CN219481343U - 中子捕获治疗系统及用于粒子束产生装置的靶材 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种中子捕获治疗系统及用于粒子束产生装置的靶材，能提升靶材的散热性能，减少起泡，增加靶材寿命。本实用新型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束与靶材作用产生中子束，靶材包括作用层、抗发泡层和散热层，作用层与带电粒子束作用产生中子束，所述作用层的厚度为49μm‑189μm，抗发泡层抑制所述带电粒子束引起的起泡，散热层通过冷却介质将沉积在作用层的热量排出。

Description

中子捕获治疗系统及用于粒子束产生装置的靶材
技术领域
本实用新型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；本实用新型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束产生装置的靶材。
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。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型一方面提供了一种用于中子束产生装置的靶材，包括作用层、抗发泡层、散热层和导热层，所述作用层与带电粒子束作用产生中子束，所述抗发泡层沿所述带电粒子束的入射方向位于所述作用层的后面，并能够抑制所述带电粒子束引起的起泡；所述散热层将沉积在所述靶材中的热量传递出来，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层。
作为一种优选地，所述导热层设置在所述作用层和所述抗发泡层之间，所述导热层与所述散热层连接，由于抗发泡层散热性能较差，不能有效将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置导热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到散热层，并在散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命；热量传导基本不通过抗发泡层，抗发泡层仅需考虑抗起泡的特性而不用考虑其热传导性。
进一步地，所述导热层与所述散热层包围所述抗发泡层，所述散热层或者所述导热层形成有用于容纳所述抗发泡层的容纳空间。
更进一步地，所述容纳空间包括底面和与所述底面相连的侧壁，所述抗发泡层设置有与所述底面接触的顶面和与所述侧壁接触的外壁。
作为一种优选地，所述作用层的材料为Li或其化合物或其合金，所述散热层、导热层的材料为Cu或其化合物或其合金，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金。
作为一种优选地，所述靶材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于所述中心轴线的同一径向上，所述作用层到所述中心轴线的最大距离小于所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述散热层和所述导热层到所述中心轴线的最大距离。
作为一种优选地，所述靶材还包括用于防止作用层被氧化的抗氧化层，所述抗氧化层将所述作用层与空气隔离，沿带电粒子束的入射方向依次设置所述抗氧化层、作用层、导热层、抗发泡层和散热层。
进一步地，所述作用层、导热层、抗发泡层以形成膜的方式依次加工到所述散热层上，所述抗氧化层以形成膜的方式加工到所述作用层上或所述抗氧化层为高分子薄膜并通过膜覆盖工艺加工到所述作用层上。
进一步地，所述抗氧化层由Al或Al2O3或聚酰亚胺制成，抗氧化层使得靶材可以暴露在空气中而不需要特殊存储，尤其是在进行靶材安装、更换时十分便利，抗氧化层还可以防止作用层的副产物溢出靶材，抗氧化层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。
更进一步地，所述聚酰亚胺具有如下分子结构式：
本实用新型第二方面提供一种用于粒子束产生装置的靶材，所述靶材包括作用层、抗发泡层、第一散热层和第二散热层，所述作用层用于产生所述粒子束，所述抗发泡层能够抑制所述作用层在产生所述粒子束过程中的起泡，所述第一、第二散热层将沉积在所述靶材中的热量传递出来，所述抗发泡层设置在所述第一、第二散热层之间，所述第一散热层将所述作用层的热量传导到所述第二散热层。由于抗发泡层散热性能较差，不能有效将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置第一散热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到第二散热层，并在第二散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命；热量传导基本不通过抗发泡层，抗发泡层仅需考虑抗起泡的特性而不用考虑其热传导性。
作为一种优选地，所述第一散热层设置在所述作用层和所述抗发泡层之间，且所述第一散热层与所述第二散热层连接，使得第一散热层具有与作用层较大的接触面积并能够将热量快速传导到第二散热层。
