CN111954362A - 散热结构及使用其的中子束产生装置 - Google Patents
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Abstract
本揭露内容的一实施方式提供一种散热结构，包含壳体。壳体具有下表面、入水信道、出水信道以及隆起部，其中入水信道及出水信道位在壳体的相对两端并位在下表面之上，且沿着第一方向延伸，隆起部位在入水信道及出水信道之间并位在下表面之上，其中隆起部朝着远离下表面的方向隆起，且隆起部具有背向下表面的隆起面，隆起面与下表面之间的距离在沿着第一方向上为先增后减的。散热结构可对靶材的中央处提供较强的散热效果，使散热结构可适于应用在中子束产生装置。
Description
技术领域
本揭露内容是有关于一种散热结构及使用其的中子束产生装置。
背景技术
具体而言，硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)的原理如下：含硼药物经由血液循环与肿瘤细胞结合，再用中子束以肿瘤组织的位置为中心照射，使硼吸收中子后产生锂与氦离子，准确破坏癌细胞而不破坏其他正常的组织。
对患者而言，硼中子捕获治疗仅会造成极小损伤，且不需外科手术与麻醉。进一步而言，在治疗脑肿瘤时若硼中子捕获治疗采用穿透力较低的热中子，需额外打开患者的头盖骨。相对地，若硼中子捕获治疗采用超热中子，则不需打开患者的头盖骨。
对此，产生中子束的方式可以是使用加速器型的中子束源产生器来对靶材轰击离子束。然而，在产生中子束的过程中，受离子束轰击的靶材可能会因散热不良而致使不预期的损坏。因此，如何有效解决靶材在产生中子束的过程中的散热，已成为相关领域的研究发展方向之一。
发明内容
本揭露内容的一实施方式提供一种散热结构，包含壳体。壳体具有下表面、入水信道、出水信道以及隆起部，其中入水信道及出水信道位在壳体的相对两端并位在下表面之上，且沿着第一方向延伸，隆起部位在入水信道及出水信道之间并位在下表面之上，其中隆起部朝着远离下表面的方向隆起，且隆起部具有背向下表面的隆起面，隆起面与下表面之间的距离在沿着第一方向上为先增后减的。
在部分实施方式中，隆起面为凸弧面。
在部分实施方式中，隆起面具有对称线，该对称线沿着第一方向延伸，且隆起面相对对称线为呈现线对称。
在部分实施方式中，隆起面与下表面之间的距离在沿着第二方向上为实质上相同的，且第二方向垂直第一方向。
在部分实施方式中，壳体具有第一开口，且隆起部延伸至第一开口内。
在部分实施方式中，壳体具有第二开口，第二开口连通第一开口，并比第一开口还远离隆起部，且第二开口的尺寸大于第一开口的尺寸。
在部分实施方式中，壳体具有一对缓冲槽，分别位在隆起部的相对两端且位在入水信道与出水信道之间。
在部分实施方式中，隆起面的最高位置高于入水信道及出水信道的最高位置。
在部分实施方式中，隆起面的最低位置高于入水信道及出水信道的最高位置。
本揭露内容的一实施方式提供一种中子束产生装置，包含散热结构、管体以及加速器。管体设置在散热结构上，并具有信道。加速器连接管体，并用以通过信道朝着配置在散热结构与管体之间的靶材发射离子束。
借由上述配置，由于隆起部的隆起面与设置在壳体的靶材之间的距离在沿着第一方向上会是有变化的，故可致使流经隆起面的冷却流体在流速上可产生变化，使得冷却流体在对应靶材的中央处可具有较快的流速，从而对靶材的中央处提供较强的散热效果。通过此机制，散热结构可适于应用在中子束产生装置。
附图说明
图1为依据本揭露内容的部分实施方式绘示散热结构的顶视图。
图2绘示沿着图1的线段2-2’的剖视图。
图3为依据本揭露内容的部分实施方式绘示中子束产生装置的结构示意图。
图4为绘示图3的靶材的热能分布示意图。
具体实施方式
以下的说明将提供许多不同的实施方式或实施例来实施本揭露的主题。组件或排列的具体范例将在以下讨论以简化本揭露。当然，这些描述仅为部分范例且本揭露并不以此为限。例如，将第一特征形成在第二特征上或上方，此叙述不但包含第一特征与第二特征直接接触的实施方式，也包含其他特征形成在第一特征与第二特征之间，且在此情形下第一特征与第二特征不会直接接触的实施方式。此外，本揭露可能会在不同的范例中重复标号或文字。重复的目的是为了简化及明确叙述，而非界定所讨论的不同实施方式及配置间的关系。
此外，空间相对用语如“下面”、“下方”、“低于”、“上面”、“上方”及其他类似的用语，在此是为了方便描述图中的一个组件或特征与另一个组件或特征的关系。空间相对用语除了涵盖图中所描绘的方位外，该用语还涵盖装置在使用或操作时的其他方位。也就是说，当该装置的方位与附图不同(旋转90度或在其他方位)时，在本文中所使用的空间相对用语同样可相应地进行解释。
