CN109173082A - 一种中子整形装置的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中子整形装置设计方法，包括选择入射中子束参数；选择中子整形装置模型，所述中子整形装置模型的部件包括：束流通道、反射体、慢化体、热中子过滤层、准直体、射束出口；将所选择的入射中子束参数输入中子整形装置模型，得到射出中子束参数；根据射出中子束参数，调节各部件的参数，确定中子整形装置方案，所述调节各部件的参数中先调节并确定慢化体的参数，再调节并确定准直体的参数。能够快速的、有效的设计出可靠的中子整形装置，并且能够应用于硼中子俘获治疗。

Description

一种中子整形装置的设计方法

技术领域

本发明涉及中子俘获治疗领域，特别是涉及一种中子整形装置的设计方法。

背景技术

随着现代化医疗技术的快速发展，硼中子俘获治疗在临床医学得到了广泛应用。

BNCT(Boron Neutron Capture Therapy，硼中子俘获治疗)是一种具有“固有”安全性的生物靶向放射治疗模式，通过将具有亲肿瘤组织的无毒的含硼药物注入人体血液，待硼药物富集在肿瘤组织后，采用超热中子照射肿瘤部位。超热中子进入人体组织内，能够与癌组织中的¹⁰B核素发生辐射俘获反应，释放出α粒子(⁴He)和锂粒子(⁷Li)。由于这些粒子的射程很短(与组织核的直径差不多)以及LET(Linear Energy Transfer，传能线密度)值很高，导致绝大多数的α粒子(⁴He)和锂粒子(⁷Li)能够沉积在肿瘤组织中，从而达到在癌组织内部破坏癌组织的效果。又由于α粒子(⁴He)和锂粒子(⁷Li)的射程很短，因此只能杀死癌组织而不损伤周围组织，因此其治疗效果优于常规光子放疗(X射线机、医用直线加速器等)和质子放疗。

在BNCT治疗过程中，为了保证病人正常组织所受剂量在安全范围的前提下，尽可能杀死肿瘤组织，病人在治疗前通常会模拟中子整形装置进行设计，并制定相应的中子整形装置方案。在现有技术中，在质子打靶产生中子后，需要将中子放入中子整形装置以产生一定范围能量的热中子束流。但是，由于中子整形装置的高复杂度，在进行中子整形装置设计的时候，每一个部分的变动都关乎到其他部分的选择以及最终的射束品质，要从成千上万中方案中选择出合适的方案，需要大量的仿真工作，以及需要大量的时间，影响设备的使用。

发明内容

本发明实施例提供一种中子整形装置的设计方法，能够快速的、有效的设计出可靠的中子整形装置，并且能够应用于硼中子俘获治疗。

本发明实施例提供了一种中子整形装置的设计方法，包括：

选择入射中子束参数；

选择中子整形装置模型，所述中子整形装置模型的部件包括：束流通道，反射体，慢化体，热中子过滤层，准直体，射束出口；

将所选择的入射中子束参数输入中子整形装置模型，得到输出中子束参数；

根据输出中子束参数，调节所述中子整形装置模型各部件的参数，确定中子整形装置方案；

调节所述中子整形装置模型各部件的参数时，先调节并确定慢化体的参数，再调节并确定准直体的参数。

进一步的，所述调节所述中子整形装置模型各部件的参数包括：

调节并确定慢化体的材料、长度；

调节并确定准直体的材料、长度。

进一步的，在调节并确定准直体的材料和长度后，还包括：

调节并确定反射体的材料和宽度；

调节并确定准直口的宽度、射束出口的宽度、束流通道长度和宽度、热中子过滤层材料和长度。

进一步的，所述选择入射中子束参数包括：

依据质子和靶材，通过蒙特卡罗软件建立靶模型；

选择质子能量，所述质子能量的范围为2.5MeV～30MeV；

选择靶材材料，靶材材料选自Li、Be、W、C的任意一种；

将所选择的质子能量和靶材材料输入靶模型中，确定靶材的长度，得到入射中子束参数。

进一步的，所述选择中子整形装置模型包括：

选择中子整形装置所包含的部件；

选择中子整形装置所包含部件的位置关系；

选择中子整形装置所包含部件形状；

依据选择的中子整形装置所包含的部件、各部件的位置关系、各部件的形状，通过蒙特卡罗软件建立中子整形装置模型。

进一步的，所述中子整形装置所包含部件的位置关系为束流通道、慢化体、热中子过滤层、准直体依次连接，反射体包围在束流通道和慢化体外周，准直口和射束出口设置在准直体上，其中靠近热中子过滤层一端的为准直口。