进一步地，所述第一散热层和所述第二散热层包围所述抗发泡层，所述第一散热层或者所述第二散热层形成有用于容纳所述抗发泡层的容纳空间。热量传导基本不通过抗发泡层，抗发泡层仅需考虑抗起泡的特性而不用考虑其热传导性。
更进一步地，所述容纳空间包括底面和与所述底面相连的侧壁，所述抗发泡层具有与所述底面接触的顶面和与所述侧壁接触的外壁。
作为一种优选地，所述靶材还包括防止所述作用层被氧化的抗氧化层，所述抗氧化层、作用层、第一散热层、抗发泡层和第二散热层依次设置。抗氧化层使得靶材可以暴露在空气中而不需要特殊存储，尤其是在进行靶材安装、更换时十分便利，抗氧化层还可以防止作用层的副产物溢出靶材，抗氧化层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。
进一步地，所述作用层、第一散热层、抗发泡层以形成膜的方式依次加工到所述第二散热层上，所述抗氧化层以形成膜的方式加工到所述作用层上或所述抗氧化层为高分子薄膜并通过膜覆盖工艺加工到所述作用层上。
进一步地，所述靶材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于所述中心轴线的同一径向上，所述作用层到所述中心轴线的最大距离小于所述抗发泡层和所述抗氧化层到所述中心轴线的最大距离，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述第一散热层和所述第二散热层到所述中心轴线的最大距离。
进一步地，所述作用层的材料为Li或其化合物或其合金，所述第一散热层、第二散热层的材料为Cu或其化合物或其合金，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金，所述抗氧化层的材料为Al或Al2O3或聚酰亚胺。
更进一步地，所述聚酰亚胺具有如下分子结构式：
本实用新型第三方面提供一种用于粒子束产生装置的靶材，所述靶材包括作用层、抗发泡层、第一散热层和第二散热层，所述作用层用于产生所述粒子束，所述抗发泡层能够抑制所述作用层在产生所述粒子束过程中的起泡，所述第一、第二散热层将沉积在所述靶材中的热量传递出来，所述第一、第二散热层相互连接，所述第一散热层设置在所述作用层和所述抗发泡层之间。由于抗发泡层散热性能较差，不能有效将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置第一散热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到第二散热层，并在第二散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命；第一散热层具有与作用层较大的接触面积并能够将热量快速传导到第二散热层。
作为一种优选地，所述第一散热层和所述第二散热层包围所述抗发泡层，所述第一散热层或者所述第二散热层形成有用于容纳所述抗发泡层的容纳空间。热量传导基本不通过抗发泡层，抗发泡层仅需考虑抗起泡的特性而不用考虑其热传导性。
作为一种优选地，所述靶材还包括防止所述作用层被氧化的抗氧化层，所述抗氧化层、作用层、第一散热层、抗发泡层和第二散热层依次设置。抗氧化层使得靶材可以暴露在空气中而不需要特殊存储，尤其是在进行靶材安装、更换时十分便利，抗氧化层还可以防止作用层的副产物溢出靶材，抗氧化层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。
进一步地，所述作用层、第一散热层、抗发泡层以形成膜的方式依次加工到所述第二散热层上，所述抗氧化层以形成膜的方式加工到所述作用层上或所述抗氧化层为高分子薄膜并通过膜覆盖工艺加工到所述作用层上。
进一步地，所述靶材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于所述中心轴线的同一径向上，所述作用层到所述中心轴线的最大距离小于所述抗发泡层和所述抗氧化层到所述中心轴线的最大距离，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述第一散热层和所述第二散热层到所述中心轴线的最大距离。
进一步地，所述作用层的材料为Li或其化合物或其合金，所述第一散热层、第二散热层的材料为Cu或其化合物或其合金，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金，所述抗氧化层的材料为Al或Al2O3或聚酰亚胺。
更进一步地，所述聚酰亚胺具有如下分子结构式：
本实用新型第四方面提供一种用于粒子束产生装置的靶材，所述靶材包括抗氧化层、作用层、抗发泡层和散热层，所述作用层与入射的带电粒子束发生作用产生中子束，所述抗发泡层能够抑制所述作用层在产生所述粒子束过程中的起泡，所述抗氧化层为高分子薄膜，抗氧化层将所述作用层与空气隔离，使得靶材可以暴露在空气中而不需要特殊存储，尤其是在进行靶材安装、更换时十分便利，抗氧化层还可以防止作用层的副产物溢出靶材。
作为一种优选地，所述高分子薄膜的材料为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺具有如下分子结构式：
作为一种优选地，所述抗氧化层通过膜覆盖的工艺加工到所述作用层上。进一步地，所述抗氧化层具有大于5nm的厚度。
