CN110870951A - 中子捕获治疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中子捕获治疗系统，包括中子产生装置和射束整形体，所述中子捕获治疗系统还包括容纳所述中子产生装置和射束整形体并屏蔽所述中子产生装置和射束整形体产生的辐射的混凝土壁，所述混凝土壁和至少部分设置在所述混凝土壁内的增强部用于支撑所述射束整形体，所述增强部的材料弹性模量不低于40GPa，屈服强度不低于200MPa，极限强度不低于100MPa。本发明的中子捕获治疗系统，增强部可以增加混凝土的刚性，提升抗拉强度，提高承载能力。

Description

中子捕获治疗系统

技术领域

本发明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。

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。

放射线治疗过程中会产生各种放射线，如硼中子捕获治疗过程产生低能至高能的中子、光子，这些放射线可能会对人体正常组织造成不同程度的损伤。因此在放射线治疗领域，如何在达到有效治疗的同时减少对外界环境、医务人员或被照射体正常组织的辐射污染是一个极为重要的课题。放射线治疗设备通常置于混凝土构造的建筑物中，隔离设备可能产生的辐射，而一般的钢筋混凝土结构，钢筋被中子活化后，会产生半衰期较长的放射性同位素，如钴60的半衰期为5.27年，形成了长衰期的放射废料，对环境及辐射安全带来负面影响。

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，所述中子捕获治疗系统还包括容纳所述中子产生装置和射束整形体的混凝土壁，所述混凝土壁和至少部分设置在所述混凝土壁内的增强部用于支撑所述射束整形体，所述增强部的材料弹性模量不低于40GPa，屈服强度不低于200MPa，极限强度不低于100MPa。混凝土结构可以屏蔽中子捕获治疗系统工作过程中泄露的中子及其他辐射线，增强部可以增加混凝土的刚性，提升抗拉强度，提高承载能力。

进一步地，所述增强部的材料90％(重量百分比)以上由C、H、O、N、Si、Al、Mg、Li、B、Mn、Cu、Zn、S、Ca中的至少一种元素构成，增强部的材料由与中子作用截面小或被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短的元素构成，因中子活化衍生的放射性较小，除了合理地抑制二次辐射造成的剂量，更有利于未来的设备拆除。

进一步地，所述增强部被中子活化后产生的放射性同位素半衰期小于1年。

进一步地，所述增强部的材料至少部分为铝合金或碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。铝被中子活化后半衰期较短，碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料抗活化性能好，相比传统的钢筋混凝土结构，在有限的时间内因中子活化衍生的放射性大幅地降低。

进一步地，所述中子捕获治疗系统还包括治疗台和准直器，所述准直器设置在所述射束出口后部以汇聚中子线，所述中子产生装置产生的中子线通过所述射束整形体和准直器照射向所述治疗台上的被照射体，所述被照射体和射束出口之间设置辐射屏蔽装置以屏蔽从所述射束出口出来的射束对被照射体正常组织的辐射。靶材可以有一个或多个，带电粒子线可选择地与其中一个或几个靶材作用或同时与多个靶材作用，以生成一个或多个治疗用中子束，与靶材的个数相应，射束整形体、准直器、治疗台也可以为一个或多个。

进一步地，所述中子捕获治疗系统还包括带电粒子束生成室和照射室，所述治疗台上的被照射体在所述照射室中进行中子线照射的治疗，所述带电粒子束生成室容纳所述加速器，所述混凝土壁包括所述带电粒子束生成室和照射室之间的分隔壁，所述射束整形体支撑在至少部分设置在所述分隔壁内的增强部上。分隔壁可以是将照射室和带电粒子束生成室完全隔开的；也可以是照射室和带电粒子束生成室之间的部分隔断，照射室和带电粒子束生成室是相通的。多个治疗台可以设置在同一个照射室内，也可以为每个治疗台设置一个单独的照射室。