进一步的，所述中子整形装置所包含部件形状选自圆柱状、六面体、椭球状的任意一种或其组合。

进一步的，在确定热中子过滤层材料、长度之后，还包括：判断光子剂量是否满足照射要求；

当是时，结束中子整形装置设计，确定中子整形装置方案；

当否时，在中子整形装置模型中增加光子过滤层，确定光子过滤层材料与长度，结束中子整形装置设计，确定中子整形装置方案。

进一步的，所述中子整形装置包含的部件还包括光子过滤层，所述光子过滤层可拆卸地设置在所述慢化体和热中子过滤层之间，或者可拆卸地设置在所述热中子过滤层和准直体之间。

本发明的有益效果在于：

1、提供了一种快速、有效的中子整形装置设计方法，通过选取中子束参数和建立中子整形装置模型，优化了设计时调节各部件的参数的顺序，从而能够快速有效的得出理想的中子整形装置方案，避免了在众多的参数中进行毫无规律的选择，有效的节约了中子整形装置的设计时间。

2、本发明提供的设计方法在设计之初时并不需要添加光子过滤层，只有在优化完其他的参数后，判断光子剂量是否满足照射要求，当满足时，直接得到理想的中子整形装置；当不满足时，才需要在中子整形装置模型中增加光子过滤层，由此，有效减少了优化时间和中子整形装置成本。

附图说明

图1A是本发明实施例一中的一种中子整形装置的设计方法的流程图；

图1B是本发明实施例一中的调节并确定各部件参数的流程图；

图1C是本发明实施例一中的超热中子产额随各参数变化的趋势图；

图1D是本发明实施例一中的超热中子数占总中子数比例随各参数变化的趋势图；

图2A是本发明实施例二中的一种中子整形装置的设计方法的流程图；

图2B是本发明实施例二中的靶模型；

图2C是本发明实施例二中的中子产额随靶长度变化的趋势图；

图2D是本发明实施例二中的中子整形装置模型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在相关技术中，硼中子俘获治疗的方法作为当前最新的一种放射线疗法，已经在杀死癌细胞的过程中表现出较好的治疗效果。但是，为了保证硼中子俘获治疗系统的输出中子束符合治疗标准，需要通过中子射束整形装置对射入的中子束进行整形，相应的，在安装中子射束整形装置前，需要对中子射束整形装置进行设计，以确保其整形功能。但是，中子射束整形装置的影响参数较多，纷繁复杂，现有技术中对于中子射束整形装置设计时间较长，影响设备的使用，因此，本发明实施例提供了一种快速的中子射束整形装置设计方法，能够快速有效的得出理想的中子射束整形装置设计方案，从而避免了在众多的材料和参数中进行毫无规律的选择，有效的节约了中子整形装置的设计时间，具体方法如下：

实施例一

图1A为本发明实施例一提供的一种中子整形装置设计方法的流程图，本实施例可适用于各种硼中子俘获治疗以及其他中子反应的中子整形装置的设计。如图1所示，具体包括：

S110、选择入射中子束参数。

S120、选择中子整形装置模型，中子整形装置模型的部件包括：束流通道、反射体、慢化体、热中子过滤层、准直体、准直口、射束出口。

S130、将所选择的入射中子束参数输入中子整形装置模型，得到射出中子束参数。

S140、根据射出中子束参数，调节中子整形装置模型各部件的参数，确定中子整形装置方案。

由于质子束打靶后产生的中子束能量范围较宽，包括快中子、热中子、超热中子等，而在放射治疗过程中需要使用超热中子进行照射，超热中子在体内慢化成热中子，热中子与硼元素进行辐射俘获反应，因此需要将入射中子束通过中子整形装置整形后成为一定能量范围的超热中子，用以照射肿瘤组织。中子整形装置设计的最终目的，是为了让射出的中子束可以满足照射要求，且具备良好的治疗效果。

