然后利用含硼(B-10)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕获及核分裂反应产生⁴He和⁷Li两个重荷电粒子。两荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(Linear Energy Transfer,LET)、短射程特征，α短粒子的线性能量转移与射程分别为150keV/μm、8μm，而⁷Li重荷粒子则为175keV/μm、5μm，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。

下面结合图2、图3和图4对靶材T的结构做详细的说明。

靶材T设置在加速器11和射束整形体20之间，加速器11具有对带电粒子线P进行加速的加速管111，本实施例中，加速管111沿带电粒子线P方向伸入射束整形体20，并依次穿过反射体21和缓速体22，靶材T设置在缓速体22内并位于加速管111的端部，以得到较好的中子射束品质。

靶材T包括散热层12、基座层13和作用层14，作用层14与带电粒子线P作用产生中子线，基座层13支撑作用层14。本实施例中，作用层14的材料为Li或其合金，带电粒子线P为质子线，靶材T还包括位于作用层14一侧用于防止作用层氧化的抗氧化层15，基座层13能同时抑制由入射质子线引起的发泡，带电粒子线P沿入射方向依次穿过抗氧化层15、作用层14和基座层13。抗氧化层15的材料同时考虑不易被作用层腐蚀且能够减小入射质子束的损耗及质子束导致的发热，如包括Al、Ti及其合金或者不锈钢中的至少一种。本实施例中，抗氧化层15为同时能够与质子发生核反应的材料，起到上述作用的同时能进一步地增加中子产率，此时，抗氧化层同时为作用层的一部分，如采用Be或其合金，入射质子束的能量高于与Li和Be发生核反应的能量阀值，分别产生两种不同的核反应，⁷Li(p,n)⁷Be及⁹Be(p,n)⁹B；另外，Be具有高熔点及良好的导热特性，其熔点为1287℃，热传导率为201W/(m K)，相对于Li(熔点为181℃，热传导率为71W/(m K))的耐高温及散热性能具有极大优势，进一步增加了靶材的寿命，并且其与质子发生(p,n)核反应的反应阀值约为2.055MeV，多数采用质子射束的加速器中子源，其能量皆高于该反应阀值，而铍靶亦是锂靶以外的最佳选择。与采用其他材料，如Al，的抗氧化层相比，由于Be的存在，中子产率得到了提高。本实施例中，质子线能量为2.5MeV-5MeV，能够与锂靶产生较高的作用截面，同时不会产生过多的快中子，获得较好的射束品质；作用层14的厚度为80μm-240μm，与质子能发生充分的反应，也不会过厚造成能量沉积，影响靶材散热性能；在达到上述效果的同时保证较低的制造成本，抗氧化层15的厚度为5μm-25μm。在对比试验中，采用蒙地卡罗软件分别仿真2.5MeV、3MeV、3.5MeV、4MeV、4.5MeV、5MeV的质子束由垂直于靶材T的作用表面的方向依次射入抗氧化层15、作用层14(Li)及基座层13(Ta，将在后文详述)，抗氧化层15的材料以Al与Be进行对比，抗氧化层15厚度分别为5μm、10μm、15μm、20μm、25μm，作用层14厚度分别为80μm、120μm、160μm、200μm、240μm，基座层12厚度对中子产率几乎没有影响可视实际情况调整，得到的中子产率(即每个质子产生的中子个数)结果如表1、表2所示。使用Be作为锂靶抗氧化层相对于Al的中子产率提升比例计算结果如表3所示，由结果知，使用Be作为抗氧化层材料时，中子产率相对于Al有明显提升，可以获得的中子产率为7.31E-05n/proton-5.61E-04n/proton。