进一步地，所述中子产生装置还包括射束传输部，所述射束传输部将加速器产生的带电粒子线传输到所述靶材，所述分隔壁上设置一通孔，所述射束传输部穿过所述通孔。

本发明另一方面提供了一种用于支撑射束整形体的支撑装置，所述射束整形体用于调整中子产生装置产生的中子线的射束品质，所述支撑装置包括容纳腔，所述射束整形体安装在所述容纳腔内，所述支撑装置还包括混凝土壁和至少部分设置在所述混凝土壁内的增强部。混凝土结构可以屏蔽工作过程中泄露的中子及其他辐射线，而射束整形体对变形非常敏感，要求支撑结构有足够大的刚度，混凝土内设置的增强部可以增加混凝土的刚性，提升抗拉强度，提高承载能力。

进一步地，所述增强部的材料弹性模量不低于40GPa，屈服强度不低于200MPa，极限强度不低于100MPa，

进一步地，所述增强部的材料90％(重量百分比)以上由C、H、O、N、Si、Al、Mg、Li、B、Mn、Cu、Zn、S、Ca中的至少一种元素构成。增强部的材料由与中子作用截面小或被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短的元素构成，因中子活化衍生的放射性较小，除了合理地抑制二次辐射造成的剂量，更有利于未来的设备拆除。

进一步地，所述增强部被中子活化后产生的放射性同位素半衰期小于1年

进一步地，所述增强部包括第一增强部和第二增强部，所述第一增强部设置在所述混凝土壁内，所述第二增强部至少部分伸出所述混凝土壁。

进一步地，所述第一增强部包括圆环、框架和分布筋，所述圆环围绕所述射束整形体设置，所述框架围绕所述圆环设置，所述分布筋在水平和混凝土的厚度方向以预定间距分布在混凝土内，所述分布筋至少部分穿过所述框架或与所述框架搭接，所述分布筋至少部分与所述圆环搭接，所述圆环和框架的材料为铝合金或碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料，所述分布筋的材料为钢或铝合金或碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。圆环和框架增加了混凝土的刚性，提升了抗拉强度，分布筋可以防止混凝土开裂和提高墙体的整体性能。

作为一种优选地，所述铝合金为铝镁合金，所述碳纤维复合材料为碳纤维树脂复合材料，所述玻璃纤维复合材料为玻璃纤维树脂复合材料，所述圆环为型材或由筋构造，所述框架由水平框架型材梁或水平骨架和竖值框架型材柱，所述水平框架型材梁和竖值框架型材柱通过螺栓连接或焊接构造，所述水平骨架包括水平纵筋与箍筋。混凝土的抗压强度大，但其抗拉强度低，又在常应力作用下应变随时间缓慢增长，而铝镁合金型材的抗拉强度及抗剪强度好、刚度大，且在常应力作用下应变不随时间增长，铝镁合金筋抗拉承载能力好，碳纤维树脂复合材料或玻璃纤维树脂复合材料抗拉强度高，可弥补混凝土力学性能和材料特性的不足，配置箍筋可提高墙体的抗剪性能。

进一步地，所述第二增强部包括水平的支撑板和连接所述支撑板和第一增强部的侧板，所述容纳腔形成在所述支撑板上。

进一步地，所述支撑板面向所述第一增强部的一侧设置凸缘，所述凸缘形成所述容纳腔并对射束整形体在水平方向进行限位，所述支撑板上形成通孔，所述中子线经过所述射束整形体从所述通孔出来。

本发明再一方面提供了一种中子照射系统用建筑物，所述建筑物为容纳所述中子照射系统的混凝土结构，所述混凝土结构内设置增强部，所述增强部的材料90％(重量百分比)以上由C、H、O、N、Si、Al、Mg、Li、B、Mn、Cu、Zn、S、Ca中的至少一种元素构成。混凝土结构可以屏蔽中子照射系统工作过程中泄露的中子及其他辐射线，增强部可以增加混凝土的刚性，提升抗拉强度，提高承载能力，增强部的材料由与中子作用截面小或被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短的元素构成，因中子活化衍生的放射性较小，除了合理地抑制二次辐射造成的剂量，更有利于未来的设备拆除。

进一步地，所述增强部包括水平和/或竖直分布筋，所述水平和/或竖直分布筋在水平、竖直和所述混凝土结构的厚度方向以预定间距分布在所述混凝土结构内，分布筋可以防止混凝土开裂和提高墙体的整体性能。