本实施例中，选择的入射中子束为由质子束打靶后产生的中子束，将入射中子束参数代入中子整形装置模型中，即可以显示出经过中子整形装置整形后的射出中子束参数，由此仿真模拟中子束经过中子整形装置整形前后的变化。

用于评价射出中子束是否符合照射要求的参数包括：IAEA标准、治疗时间T、有效治疗深度AD、正常组织最大剂量率ADDR。

IAEA标准是指国际原子能机构针对中子整形装置射出的中子束给出了五项评判标准，IAEA标准的具体参数如表1所示：

表1

参数	单位	IAEA推荐
			超热中子通量	Φepi(n/cm<sup>2</sup>.s)	&amp;gt;1.0×10<sup>9</sup>
每个超热中子的快中子剂量	D<sub>f</sub>/Φepi(Gy-cm<sup>2</sup>/n)	&amp;lt;2.0×10<sup>-13</sup>
			每个超热中子的光子剂量	D<sub>f</sub>/Φepi(Gy-cm<sup>2</sup>/n)	&amp;lt;2.0×10<sup>-13</sup>
热中子通量与超热中子通量比	Φther/Φepi	&lt;0.05
			中子注量与超热中子通量比	J/Φepi	&gt;0.7

正常组织最大剂量率ADDR是指正常组织所受到的最大剂量率。

治疗时间T是指皮肤能够接受的最大剂量与正常组织最大剂量率的比值。

有效治疗深度AD是指在肿瘤组织内束流剂量率等于正常组织最大剂量率时所对应的深度。

只有射出中子束的参数符合IAEA标准的中子整形装置，才能够有资格进入临床，且要求在满足IAEA标准的情况下，能够有较短的治疗时间T、较大的有效治疗深度AD和较小的正常组织最大剂量率ADDR。由此，可以射出中子束的参数为基准，调节中子整形装置的各部件的参数，以确保射出中子束符合照射要求，从而确定合格的中子整形装置。

步骤S140中，调节中子整形装置模型各部件的参数时，先调节并确定慢化体的参数，再调节并确定准直体的参数。

具体的，本实施例中，按照顺序，当调节中子整形装置模型中某个部件的参数符合其中的某些照射条件后，即可确定此部件参数，然后继续调节并确定下一参数，更具体的，如图1B所示，本实施例中调节并确定中子整形装置模型各部件参数的过程：

S141、调节并确定慢化体的材料、长度；

S142、调节并确定准直体的材料、长度；

S143、调节并确定反射体的材料和宽度；

S144、调节并确定准直口的宽度、射束出口的宽度、束流通道长度和宽度、热中子过滤层材料和长度。

进一步的，本实施例中，准直口和射束出口设置在准直体上，其中靠近热中子过滤层一端的为准直口。

进一步的，本实施例中，反射体设置在束流通道与慢化体外周，由此，反射体的长度为束流通道的长度与慢化体长度之后，则在分别确定了慢化体和束流通道的长度后，不需要再额外确定反射体的长度。

具体的，在计量中子整形装置模型中各部件参数时，以中子束入射方向为基准，沿中子束入射方向计为长度，与中子束入射方向垂直的水平方向计为宽度。

本实施例中，为了能更快捷、更有效的确定中子整形装置方案，对调节各部件的参数的顺序进行优化。本发明的发明人经过研究发现，不同部件的参数的变化对射出中子束的参数影响并不相同，即有的部件参数变化对射出中子束的参数影响大，有的部件参数变化对射出中子束的参数影响小，如果在调节不同部件的参数时，先调节并确定对射出中子束的参数影响大的，那么就能将其他参数可选择范围快速缩小，从而有效节约了仿真设计的时间。