作为一种优选地，所述靶材还包括导热层，由于抗发泡层散热性能较差，不能有效地将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置导热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到散热层，并在散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由于温度过高引起的变形，延长靶材寿命；所述抗发泡层设置在所述导热层和所述散热层之间，所述导热层与所述散热层连接，并且所述导热层或所述散热层形成有用于容纳所述抗发泡层的容纳空间。热量传导基本不通过抗发泡层，抗发泡层仅需考虑抗起泡的特性而不用考虑其热传导性。
进一步地，所述容纳空间包括底面和与所述底面相连的侧壁，所述抗发泡层具有与所述底面接触的顶面和与所述侧壁接触的外壁。更进一步地，所述导热层具有5μm-50μm的厚度。
进一步地，所述靶材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于中心轴线的同一径向上，所述作用层到所述中心轴线的最大距离小于所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述导热层和所述散热层到所述中心轴线的最大距离。
进一步地，所述作用层、所述导热层、所述抗发泡层以形成膜的方式依次加工到所述散热层上。
进一步地，所述作用层的材料为Li或其化合物或其合金，所述导热层、所述散热层的材料为Cu或其化合物或其合金，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金。更进一步地，所述作用层具有49μm-189μm的厚度，与能量2.2MeV-3MeV的质子束发生充分反应，降低γ射线污染，也不会过厚造成能量沉积，影响靶材散热性能；所述抗发泡层构造为抑制所述带电粒子束引起的起泡并具有5μm-50μm的厚度，能够快速扩散由入射带电粒子束在靶材中产生的氢，减弱氢的集中度或将氢释放到外部，有效抑制入射带电粒子束引起的起泡，从而避免或减少靶材由起泡引起的变形，延长靶材寿命。
本实用新型第五方面提供了一种用于粒子束产生装置的靶材的基材，所述基材包括抗发泡层、第一散热层和第二散热层，所述抗发泡层能够抑制所述靶材在产生所述粒子束过程中的起泡，所述第一、第二散热层将沉积在所述靶材中的热量传递出来，所述抗发泡层设置在所述第一、第二散热层之间，且所述第一散热层与所述第二散热层连接。
作为一种优选地，所述第一散热层和所述第二散热层包围所述抗发泡层，所述第一散热层或者所述第二散热层形成有用于容纳所述抗发泡层的容纳空间。进一步地，所述容纳空间包括底面和与所述底面相连的侧壁，所述抗发泡层设置有与所述底面接触的顶面和与所述侧壁接触的外壁。
作为一种优选地，所述第一散热层、抗发泡层以形成膜的方式依次加工到所述第二散热层上。
作为一种优选地，所述基材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于所述中心轴线的同一径向上，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述第一散热层和所述第二散热层到所述中心轴线的最大距离。
作为一种优选地，所述第一散热层、第二散热层的材料为Cu或其化合物或其合金，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金。
本实用新型第六方面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束与所述靶材作用产生中子束，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，所述靶材包括作用层、抗发泡层、散热层和导热层，所述作用层与带电粒子束作用产生所述中子束，所述抗发泡层沿所述带电粒子束的入射方向位于所述作用层的后面并能够抑制所述带电粒子束引起的起泡，所述散热层沿所述带电粒子束的入射方向位于所述抗发泡层的后面并将沉积在所述靶材中的热量传递出来，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层。由于抗发泡层散热性能较差，不能有效将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置导热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到散热层，并在散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命。
作为一种优选地，所述导热层设置在所述作用层和所述抗发泡层之间，且所述导热层与所述散热层连接，使得导热层具有与作用层较大的接触面积并能够将热量快速传导到散热层。
作为一种优选地，所述散热层和所述导热层包围所述抗发泡层，且所述导热层与所述散热层连接。热量传导基本不通过抗发泡层，抗发泡层仅需考虑抗起泡的特性而不用考虑其热传导性。进一步地，所述散热层或者所述导热层形成有用于容纳所述抗发泡层的容纳空间。更进一步地，所述容纳空间包括底面和与所述底面相连的侧壁，所述抗发泡层设置有与所述底面接触的顶面和与所述侧壁接触的外壁。