进一步地，所述增强部的材料弹性模量不低于40GPa，屈服强度不低于200MPa，极限强度不低于100Mpa。

进一步地，所述增强部被中子活化后产生的放射性同位素半衰期小于1年。

进一步地，所述增强部的材料至少部分为铝合金或碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。铝被中子活化后半衰期较短，碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料抗活化性能好，相比传统的钢筋混凝土结构，在有限的时间内因中子活化衍生的放射性大幅地降低。

进一步地，所述铝合金为铝镁合金，所述碳纤维复合材料为碳纤维树脂复合材料，所述玻璃纤维复合材料为玻璃纤维树脂复合材料，所述混凝土结构的混凝土为含硼重晶石混凝土。铝镁合金、碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料具有较优异的力学性能，含硼的混凝土具有更好的中子吸收性能，除了增强混凝土的辐射屏蔽效果，还可降低混凝土中金属材料受到的中子曝露量。

附图说明

图1为本发明实施例中的中子捕获治疗系统结构示意图；

图2为本发明第一实施例的中子捕获治疗系统的射束整形体的支撑结构示意图；

图3为图2在A-A剖面的示意图；

图4为图2在B-B剖面的示意图；

图5为图2在C-C剖面的示意图；

图6为本发明第二实施例的中子捕获治疗系统的射束整形体的支撑结构示意图；

图7为图6在D-D剖面的示意图；

图8为图6在E-E剖面的示意图；

图9为图6在F-F剖面的示意图；

图10为本发明第三实施例的中子捕获治疗系统的射束整形体的支撑结构示意图；

图11为图10在G-G剖面的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例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，本实施例中的中子照射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。两种核反应的能量阈值分别为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阈值的质子轰击金属锂靶材，可产生相对低能的中子，不须太多的缓速处理便可用于临床，然而锂金属(Li)和铍金属(Be)两种靶材与阈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，本发明的实施例中采用锂金属制成的靶材。但是本领域技术人员熟知的，靶材T的材料也可以由锂、铍之外的金属材料制成，例如由钽(Ta)或钨(W)等形成；靶材T可以为圆板状，也可以为其他固体形状，也可以使用液状物(液体金属)。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也可以是核反应堆而不采用加速器和靶材。无论硼中子捕获治疗的中子源来自核反应堆或加速器带电粒子与靶材的核反应，产生的实际上皆为混合辐射场，即射束包含了低能至高能的中子、光子。对于深部肿瘤的硼中子捕获治疗，除了超热中子外，其余的辐射线含量越多，造成正常组织非选择性剂量沉积的比例越大，因此这些会造成不必要剂量的辐射应尽量降低。另外，对于被照射体的正常组织来说，各种辐射线应避免过多，同样造成不必要的剂量沉积。

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上的被照射体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，通过调整准直器30能够调整射束的方向及射束与治疗台40上的被照射体200的位置关系，治疗台40及被照射体200的位置也可以进行调整，使射束对准被照射体200体内的肿瘤细胞M。这些调整可以人工手动操作的，也可以是通过一系列控制机构自动实现的。可以理解，本发明也可以不具有准直器，射束从射束整形体20出来后直接照射向治疗台40上的被照射体200。

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被照射体造成伤害，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(＞40keV)调整到超热中子能区(0.5eV-40keV)并尽可能减少热中子(＜0.5eV)，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，作为一种优选实施例，缓速体13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，作为一种优选实施例，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，作为一种优选实施例，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，作为一种优选实施例，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)。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被照射体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，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。

被照射体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。

本实施例中，被照射体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出来的射束对被照射体正常组织的辐射，可以理解，也可以不设置辐射屏蔽装置50。

硼中子捕获治疗系统100整体容纳在混凝土构造的建筑物中，具体来说，硼中子捕获治疗系统100还包括照射室101和带电粒子束生成室102，治疗台40上的被照射体200在照射室101中进行中子束N照射的治疗，带电粒子束生成室102容纳加速器11，射束整形体20由照射室101和带电粒子束生成室102的分隔壁103支撑。可以理解，分隔壁103可以是将照射室101和带电粒子束生成室102完全隔开的；也可以是照射室101和带电粒子束生成室102之间的部分隔断，照射室101和带电粒子束生成室102是相通的。靶材T可以有一个或多个，带电粒子线P可选择地与其中一个或几个靶材T作用或同时与多个靶材T作用，以生成一个或多个治疗用中子束N。与靶材T的个数相应，射束整形体20、准直器30、治疗台40也可以为一个或多个；多个治疗台可以设置在同一个照射室内，也可以为每个治疗台设置一个单独的照射室。