本揭露内容的散热结构可借由将结构形貌来控制冷却流体的速度，而由于冷却流体的速度与其冷却效果会有相关性，故可因应冷却目标(例如靶材)的不同区域来提供不同的冷却效果。
请参照图1及图2，图1为依据本揭露内容的部分实施方式绘示散热结构100的顶视图，而图2绘示沿着图1的线段2-2’的剖视图。为了不使附图过于复杂，图1的靶材130未绘示如图2的底纹。此外，为了方便说明，图1及图2绘示有第一方向D1以及第二方向D2，其中第一方向D1异于第二方向D2。举例来说，第一方向D1可以是图1的横向方向，而第二方向D2可以是图1的纵向方向，且第一方向D1垂直第二方向D2。
散热结构100包含壳体110，其中壳体110的材质可以是金属，像是铝。壳体110可以是一体成型，也可以是通过组装而形成。壳体110具有隆起部112、下表面114、第一开口122、第二开口124、入水信道140以及出水信道150，其中下表面114可视为是壳体110的最底面。第一开口122与第二开口124相连通并共同位在下表面114之上，且第二开口124比第一开口122还远离下表面114。壳体110可用以承载靶材130，其中靶材130可以是板形靶材。第二开口124的尺寸可大于第一开口122的尺寸，通过此尺寸差异，可利于进行对靶材130的对位。在此，所述的“尺寸”可以是长度或宽度，以图2为例，即第二开口124的宽度大于第一开口122的宽度。此外，由于壳体110具有第一开口122，故在将靶材130配置在壳体110上之后，靶材130可与壳体110共同形成容置空间S在其之间。
入水信道140以及出水信道150位在壳体110的相对两端，且也位在下表面114之上。入水信道140以及出水信道150可以沿着同一方向延伸，例如沿着第一方向D1延伸，并各自连接容置空间S。在部分实施方式中，可通过加压装置(未绘示)将冷却流体160由入水信道140送入散热结构100内，如箭头A1所示，使得冷却流体160可流经容置空间S并接触靶材130，从而提供靶材130冷却效果，接着，冷却流体160可再由出水信道150自散热结构100内离开，如箭头A2所示。
隆起部112位在入水信道140与出水信道150之间，且也位在下表面114之上。隆起部112朝着远离下表面114的方向隆起。
隆起部112可通过隆起而延伸至第一开口122内，且第二开口124相比第一开口122会较远离隆起部112。隆起部112具有背向下表面114的隆起面116，换言之，隆起面116是面向或朝向第一开口122及第二开口124。隆起面116与下表面114之间的距离在沿着第一方向D1上为先增后减的。举例来说，隆起面116可以是凸弧面，使得隆起面116与下表面114之间的距离在沿着第一方向D1上为先渐增再渐减的。
通过将隆起面116与下表面114之间的距离设计成先增后减，当将靶材130配置在壳体110上之后，靶材130与壳体110的隆起面116之间的距离会是先减少后增加。通过此配置，当冷却流体160沿着自入水信道140指向出水信道150的方向流经隆起面116的时候，冷却流体160会因靶材130与壳体110的隆起面116之间的距离变化而致使流速产生变化。
具体来说，对于沿着自入水信道140指向出水信道150的方向流经隆起面116的前半区域R1的冷却流体160而言，由于靶材130与壳体110的隆起面116之间的距离渐减少，故会致使冷却流体160的流速渐增。对此，由于冷却流体160的流速与其所可提供的散热效果呈正相关，故增加冷却流体160的流速可导致提升散热效果。换言之，在隆起面116的前半区域R1内，冷却流体160提供的散热效果会随着隆起面116的隆起地形而渐增。
接着，对于沿着自入水信道140指向出水信道150的方向流经隆起面116的后半区域R2的冷却流体160而言，其会因靶材130与壳体110的隆起面116之间的距离渐增加致使冷却流体160的流速渐减。由于降低了冷却流体160的流速，故可达到减少冷却流体160施加予靶材130中心处的压力，从而减少靶材130所产生的应力。
也就是说，散热结构100可使冷却流体160在对应靶材130的中央处有较快的流速，并致使冷却流体160可对靶材130的中央处提供较强的散热效果，或可称冷却流体160提供予靶材130的散热效果会自隆起面116的隆起最高点朝入水信道140/出水信道150递减。通过此机制，散热结构100可适于对热源分布呈现“自中央往两侧递减”的靶材130进行散热，其中呈现“自中央往两侧递减”例如可以是呈现高斯分布、常态分布或钟形曲线。