表1、使用Al作为锂靶抗氧化层的中子产率(n/proton).E为入射质子线能量

表2、使用Be作为锂靶抗氧化层的中子产率(n/proton).E为入射质子线能量

表3、使用Be作为锂靶抗氧化层相对于Al的中子产率提升比例.E为入射质子线能量

散热层12由导热材料(如Cu、Fe、Al等导热性能好的材料)或既能导热又能抑制发泡的材料制成；基座层13由抑制发泡的材料制成；抑制发泡的材料或既能导热又能抑制发泡的材料包括Fe、Ta或V中的至少一种。散热层可以有多种构造，如为平板状，本实施例中，散热层12包括管状件121及支撑件122，管状件121和支撑件122的材料都为Cu，具有较好的散热性能且成本较低，管状件121由多个管并排组成并通过支撑件122进行定位安装，支撑件122通过螺栓或螺钉等连接件固定到缓速体22内或加速管111端部，可以理解，还可以采用其他可拆卸的连接，便于更换靶材。管的构造增大了散热面积，提升了散热效果，有助于延长靶材的寿命。散热层12还具有供冷却介质流通的冷却通道P，本实施例中，冷却介质为水，组成管状件121的管内部至少部分形成冷却通道P，冷却介质流经管的内部带走其热量，管内部作为冷却通道，进一步增强了散热效果，延长靶材寿命。管的形状、个数及大小根据实际靶的尺寸决定，图中仅示意性地画出了4个圆管，可以理解，其也可以为方管、多边形管、椭圆管等及其组合；相邻的管可以是紧挨的使其外表面相互接触，也可以是间隔开的；管的内孔横截面形状也可以是多样的，如圆形、多边形、椭圆形等，不同的横截面还可以具有不同的形状。由于管状件在实际制造中每个管的直径较小，且内部有冷却通道，常规的生产工艺难度较大，本实施例中采用增材制造来获得管状件，方便微小结构和复杂结构的成型。首先对管状件进行三维建模，将管状件的三维模型数据输入到计算机系统中，并分层成二维切片数据，通过计算机控制的增材制造系统将原材料(如铜粉)进行逐层制造，叠加后最终获得三维产品。

基座层13采用Ta制成时，具有一定的散热效果同时能够减少起泡，抑制质子与Li发生非弹性散射而释放γ，及阻止多余的质子通过靶材；本实施例中，基座层13的材料为Ta-W合金，在保持上述Ta的优良性能的同时能明显地改善纯钽强度低、热传导性差的劣势，使得作用层14发生核反应产生的热量能由基座层及时传导出去，此时，散热层也可以至少部分与基座层采用相同的材料或一体构造。Ta-W合金中W的重量百分比为2.5％-20％，以保证基座层抑制发泡的特性，同时基座层具有更高的强度和热传导性，进一步延长靶材使用寿命。采用粉末冶金、锻造、压制等将Ta-W合金(如Ta-2.5wt％W、Ta-5.0wt％W、Ta-7.5wt％W、Ta-10wt％W、Ta-12wt％W、Ta-20wt％W等)制成板状的基座层13，在质子线能量为1.881MeV-10MeV，基座层的厚度至少为50μm，以充分吸收多余的质子。

本实施例中，靶材T的制造工艺如下：

S1：将液态的锂金属浇注到基座层13上形成作用层14，也可以采用蒸镀或溅射等处理，锂和钽之间还可以设置极薄的附着层16，附着层16的材料包括Cu、Al、Mg或Zn中的至少一种，同样可采用蒸镀或溅射等处理，提高基座层与作用层的附着性；