照射室101和带电粒子束生成室102为混凝土壁W(包括分隔壁103)包围形成的空间，混凝土结构可以屏蔽硼中子捕获治疗系统100工作过程中泄露的中子及其他辐射线。混凝土壁W包括至少部分设置在混凝土内的增强部(下面详细介绍)以增加刚性，提升抗拉强度，提高承载能力，增强部的材料弹性模量不低于40GPa，屈服强度不低于200MPa，极限强度不低于100MPa；同时，增强部的材料由与中子作用截面小或被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短(小于1年)的元素构成，具体的，增强部的材料90％(重量百分比)以上由C、H、O、N、Si、Al、Mg、Li、B、Mn、Cu、Zn、S、Ca中的至少一种构成。本实施例中，增强部的材料至少部分为铝合金、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料或其组合。当选择铝合金时，可以至少部分为铝镁合金，铝被中子活化后半衰期较短，只有2.2分钟；而传统的钢筋混凝土结构，钢筋中富含的铁、钴、镍等元素被中子活化后半衰期较长，如钴60的半衰期为5.27年；采用铝镁合金在有限的时间内因中子活化衍生的放射性大幅地降低，除了合理地抑制二次辐射造成的剂量，更有利于未来的设备拆除。铝镁合金具有较优异的力学性能，可以理解，也可以选择其他铝合金。当选择碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料时，可以是碳纤维或玻璃纤维与树脂复合的材料，碳纤维或玻璃纤维与树脂复合材料强度高，抗活化性能好，可以理解，也可以选择其他复合材料。下面，详细介绍分隔壁103的混凝土结构，射束整形体20由分隔壁103及至少部分设置在分隔壁103内的增强部支撑。

继续参阅图2-图5，为分隔壁103的第一实施例，分隔壁103为侧壁，即照射室101和带电粒子束生成室102是水平布置的，分隔壁103上设置一容纳腔1031，射束整形体20安装在容纳腔1031内，容纳腔1031在分隔壁103的厚度方向是贯通的，本实施例中，射束整形体20整体为圆筒状，容纳腔1031相应的为圆形通孔。由于射束整形体对变形非常敏感，要求支撑结构有足够大的刚度，分隔壁103在混凝土结构内设置增强部1032。增强部1032包括围绕射束整形体20的圆环筋a和包围圆环筋a的框架筋b，框架筋b包括水平骨架b1和竖值骨架b2，水平骨架b1包括水平纵筋b11和箍筋b12，竖值骨架b2包括竖直纵筋b21和箍筋b22，水平/垂直纵筋和箍筋的数量根据实际情况决定。增强部1032还包括水平和竖直分布筋c，水平和竖直分布筋c在水平、竖直及混凝土的厚度方向以预定间距分布在整个混凝土壁内，间距根据具体情况确定，图中仅示意性地画出。水平和竖直分布筋c穿过框架筋b，与圆环筋a相交的水平和竖直分布筋c与其搭接以增加锚固性能和方便施工时对其定位；水平纵筋b11和竖直纵筋b21的端头设置锚固板d，以增强水平纵筋b11和竖直纵筋b21的粘结强度。除与圆环筋搭接的分布筋外，也可以仅在框架筋以外的区域设置分布筋，此时，保证分布筋与框架筋有一定的搭接长度，也可以不设置锚固板。圆环筋a和框架筋b的材料为铝镁合金或碳纤维树脂复合材料或玻璃纤维树脂复合材料；分布筋的材料也为铝镁合金或碳纤维树脂复合材料或玻璃纤维树脂复合材料，由于中子在射束整形体中产生，在周边的材料被活化最严重，可以理解，分布筋也可以至少部分(如框架筋以外的部分)为钢筋以降低成本，同时分布筋的数量满足建筑构造要求即可，以降低放射性核素的产生。本领域技术人员熟知的，施工过程中，分布筋在混凝土厚度方向还可以设置拉筋(未示出)，拉筋的数量根据实际情况决定；相交的筋之间通过钢丝等固定件绑扎连接，如水平和竖直分布筋、水平/竖直分布筋和拉筋、水平/垂直纵筋和箍筋、圆环筋和水平/竖直分布筋之间。可以理解，在其他混凝土壁W不安装如射束整形体时，可以仅设置分布筋。施工时，先将其他混凝土壁的分布筋与分隔壁103的分布筋、圆环筋及框架筋等一起绑扎锚固好，然后搭设壁边缘(包括容纳腔内壁)的模板进行混凝土的浇筑，浇筑完成后将射束整形体安装在分隔壁的容纳腔内。可以理解，施工过程也可以按照本领域技术人员熟知的其他方式进行。混凝土的抗压承载力好，铝镁合金筋与钢筋抗拉承载能力好，在受拉力的部位配置铝镁合金筋与钢筋可以弥补混凝土抗拉强度的不足，配置箍筋可提高墙体的抗剪性能。分布钢筋可以防止混凝土开裂和提高墙体的整体性能。