以上发现，是基于本发明的发明人又对不同部件的参数变化与射出中子束的参数的影响进行了研究。在评价射出中子束的参数时，IAEA参数、治疗时间T、有效治疗深度AD和正常组织最大剂量率ADDR又主要受三个因素影响，其一是超热中子数占总中子数的比例，具体的，超热中子比例越高越好；其二是超热中子产额，具体的，超热中子数量越多越好，例如是超热中子数量>1E9；其三是肿瘤与正常组织内的硼浓度比值T/N，具体的，T/N通常由硼药决定，其值越大越好。当T/N值一定时，IAEA参数、治疗时间T、有效治疗深度AD和正常组织最大剂量率ADDR就主要受超热中子数占总中子数的比例、超热中子份额影响。

图1C示出了超热中子产额在其余部分参数不变的情况下，随其中某一部件参数变化的变化曲线，图1D示出了超热中子数占总中子数比例(也称超热中子比例)在其余部分参数不变的情况下，随其中某一部件参数变化的变化曲线。具体的，分别示出了慢化体长度、准直体长度、束流通道长度、反射体宽度与慢化体宽度的差值的变化对超热中子产额和超热中子数占总中子数比例的影响。其中，反射体宽度与慢化体宽度的差值的变化影响规律可以对应于反射体宽度的的变化影响规律，一般情况下，慢化体宽度是保持不变的，而通过反射体宽度与慢化体宽度的差值来调节反射体宽度。

在图中，慢化体长度和准直体长度对超热中子产额及超热中子数占总中子数比例影响较大，具体的，慢化体长度每变化10cm，超热中子产额约变化3E8(3x10⁸)，超热中子数占总中子数比例变化约8％，准直体长度每变化10cm，超热中子产额约变化6E8，超热中子数占总中子数比例变化约2％；束流通道长度及反射体宽度与慢化体宽度的差值对超热中子产额及超热中子所占比例影响相对较小，束流通道长度每变化10cm，超热中子产额约变化8E7，超热中子数占总中子数比例变化约0.3％，反射体宽度与慢化体宽度的差值每变化10cm，超热中子产额约变化1E8，超热中子数占总中子数比例变化约0.8％。且随着慢化体长度和准直体长度增加，超热中子产额下降，随着束流通道长度及反射体宽度与慢化体宽度的差值增加，超热中子产额下降，若是先选择慢化体长度和准直体长度这两个参数对超热中子产额及超热中子所占比例影响较大的参数，那么就能将其他参数可选择范围快速缩小，从而有效节约了仿真设计的时间。

使用同样的方法，发明人也对其余参数的影响进行研究，总体来说，慢化体的参数对超热中子产额及超热中子所占比例影响程度最大，准直体的参数次之，而其余参数影响程度相当。因此在设计中子整形装置时，可以先调节并确定慢化体的参数，再调节并确定准直体的参数，由此能快速锁定可选择的参数范围，避免无头绪的探索工作，大大的节约了仿真设计所需的时间。其余参数由于影响程度相当，因此无特别排位顺序，可以根据实际需要选择确定的先后顺序。

慢化体的参数中，慢化体的材料和慢化体的长度对于射出中子束的品质影响程度较大，而慢化体的宽度对于中子束的品质影响程度较小，同样的，准直体的参数中也是同样的趋势，因此在设计中子整形装置时，可以先调节并确定慢化体的材料和长度，再调节并确定准直体的材料和长度，由此能进一步的优化中子整形装置的设计方法。

发明人经过研究发现，在除慢化体和准直体以外的其他参数中，反射体参数相对于其余的参数，其影响程度略大，因此在在调节并确定准直体的材料和长度后，还需要先调节并确定反射体的材料和宽度，再调节并确定准直口的宽度、射束出口的宽度、束流通道长度和宽度、热中子过滤层材料和长度，由此能进一步的优化中子整形装置的设计方法。