S2：将基座层13与散热层12的管状件121进行HIP(Hot Isostatic Pressing：热等静压)处理；

S3：抗氧化层15同时进行HIP处理或通过其他工艺将基座层13封闭形成一个容腔和/或将作用层14包围；

S4：支撑件122与管状件121通过焊接、压装等方式进行连接。

上述步骤S1、S2、S3和S4不分先后，如可以先将抗氧化层15与基座层13进行HIP处理或通过其他工艺将基座层13封闭形成一个容腔，再将液态的锂金属浇注到该容腔内形成作用层14。可以理解，支撑件122也可以省略，将多个管通过焊接或其他方式依次连接固定为一体即可。每个管上的基座层13、作用层14、抗氧化层15分别成型，再将管状件与支撑件122定位连接，连接后各个管上形成的基座层13、作用层14、抗氧化层15的整体可能是不连续的，则需要在相邻的管之间形成连接部17，连接部17也由基座层13、作用层14和抗氧化层15组成，整个靶材被分为多个单独的作用部分，进一步降低了金属抗氧化层的起泡现象，此时，S4中支撑件122与管状件121的连接也可采用可拆卸的方式，则靶材T可以进行部分更换，延长靶材使用寿命，降低患者治疗成本；可以理解，各个管上的基座层13、作用层14、抗氧化层15也可以整体成型再连接到管状件，这样连接后靶材T的作用层整体是连续的，对于带电粒子线P与靶材T发生作用是有利的，此时支撑件122与管状件121还可以是一体通过增材制造获得的，降低加工、装配难度。基座层13、作用层14、抗氧化层15形成的整体在垂直于管中心线的剖面的形状也可以是多样的，如与管状件连接基座层13、作用层14、抗氧化层15一侧的外表面轮廓一致，本实施例中为圆弧形，增大了靶材T与带电粒子线P作用的面积及散热层12与基座层13接触并传导热量的面积；每个管上的作用层14至少覆盖管外周的1/4，即作用层在圆周方向与管中心线的夹角α至少为45度。

本实施例中，支撑件122包括第一支撑部1221和第二支撑部1222，对称设置在管状件121的两端，分别具有冷却进口IN和冷却出口OUT，冷却通道P连通冷却进口IN和冷却出口OUT。冷却通道P包括第一支撑部上的第一冷却通道P1、第二支撑部上的第二冷却通道P2和组成管状件121的管内部形成的第三冷却通道P3。冷却介质从第一支撑部1221上的冷却进口IN进入，通过第一冷却通道P1同时进入组成管状件121的各个管内部，然后通过第二支撑部上的第二冷却通道P2从冷却出口OUT出来。靶材T受到高能量等级的加速质子束照射温度升高发热，所述基座层和散热层将热量导出，并通过流通在管状件和支撑件内的冷却介质将热量带出，从而对靶材T进行冷却。

可以理解，第一冷却通道P1和第二冷却通道P2还可以采用其他的设置，如使得从第一支撑部1221上的冷却进口IN进入的冷却介质依次通过组成管状件121的各个管内部，最后从第二支撑部上的冷却出口OUT出来；冷却介质也可以不经过支撑件，而是直接进出管状件，此时，冷却进口IN和冷却出口OUT可以设置在管状件121上，各个管依次相连组成冷却通道P，冷却介质依次流经各个管的内部。

支撑件122还可以包括连接第一、第二支撑部1221、1222的第三支撑部1223，第三支撑部1223与管状件121连接作用层14的一侧相对的另一侧接触，第三支撑部1223也可以具有组成冷却通道P的第四冷却通道，此时，冷却介质可以仅通过支撑件122而不经过管状件121的各个管内部，各个管内部与支撑件122内的冷却通道均不连通，支撑件122内的冷却通道可以有多种排布方式，如螺旋形，以尽量多的经过与管接触的区域；冷却介质还可以既经过管内部又经过支撑件的第三支撑部或者既经过管内部又经过支撑件的第一、第二和第三支撑部。

本实施例中，加速管111与反射体21和缓速体22之间设置第一、第二冷却管D1、D2，第一、第二冷却管D1、D2的一端分别与靶材T的冷却进口IN和冷却出口OUT连接，另一端连接到外部冷却源。可以理解，第一、第二冷却管还可以以其他方式设置在射束整形体内，当靶材置于射束整形体之外时，还可以取消。