如图6-图9，为分隔壁103＇的第二实施例，下面仅描述与第一实施例不同的地方，分隔壁103＇的增强部1032＇包括围绕射束整形体的圆环型材a＇和包围圆环型材a＇的框架型材b＇，框架型材b＇包括水平框架型材梁b1＇和竖值框架型材柱b2＇。增强部1032＇还包括水平和竖直分布筋c＇，水平和竖直分布筋c＇在水平、竖直及混凝土的厚度方向以预定间距分布在整个混凝土壁内，间距根据具体情况确定。水平框架型材梁b1＇和竖值框架型材柱b2＇采用螺栓连接，也可采用焊接等连接方式，只要保证接头的连接强度即可；水平和竖直分布筋c＇穿过铝镁合金框架型材b＇预留的孔，加强墙体的锚固性能与延性，与圆环型材a＇相交的水平和竖直分布筋c＇与其搭接以增加锚固性能和方便施工时对其定位。除与圆环型材相交的分布筋外，也可以仅在框架型材以外的区域设置分布筋，分布筋与框架型材搭接。圆环型材a＇和框架型材b＇的材料为铝镁合金或碳纤维树脂复合材料或玻璃纤维树脂复合材料；分布筋的材料也为铝镁合金或碳纤维树脂复合材料或玻璃纤维树脂复合材料，由于中子在射束整形体中产生，在周边的材料被活化最严重，可以理解，分布筋也可以至少部分(如框架型材以外的部分)为钢筋以降低成本，同时分布筋的数量满足建筑构造要求即可，以降低放射性核素的产生。本领域技术人员熟知的，施工过程中，分布筋在混凝土厚度方向还可以设置拉筋(未示出)，拉筋的数量根据实际情况决定；相交的筋之间通过钢丝等固定件绑扎连接，如水平和竖直分布筋、水平/竖直分布筋和拉筋、圆环型材和水平/竖直分布筋之间。本实施例中铝镁合金型材的截面形状为H型，可以理解，截面也可以为其他形状。施工时，先将其他混凝土壁的分布筋与分隔壁103＇的分布筋、圆环型材、框架型材等一起绑扎锚固好，然后搭设壁边缘(包括容纳腔内壁)的模板进行混凝土的浇筑，浇筑完成后将射束整形体安装在分隔壁的容纳腔内。可以理解，施工过程也可以按照本领域技术人员熟知的其他方式进行。混凝土的抗压强度大，但其抗拉强度低，又在常应力作用下应变随时间缓慢增长，而铝镁合金型材的抗拉强度及抗剪强度好、刚度大，且在常应力作用下应变不随时间增长，可弥补混凝土力学性能和材料特性的不足。分布钢筋可以防止混凝土开裂和提高墙体的整体性能。

可以理解，分隔壁的增强部也可以是上面两个实施例的组合，如增强部可以包括围绕射束整形体的圆环筋和包围圆环筋的框架型材，或者是围绕射束整形体的圆环型材和包围圆环型材的框架筋。