具体的，反射体的宽度、准直体的宽度以及热中子过滤层的宽度相等，以确保对产生的中子束进行有效的控制。

具体的，慢化体的材料选自水、重水、LiF、LiCO₃、Al₂O₃、AlF₃、CaF₂、MgF₂、Fluental、Fe、Al中任意一种或其组合，进一步的，慢化体的材料经粉末烧结设备通过粉末烧结工艺由粉末或者粉末压制成块。但是本领域人员所熟知的，慢化体还可以由其他快中子截面大、超热中子截面小的材料制成。

反射体由中子反射能力强的材料制成，具体的，反射体材料选自Pb、Teflon、Al2O3中任意一种或其组合。

准直体由对中子具有反射作用的材料组成，具体的，准直体材料为LiF、Pb、PE、Li-PE中任意一种或其组合。

热中子过滤层由热中子吸收截面比较大的材料制成，具体的，热中子过滤层材料为¹⁰B、⁶Li中的一种或者其组合。

实施例二

图2A为本发明实施例二提供的一种中子整形装置设计方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上还包括入射中子束参数的获取和中子整形装置模型的构建。

相应的，本实施例的方法包括：

S210、依据质子和靶材，通过蒙特卡罗软件建立靶模型。

当开始进行射束整形装置设计工作时，首先应该选取模拟设计所需要的工具，因为涉及到质子的模拟，可以选择蒙特卡罗程序(Monte Carlo N Particle TransportCode，MCNP)进行模拟运算，蒙特卡罗程序是基于蒙特卡罗方法的用于计算三维复杂几何结构中的中子、光子、电子或者耦合中子/光子/电子输运问题的通用软件包。例如，可以选择Geant4、FLUKA、MCNPX、PHITS等包含有质子输运的常用的蒙特卡罗模拟软件。

如图2B所示，是构建的靶模型，201是质子，202是靶材，203是中子。将质子参数和靶材参数输入到靶模型中，即可获得相应的中子参数。

S220、选择质子能量，所述质子能量的范围为2.5MeV～30MeV。

质子需要为打靶提供能量，质子能量的选择对于中子的产生极为重要。可选的，质子能量为2.5MeV、2.8MeV、3.5MeV、8MeV、10MeV、24MeV、30MeV，当然，也可以是其他一些能量点，所选择的能量范围只需要满足质子能与靶相互作用后产出所需要的中子即可。

S230、选择靶材材料，靶材材料选自Li、Be、W、C的任意一种。

靶材在受到质子轰击时可产生中子，不同的靶材材料所产生的中子产额、能量范围也会有所不同。选择的靶材需要具备能产生足够多数量的中子、运行稳定可靠、维护与维修方便等特点。优选的，靶材材料选自Li或Be。Li靶具有产额高、成本低、产生中子慢化简单等优点，但是熔点只有181℃，需要配置高阶的散热装置，目前还没有可靠的散热装置，因此，一般的，低能质子(通常4.0MeV以下)选用Li靶。Be靶相对锂靶熔点高，但产生的中子慢化复杂、中子整形体成本高，一般的，选用Be靶通常需要高能质子(8MeV以上)，否则中子产率过低。

S240、将所选择的质子能量和靶材材料输入靶模型中，确定靶材的厚度，得到入射中子束参数。

具体的，一个质子能量和一个靶材材料输入到靶模型中，会有一个对应的中子产额曲线。如图2C所示，是对应以质子能量为4.0MeV，靶材材料为Li输入靶模型中后获得的对应的中子产额曲线，主要是模拟不同厚度靶材产生的中子产额。当靶材厚度过小时，中子产额过低，不能满足照射要求，当靶材厚度过大时，中子产额饱和，且散热困难，因此，需要综合考虑中子产额、散热等因素进行选择合适的厚度。优选的，当选择的靶材材料为Li时，选取靶材的厚度为400um。

相应的，根据质子能量和靶材材料确定好靶材厚度之后，靶模型中会显示出对应的中子束参数，此即为中子整形装置的入射中子束。当然，靶模型中也可以不显示对应的中子束参数，而是直接将相关的中子束参数导入到中子整形装置模型中。