反之，若未有如此将隆起面116与下表面114之间的距离设计成先增后减的结构，即冷却流体的通道间隙为固定的情况下，则冷却流体的流速从入水信道到出水信道会是固定的，再者，当总流量不变时，固定间隙宽度愈小，流速则愈大，致使压力梯度则越大。如此固定信道间隙的结构将无法适于对热源分布呈现“自中央往两侧递减”的靶材进行散热。
另一方面，可将隆起面116的渐增幅度与渐减幅度设计为相同或相异，从而利于控制冷却流体160的流动方向。具体来说，隆起面116的渐增幅度与渐减幅度可以是对等的，在此条件下，隆起面116会具有沿着第二方向D2延伸的第一对称线L1(如图1所示)，且隆起面116相对第一对称线L1为呈现线对称。然而，本揭露内容不以此为限，在其他实施方式中，隆起面116的渐增幅度与渐减幅度可以是相异的，举例来说，隆起面116在靠近入水通道140的一端与下表面114之间的距离可大于隆起面116在靠近出水通道150的一端与下表面114之间的距离，使得隆起面116的渐增幅度会小于渐减幅度。
也可将隆起面116设计成只在第一方向D1上有隆起变化，从而利于控制冷却流体160的流动方向，像是对冷却流体160在自入水信道140指向出水信道150的方向上的加速效果大于在其他方向上的加速效果。具体来说，隆起面116与下表面114之间的距离在沿着第二方向D2上为实质上相同的，在此条件下，隆起面116会具有沿着第一方向D1延伸的第二对称线L2(如图1所示)，且隆起面116相对第二对称线L2为呈现线对称。此外，壳体110可具有一对缓冲槽118A及118B。缓冲槽118A及118B位在隆起部112的相对两端且位在入水信道140与出水信道150之间，且隆起面116的最低位置和最高位置会高于入水信道140及出水信道150的最高位置。
通过此配置，当冷却流体160自入水信道140流入散热结构100内的时候，可防止冷却流体160直接进入靶材130与隆起面116之间的容置空间S。具体来说，自入水信道140流入散热结构100内的冷却流体160至少会在经两次的改变方向后，才流入靶材130与隆起面116之间的容置空间S，从而利于控制冷却流体的流动速度。另一方面，散热结构100可还包含密封垫圈170A及170B，其中壳体110可具有凹槽126A及126B，且密封垫圈170A及170B可分别设置在凹槽126A及126B内，密封垫圈170A及170B可提供气密性以及防水效果。
在部分实施方式中，隆起面116与靶材130之间的最小距离与隆起面116与靶材130之间的最大距离的差值可以是介于0.3毫米与0.7毫米之间，例如，隆起面116与靶材130之间的最小距离可以是0.5毫米，而隆起面116与靶材130之间的最大距离可以是1毫米。在部分实施方式中，图1的隆起面116在第一方向D1上的长度可以是介于160毫米与200毫米，而图1的隆起面116在第二方向D2上的长度则可以是介于60毫米与70毫米。在部分实施方式中，缓冲槽118A及118B的底部至靶材130之间的距离可以是介于25毫米至35毫米之间，而缓冲槽118A及118B的宽度则可以是介于8毫米至12毫米之间。在部分实施方式中，入水信道140及出水信道150可以是圆柱形通道，且此圆柱形通道的直径可以是介于18毫米至22毫米之间。
同前所述，由于散热结构100可适于对热源分布呈现自中央往两侧递减的靶材130进行散热，故散热结构100可适于应用在运作期间会致使靶材130有如此热源分布的装置，像是中子束产生装置，以下将以中子束产生装置为例来说明。
请参照图3，图3为依据本揭露内容的部分实施方式绘示中子束产生装置200的结构示意图。为了不使附图过于复杂，图3所绘的各层体之间的比例关系不一定与实际比例相同，且所绘制的结构用来辅助说明，而非用来限定结构中的各层体的相对位置关系，在其他实施方式中，也可省略部分层体或是额外再添加其他层体。
如图3所示，中子束产生装置200包含散热结构100、管体210以及加速器220。管体210设置在散热结构100上，且靶材130可配置在散热结构100与管体210之间，具体来说，靶材130可固定在散热结构100的壳体110的第二开口124内。在部分实施方式中，靶材130的材质可包含铍(Be)，且靶材130的厚度可以是介于1.5毫米与2.5毫米之间。管体210具有信道212，且加速器220可连接管体210，其中加速器220可用以通过信道212朝着靶材130发射离子束I。也就是说，自加速器220所产生的离子束I可通过通道212，进而使得离子束I能撞击靶材130，从而激发出适于使用在硼中子捕获治疗的中子束N。