如图10-11，为分隔壁103＇＇的第三实施例，该实施例中照射室和带电粒子束生成室是竖直布置，即分隔壁103＇＇为楼板(地板或天花板)，中子产生装置10＇＇还包括射束传输部12＇＇，射束传输部12＇＇将加速器11＇＇产生的带电粒子线传输到靶材，分隔壁103＇＇上设置一通孔1031＇＇，射束传输部12＇＇穿过通孔1031＇＇。分隔壁103＇＇的增强部1032＇＇包括第一增强部d和第二增强部e，第一增强部d设置在分隔壁103＇＇的混凝土内，第二增强部e至少部分伸出分隔壁103＇＇的混凝土，第二增强部e包括水平的支撑板e1和连接支撑板e1和第一增强部d的侧板e2，射束整形体20＇＇支撑在水平的支撑板e1上。本实施例中，第二增强部e为凵型的槽形结构，侧板e2为相对的2个，材料为铝镁合金或碳纤维树脂复合材料或玻璃纤维树脂复合材料，降低放射性核素的产生；考虑到结构钢强度高、塑性韧性好、材质均匀及可焊性好，也可以采用钢材；可以理解，也可以采用其他材料或其他形式的构造。支撑板e1面向第一增强部d的一侧设置凸缘e11，射束整形体20＇＇位于凸缘e11内，凸缘e11对射束整形体20＇＇在水平方向进行限位。本实施例中，射束整形体整体为圆柱形，对应地凸缘为圆环形的加强筋。支撑板e1上还形成通孔e12，中子产生装置10产生的中子束N经过射束整形体20＇＇从通孔e12出来，本实施例中，通孔e12通过在支撑板e1上切割形成。

第一增强部一方面增强楼板洞口(通孔)边缘的强度，另一方面提供射束整形体的支撑。第一增强部可以按照上述实施例中的增强部构造为包括框架筋/型材和圆环筋/型材，由于此处为楼板，框架筋或框架型材仅包括水平骨架或水平框架型材梁，竖直骨架或竖直框架型材柱由水平骨架或水平框架型材梁代替，具体构造在此不再详述，图中仅示意出两个型材梁。第一增强部构造为框架型材时，侧板e2与框架型材焊接或螺栓连接，可以理解，也可以采用其他连接方式，只要保证连接强度即可；第一增强部构造为框架筋时，侧板e2端部设置锚固板，与框架筋锚固。考虑到楼板及第一增强部竖直方向的受力，与侧板相连的水平骨架或水平框架型材梁在楼板的整个长度上延伸。增强部1032＇＇同上述实施例还包括(水平)分布筋c＇＇、拉筋(未示出)等，分布筋c＇＇在水平和混凝土的厚度方向以预定间距分布在混凝土内，施工时，先将其他混凝土壁的分布筋与分隔壁103＇＇的分布筋、框架筋/型材和圆环筋/型材等一起绑扎锚固好，将第二增强部焊接或锚固到第一增强部，然后搭设壁边缘(包括通孔内壁)的模板进行混凝土的浇筑，浇筑完成后将射束整形体从第二增强部的没有侧板的一侧装入凸缘内，将射束传输部穿过通孔安装。可以理解，施工过程也可以按照本领域技术人员熟知的其他方式进行。

硼中子捕获治疗系统100还可以包括准备室、控制室和其他用于辅助治疗的空间，每一个照射室可以配置一个准备室，用于进行照射治疗前固定被照射体到治疗台、注射硼药、治疗计划模拟等准备工作，准备室和照射室之间设置连接通道，准备工作完成后直接将被照射体推入照射室或通过轨道由控制机构控制其自动进入照射室。控制室用于控制加速器、射束传输部、治疗台等，对整个照射过程进行控制和管理，管理人员在控制室内还可以同时监控多个照射室。

本实施例中的混凝土壁为厚度1m以上、密度3g/c.c.的含硼重晶石混凝土制壁，含硼的混凝土具有更好的中子吸收性能，除了增强混凝土的辐射屏蔽效果，还可降低混凝土中金属材料受到的中子曝露量。可以理解，也可以具有其他厚度或密度或替换为其他材料，不同部分的混凝土壁厚度、密度或材料也可以不同。可以理解，本发明还可以应用于其他类型的中子照射系统。