继续参阅图5-图7，冷却通道P内可以设置1个或多个具有冷却表面S的突出部123，以增大散热表面和/或形成涡流，增强散热效果，冷却表面S为冷却介质在冷却通道P内流通时能够与突出部123接触的表面，突出部123从冷却通道P的内壁W沿与冷却介质流通方向D垂直或倾斜的方向突出，可以理解，突出部123也可以其他形式从冷却通道P的内壁W突出。在与冷却介质流通方向D垂直的方向，突出部123从冷却通道P内壁W延伸的最大距离L1小于在该延伸方向延伸到相对的内壁W的距离L2的一半，突出部123并不能影响冷却介质在该冷却通道P内的自由流通，也就是说突出部起不到将一个冷却通道划分成几个基本独立(冷却介质互不影响)的冷却通道的作用。

在图5a和5b所示的冷却通道的第一实施例中，突出部123从冷却通道P的内壁W沿与冷却介质流通方向D垂直的方向突出，冷却通道P的内壁W为圆柱面，突出部123为呈直线形沿冷却介质流通方向D延伸的条形件，可以理解，冷却通道P的内壁W可以为其他形状，突出部123还可以呈螺旋形或其他形状从冷却通道P的内壁W沿冷却介质流通方向延伸。图中突出部为10个且沿内壁W周向平均分布，可以理解，突出部也可以为其他个数或仅设置在与作用层或基座层接触的冷却通道内壁W，至少2个相邻突出部的形状和/或突出长度也可以不同。突出部123在垂直于冷却介质流通方向D的横截面形状可以是矩形、梯形、三角形等；不同横截面形状或大小也可以不同，如在冷却介质流通方向呈脉冲状、锯齿状或波浪状。突出部123的冷却表面S上设置子突出部1231，本实施例中，子突出部1231在垂直于冷却介质流通方向D的横截面形状为锯齿状，并沿冷却介质流通方向D延伸，可以理解，子突出部也可以具有各种不同的构造，只要能增加散热表面即可；本实施例中，子突出部1231仅示意性地设置在突出部123的其中一个冷却表面上，可以理解，子突出部1231还可以设置在突出部123的任意其他冷却表面上。

图6a和6b所示为冷却通道的第二实施例，下面仅描述其与第一实施例不同的地方，突出部123为在冷却介质流通方向间隔分布的环，可以理解，也可以为环的至少一部分。图中环的个数和冷却通道的长度仅为示意，可根据实际情况进行调整。本实施例中，环的端面为垂直于冷却介质流通方向D的平面，可以理解，其也可以为与冷却介质流通方向D倾斜的平面或为锥形面或曲面等。

参阅图7，冷却通道的第三实施例中，冷却通道P内设置至少一个第二壁124将冷却通道P分为至少2个相互独立的子通道P'和P”，至少2个相邻子通道中冷却介质流通方向不同，增加散热效率。本实施例中，第二壁124在第一实施例的基础上为圆筒状并穿过各突出部123，圆筒状的第二壁124内部形成子通道P'，同时在每2个相邻的突出部123和第二壁124之间形成1个子通道P”，从而围绕子通道P'形成10个子通道P”，子通道P'和至少一个子通道P”中的冷却介质流通方向不同，至少2个相邻的子通道P”中的冷却介质流通方向也可以不同。可以理解，第二壁根据突出部的不同设置还可以有其他的设置方式。冷却通道内的突出部及其上的子突出部进一步增加了制造难度，因此，突出部和/或第二壁可以采用单独成型然后插入管内进行定位，或与管一体通过增材制造获得。

可以理解，还可以将散热层12同时作为基座层13，此时，散热层12至少部分由既能导热又能抑制发泡的材料制成，如采用Ta或Ta-W合金制成的管状件121和Cu制成的支撑件122，作用层14通过蒸镀或溅射等工艺与Ta或Ta-W合金管连接，Ta或Ta-W合金管同时作为基座层12和散热层13。本实施例中，靶材T整体呈矩形板状；可以理解，靶材T还可以为圆板状，第一支撑部和第二支撑部组成整个圆周或圆周的一部分，此时管的长度可以不同；靶材T也可以为其他固体形状；靶材T还可以相对加速器或射束整形体是可运动的，以方便换靶或使粒子线与靶材均匀作用。作用层14也可以使用液状物(液体金属)。