请同时看到图3及图4，其中图4为绘示图3的靶材130的热能分布示意图。当加速器220通过信道212朝着靶材130发射离子束I的时候，所发射的离子束I的密度分布会呈现高斯分布，使得受离子束I撞击的靶材130的热源分布也会是呈现高斯分布，如图4的热源分布270所示。换言之，靶材130可视为是具高斯分布的热源，而由于散热结构100可适于对具有此种热源进行散热，故散热结构100可防止中子束产生装置200在运作期间发生不预期的损坏，像是防止靶材130因过热导致爆开。
综上所述，本揭露内容的散热结构包含壳体。壳体具有隆起部，且隆起部的隆起面与设置在壳体的靶材之间的距离在沿着第一方向上会是有变化的，从而致使流经隆起面的冷却流体在流速上可产生变化。因此，冷却流体在对应靶材的中央处可具有较快的流速，从而对靶材的中央处提供较强的散热效果。通过此机制，散热结构可适于应用在中子束产生装置。
虽然本揭露内容已以多种实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露内容，任何本领域技术人员，在不脱离本揭露内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露内容的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。
【符号说明】
100 散热结构
110 壳体
112 隆起部
114 下表面
116 隆起面
118A、118B 缓冲槽
122 第一开口
124 第二开口
126A、126B 凹槽
130 靶材
140 入水通道
150 出水通道
160 冷却流体
170A、170B 密封垫圈
200 中子束产生装置
210 管体
220 加速器
270 热源分布
2-2’ 线段
A1、A2 箭头
D1 第一方向
D2 第二方向
I 离子束
L1 第一对称线
L2 第二对称线
N 中子束
R1 前半区域
R2 后半区域
S 容置空间。
Claims (10)
1.一种散热结构，其特征在于，包含：
壳体，具有下表面、入水信道、出水信道以及隆起部，其中该入水信道及该出水信道位在该壳体的相对两端并位在该下表面之上，且沿着第一方向延伸，该隆起部位在该入水信道及该出水信道之间并位在该下表面之上，其中该隆起部朝着远离该下表面的方向隆起，且该隆起部具有背向该下表面的隆起面，该隆起面与该下表面之间的距离在沿着该第一方向上为先增后减的。
2.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，该隆起面为凸弧面。
3.如权利要求2所述的散热结构，其特征在于，该隆起面具有对称线，该对称线沿着第一方向延伸，且该隆起面相对该对称线为呈现线对称。
4.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，该隆起面与该下表面之间的距离在沿着第二方向上为实质上相同的，且该第二方向垂直该第一方向。
5.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，该壳体具有第一开口，且该隆起部延伸至该第一开口内。
6.如权利要求5所述的散热结构，其特征在于，该壳体具有第二开口，该第二开口连通该第一开口，并比该第一开口还远离该隆起部，且该第二开口的尺寸大于该第一开口的尺寸。
7.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，该壳体具有一对缓冲槽，分别位在该隆起部的相对两端且位在该入水信道与该出水信道之间。
8.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，该隆起面的最高位置高于该入水信道及该出水信道的最高位置。
9.如权利要求1所述的散热结构，其特征在于，该隆起面的最低位置高于该入水信道及该出水信道的最高位置。
10.一种中子束产生装置，其特征在于，包含：
如权利要求1至9的任一项的散热结构；
管体，设置在该散热结构上，并具有通道；以及
加速器，连接该管体，并用以通过该信道朝着配置在该散热结构与该管体之间的靶材发射离子束。
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