S250、选择中子整形装置所包含的部件。

具体的，所包含的部件包括：束流通道、反射体、慢化体、热中子过滤层、准直体、准直口、射束出口。

S260、选择中子整形装置所包含部件的位置关系。

具体的，束流通道、慢化体、热中子过滤层、准直体依次连接，反射体包围在束流通道和慢化体外周，准直口和射束出口设置在准直体上，其中靠近热中子过滤层一端的为准直口。

S270、选择中子整形装置所包含部件形状。

具体的，中子整形装置所包含部件形状选自圆柱状、六面体、椭球状的任意一种或其组合。优选的，本实施例中，中子整形装置所包含部件形状为圆柱状，更具体的，圆柱状的圆面方向与射束方向垂直。

S280、依据选择的中子整形装置所包含的部件、各部件的位置关系、各部件的形状，通过蒙特卡罗软件建立中子整形装置模型。

具体的，如图2D所示，为本实施例构建的中子整形装置模型，束流通道2、慢化体6、热中子过滤层7、准直体9依次连接，反射体3包围在束流通道2和慢化体6外周，束流通道2的一端为射束入口1，准直口11和射束出口10设置在准直体9上，其中与热中子过滤层7相连处的开口为准直口11，远离热中子过滤层7一端的开口为射束出口10。本实施例的中子整形装置模型中还包括了靶材基底4和靶材5，设置在束流通道2中远离射束入口1的另一端，并与慢化体6连接。

具体的，射束入口1、束流通道2、反射体3、靶材基底4、靶材5、慢化体6、热中子过滤层7、准直体9、准直口11、射束出口10设置在同一轴线上，以确保射束沿轴线方向射出。

S290、将所选择的入射中子束参数输入中子整形装置模型，得到射出中子束参数。

S2100、根据射出中子束参数，调节各部件的参数，确定中子整形装置方案；

调节各部件的参数的顺序为：慢化体、准直体、准直口、射束出口、束流通道、反射体、热中子过滤层；

调节各部件的参数包括：慢化体、准直体、反射体及热中子过滤层的材料、长度和宽度；准直口和射束出口的宽度，束流通道的长度。更具体的调节顺序如实施例一中所述。

本发明实施例通过构建靶模型和中子整形装置模型，并优化了中子整形装置模型中各部件参数的调节顺序，可以快速、有效的得到中子整形装置。

具体的，本实施例以4.0MeV、20mA Li靶为实例，得到了可靠的中子整形装置，表2中示出了通过本实施例得到的中子整形装置具体参数：

表2

BSA主要部件	射束入射方向长度(cm)	垂直射束入射方向宽度(cm)	材料
				慢化体	32	56	MgF2
准直体	9.6	96	Pb
				准直口宽度	/	30	/
射束出口宽度	/	15	/
				束流通道	30	96	/
反射体	62	96	Pb
				热中子过滤层	0.1	96	6Li

根据所设计的中子整形装置，可以获取相应的射出中子束参数，表3中示出了具体的数值，符合IAEA标准，能满足照射的要求。

表3

参数	单位	Li靶
			超热中子產額	Φepi(n/cm<sup>2</sup>.s)	2.48E+09
每个超热中子的快中子剂量	D<sub>f</sub>/Φepi(Gy-cm<sup>2</sup>/n)	6.13E-14
			每个超热中子的光子剂量	D<sub>f</sub>/Φepi(Gy-cm<sup>2</sup>/n)	1.60E-13
热中子与超热中子通量比	Φther/Φepi	0.002
			中子注量与超热中子通量比	Φepi(n/cm<sup>2</sup>.s)	0.79