可以理解，本发明的靶还可以应用于其他医疗和非医疗领域的中子产生装置，只要其中子的产生是基于粒子线与靶材的核反应，则靶材的材料也基于不同的核反应有所区别；还可以应用于其他粒子线产生装置。

本发明中的“管状件”指的是多个单独的管排列并通过连接件或连接工艺进行连接组成的整体，由一个或多个板状件形成或组合形成中空部得到的带中空部的物体不能理解为本发明的管状件。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，都在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，所述中子产生装置包括加速器和靶材，所述加速器加速产生的带电粒子线与所述靶材作用产生中子线，所述射束整形体包括反射体、缓速体、热中子吸收体、辐射屏蔽体和射束出口，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述反射体包围所述缓速体并将偏离的中子导回至所述缓速体以提高超热中子射束强度，所述热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述辐射屏蔽体围绕所述射束出口设置在所述反射体后部用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量，其特征在于，所述靶材具有冷却进口、冷却出口及设置在冷却进口和冷却出口之间的冷却通道，所述冷却通道内设置有至少一个突出部，所述突出部具有冷却表面。

2.一种用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，所述靶材包括作用层、基座层和散热层，所述作用层用于产生所述粒子线，所述基座层支撑所述作用层，所述散热层具有供冷却介质流通的冷却通道，所述冷却通道内设置有至少一个突出部，所述突出部具有冷却表面。

3.根据权利要求2所述的用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，所述粒子线产生装置为中子线产生装置，所述作用层的材料为Li或其合金，所述作用层与入射质子束发生⁷Li(p,n)⁷Be核反应来产生中子；或所述作用层的材料为Be或其合金，所述作用层与入射质子束发生⁹Be(p,n)⁹B核反应来产生中子。

4.根据权利要求2所述的用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，所述突出部从所述冷却通道的内壁沿与冷却介质流通方向垂直或倾斜的方向突出，所述突出部呈螺旋形或直线形从所述冷却通道的内壁沿冷却介质流通方向延伸，或为在冷却介质流通方向间隔分布的环或环的一部分。

5.根据权利要求2所述的用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，所述突出部与所述冷却通道是一体的或所述突出部是单独成型的并安装在所述冷却通道内，所述冷却表面上设置子突出部。

6.根据权利要求4所述的用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，所述突出部在垂直于冷却介质流通方向的横截面形状是矩形、梯形或三角形；不同横截面形状或大小不同，在冷却介质流通方向呈脉冲状、锯齿状或波浪状。

7.根据权利要求4所述的用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，在与冷却介质流通方向垂直的方向，所述突出部从冷却通道内壁延伸的最大距离小于在该延伸方向延伸到相对的内壁的距离的一半，至少2个相邻的所述突出部的形状和/或突出长度不同。

8.根据权利要求4所述的用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，所述突出部至少部分设置在与作用层或基座层接触的冷却通道内壁。

9.根据权利要求2所述的用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，所述冷却通道内设置至少一个第二壁将所述冷却通道分为至少2个相互独立的子通道，至少2个相邻子通道中冷却介质流通方向不同。

10.根据权利要求2所述的用于粒子线产生装置的靶材，其特征在于，所述散热层包括由多个管并排组成的管状件，所述管的内部至少部分形成所述冷却通道，所述冷却通道的内壁为圆柱面，所述突出部为从所述冷却通道的内壁沿与冷却介质流通方向垂直的方向突出并呈直线形沿冷却介质流通方向延伸的条形件，所述突出部为多个并沿所述冷却通道内壁周向平均分布。