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，其特征在于，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，所述中子捕获治疗系统还包括容纳所述中子产生装置和射束整形体的混凝土壁，所述混凝土壁和至少部分设置在所述混凝土壁内的增强部用于支撑所述射束整形体，所述增强部的材料弹性模量不低于40GPa，屈服强度不低于200MPa，极限强度不低于100MPa。

2.如权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述增强部的材料90％(重量百分比)以上由C、H、O、N、Si、Al、Mg、Li、B、Mn、Cu、Zn、S、Ca中的至少一种元素构成，所述增强部被中子活化后产生的放射性同位素半衰期小于1年，所述增强部的材料至少部分为铝合金或碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。

3.如权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述中子捕获治疗系统还包括治疗台和准直器，所述准直器设置在所述射束出口后部以汇聚中子线，所述中子产生装置产生的中子线通过所述射束整形体和准直器照射向所述治疗台上的被照射体，所述被照射体和射束出口之间设置辐射屏蔽装置以屏蔽从所述射束出口出来的射束对被照射体正常组织的辐射。

4.如权利要求3所述的所述中子捕获治疗系统，其特征在于，所述中子捕获治疗系统还包括带电粒子束生成室和照射室，所述治疗台上的被照射体在所述照射室中进行中子线照射的治疗，所述带电粒子束生成室容纳所述加速器，所述混凝土壁包括所述带电粒子束生成室和照射室之间的分隔壁，所述射束整形体支撑在至少部分设置在所述分隔壁内的增强部上。

5.如权利要求4所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述中子产生装置还包括射束传输部，所述射束传输部将加速器产生的带电粒子线传输到所述靶材，所述分隔壁上设置一通孔，所述射束传输部穿过所述通孔。

6.一种用于支撑射束整形体的支撑装置，所述射束整形体用于调整中子产生装置产生的中子线的射束品质，其特征在于，所述支撑装置包括容纳腔，所述射束整形体安装在所述容纳腔内，所述支撑装置还包括混凝土壁和至少部分设置在所述混凝土壁内的增强部。

7.如权利要求6所述的用于支撑射束整形体的支撑装置，其特征在于，所述增强部的材料弹性模量不低于40GPa，屈服强度不低于200MPa，极限强度不低于100MPa，所述增强部的材料90％(重量百分比)以上由C、H、O、N、Si、Al、Mg、Li、B、Mn、Cu、Zn、S、Ca中的至少一种元素构成，所述增强部被中子活化后产生的放射性同位素半衰期小于1年。

8.如权利要求6所述的用于支撑射束整形体的支撑装置，其特征在于，所述增强部包括第一增强部和第二增强部，所述第一增强部设置在所述混凝土壁内，所述第二增强部至少部分伸出所述混凝土壁。

9.如权利要求8所述的用于支撑射束整形体的支撑装置，其特征在于，所述第一增强部包括圆环、框架和分布筋，所述圆环围绕所述射束整形体设置，所述框架围绕所述圆环设置，所述分布筋在水平和混凝土的厚度方向以预定间距分布在混凝土内，所述分布筋至少部分穿过所述框架或与所述框架搭接，所述分布筋至少部分与所述圆环搭接，所述圆环和框架的材料为铝合金或碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料，所述分布筋的材料为钢或铝合金或碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料，所述铝合金为铝镁合金，所述碳纤维复合材料为碳纤维树脂复合材料，所述玻璃纤维复合材料为玻璃纤维树脂复合材料，所述圆环为型材或由筋构造，所述框架由水平框架型材梁或水平骨架构造，所述水平骨架包括水平纵筋与箍筋。

10.如权利要求9所述的用于支撑射束整形体的支撑装置，其特征在于，所述第二增强部包括水平的支撑板和连接所述支撑板和第一增强部的侧板，所述容纳腔形成在所述支撑板上，所述支撑板面向所述第一增强部的一侧设置凸缘，所述凸缘形成所述容纳腔并对射束整形体在水平方向进行限位，所述支撑板上形成通孔，所述中子线经过所述射束整形体从所述通孔出来。

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