可选的，本方法中，在确定热中子过滤层材料与长度后，还包括：判断光子剂量是否满足照射要求；

当是时，结束中子整形装置设计，确定中子整形装置方案；

当否时，在中子整形装置模型中增加光子过滤层，确定光子过滤层材料与长度，结束中子整形装置设计，确定中子整形装置方案。

光子剂量需要小于IAEA标准才能满足照射要求。在常规的中子整形装置模拟过程中，通常一开始在中子整形装置模型中设定了一个默认的光子过滤层材料和相应的长度，因此，无论是否需要都会进行光子过滤层模拟，做了很多无用功，而本发明的发明人在大量的模拟实验后发现，光子过滤层不是必选的选项，在将除光子过滤层的其他部件参数优化完成后，再进行判断光子剂量是否满足照射要求，如果光子剂量小于标准，则无需添加光子过滤层，从而直接得到中子整形装置。如本实施例中所示，在中子整形装置模型中未添加光子过滤层的情况下，也能得到理想的中子整形装置，大大的减少了优化时间和中子整形装置成本。

具体的，只有在判断光子剂量不满足照射要求，才需要再在中子整形装置模型中增加光子过滤层，并调节、确定光子过滤层材料与长度，直至满足照射要求，则可以结束中子整形装置设计，确定中子整形装置方案。

具体的，在中子整形装置中，光子过滤层可拆卸地设置在所述慢化体和热中子过滤层之间，或者可拆卸地设置在所述热中子过滤层和准直体之间。光子过滤层为与光子吸收截面大的材料，通常为Pb、Bi中的一种或其组合。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种中子整形装置的设计方法，其特征在于，包括：

选择入射中子束参数；

选择中子整形装置模型，所述中子整形装置模型的部件包括：束流通道、反射体、慢化体、热中子过滤层、准直体、准直口、射束出口；

将所选择的入射中子束参数输入中子整形装置模型，得到输出中子束参数；

根据输出中子束参数，调节所述中子整形装置模型各部件的参数，确定中子整形装置方案；

调节所述中子整形装置模型各部件的参数时，先调节并确定慢化体的参数，再调节并确定准直体的参数。

2.根据权利要求1所述的中子整形装置的设计方法，其特征在于，调节所述中子整形装置模型各部件的参数包括：

调节并确定慢化体的材料和长度；

调节并确定准直体的材料和长度。

3.根据权利要求2所述的中子整形装置的设计方法，其特征在于，在调节并确定准直体的材料和长度后，还包括：

调节并确定反射体的材料和宽度；

调节并确定准直口的宽度、射束出口的宽度、束流通道长度和宽度、热中子过滤层材料和长度。

4.根据权利要求1所述的中子整形装置的设计方法，其特征在于，所述选择入射中子束参数包括：

依据质子和靶材，通过蒙特卡罗软件建立靶模型；

选择质子能量，所述质子能量的范围为2.5MeV～30MeV；

选择靶材材料，靶材材料选自Li、Be、W、C的任意一种；

将所选择的质子能量和靶材材料输入靶模型中，确定靶材的厚度，得到入射中子束参数。

5.根据权利要求1所述的中子整形装置的设计方法，其特征在于，所述选择中子整形装置模型包括：

选择中子整形装置所包含的部件；

选择中子整形装置所包含部件的位置关系；

选择中子整形装置所包含部件形状；

依据选择的中子整形装置所包含的部件、各部件的位置关系、各部件的形状，通过蒙特卡罗软件建立中子整形装置模型。

6.根据权利要求5所述的中子整形装置的设计方法，其特征在于，所述中子整形装置所包含部件的位置关系为束流通道、慢化体、热中子过滤层、准直体、射束出口依次连接，反射体包围在束流通道和慢化体外周。

7.根据权利要求5所述的中子整形装置的设计方法，其特征在于，所述中子整形装置所包含部件形状选自圆柱状、六面体、椭球状的任意一种或其组合。

8.根据权利要求1所述的中子整形装置的设计方法，其特征在于，在确定热中子过滤层材料、长度之后，还包括：判断光子剂量是否满足照射要求；

当是时，结束中子整形装置设计，确定中子整形装置方案；

当否时，在中子整形装置模型中增加光子过滤层，确定光子过滤层材料、长度，结束中子整形装置设计，确定中子整形装置方案。

9.根据权利要求8所述的中子整形装置的设计方法，其特征在于，在中子整形装置模型中，所述光子过滤层可拆卸地设置在所述慢化体和热中子过滤层之间，或者可拆卸地设置在所述热中子过滤层和准直体之间。