作为一种优选地，所述抗发泡层由抑制发泡的材料制成，如在200℃下的氢扩散系数不小于10E-6cm2/s的材料，进一步地，所述抗发泡层的材料包括Nb、Ta、Pd、V及其合金、化合物中的至少一种；所述散热层、导热层由导热材料制成，进一步地，所述散热层、导热层的材料包括Cu、Fe、Al及其合金、化合物中的至少一种。
作为一种优选地，所述靶材还包括防止所述作用层被氧化的抗氧化层，所述抗氧化层沿所述带电粒子束的入射方向位于所述作用层的前面，抗氧化层使得靶材可以暴露在空气中而不需要特殊存储，尤其是在进行靶材安装、更换时十分便利，抗氧化层还可以防止作用层的副产物溢出靶材，抗氧化层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，进一步地，所述抗氧化层的材料包括Al、Ti及其合金、化合物或者不锈钢中的至少一种。
进一步地，沿所述带电粒子束入射方向依次设置所述抗氧化层、所述作用层、所述导热层、所述抗发泡层和所述散热层。
进一步地，所述作用层、导热层、抗发泡层以形成膜的方式依次加工到所述散热层上，所述抗氧化层以形成膜的方式加工到所述作用层上或所述抗氧化层为高分子薄膜并通过膜覆盖工艺加工到所述作用层上。更进一步地，在真空环境下将所述抗氧化层、作用层、导热层、抗发泡层的材料依次蒸发为气体沉积到所述散热层上，能够精确控制靶材各层的厚度。
进一步地，所述靶材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于所述中心轴线的同一径向上，所述作用层到所述中心轴线的最大距离小于所述抗发泡层和所述抗氧化层到所述中心轴线的最大距离，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述散热层和所述导热层到所述中心轴线的最大距离。
进一步地，所述作用层的材料为Li或其化合物或其合金，所述带电粒子束为质子束，所述散热层、导热层的材料为Cu或其化合物或其合金，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金，所述抗氧化层的材料为Al或Al2O3或聚酰亚胺。
更进一步地，所述聚酰亚胺具有如下分子结构式：
更进一步地，所述质子束能量为2.2MeV-3MeV，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；所述作用层具有49μm-189μm的厚度，与质子能发生充分的反应，降低γ射线污染，也不会过厚造成能量沉积，影响靶材散热性能；所述抗发泡层具有为5μm-50μm的厚度，能够快速扩散由入射带电粒子束在靶材中产生的氢，减弱氢的集中度或将氢释放到外部，有效抑制入射带电粒子束引起的起泡，从而避免或减少靶材由起泡引起的变形，延长靶材寿命；所述抗氧化层的厚度大于5nm，所述导热层具有5μm-50μm的厚度，所述靶材的使用寿命不小于200mA-h。
作为一种优选地，中子捕获治疗系统还包括治疗台和准直器，所述中子产生装置产生的中子束通过所述射束整形体照射向所述治疗台上的患者，所述患者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患者正常组织的辐射，所述准直器设置在所述射束出口后部以汇聚中子束，所述射束整形体内设置第一、第二冷却管，所述靶材的散热层具有冷却进口、冷却出口和设置在所述冷却进口和冷却出口之间的曲折状的冷却通道，所述第一、第二冷却管的一端分别与所述靶材的冷却进口和冷却出口连接，另一端连接到外部冷却源，所述曲折状的冷却通道的弯曲几何为连续弯曲的平滑曲线或依次首尾相连的曲线段或直线段，所述连续弯曲的平滑曲线为弦波函数。曲折状的通道延长了流通路径，能够增加传热壁面与冷却介质的接触面积从而增加散热表面，同时形成二次流，增加搅混效应，提升传热能力和散热效果，有助于延长靶材的寿命。冷却通道采用连续弯曲的平滑曲线，如弦波函数，能进一步减少流动路径造成的流动阻力。
进一步地，靶材位于所述射束整形体内，所述加速器具有对带电粒子束进行加速的加速管，所述加速管沿带电粒子束方向伸入所述射束整形体并依次穿过所述反射体和缓速体，所述靶材设置在所述缓速体内并位于所述加速管端部，所述第一、第二冷却管设置在所述加速管与所述反射体和缓速体之间。
本实用新型第七方面提供了一种中子捕获治疗系统，所述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束与所述靶材作用产生中子束，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，所述靶材包括作用层、抗发泡层、散热层，所述作用层与带电粒子束作用产生所述中子束，所述抗发泡层能够抑制所述作用层在产生中子束过程中的发泡，所述作用层的厚度为49μm-189μm，与质子束能发生充分的反应，降低γ射线污染，也不会过厚造成能量沉积，影响靶材散热性能。
作为一种优选地，所述作用层的厚度为97μm。
作为一种优选地，所述靶材还包括导热层，所述导热层设置在所述作用层与所述抗发泡层之间，且所述导热层与所述散热层连接，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层。由于抗发泡层散热性能较差，不能有效将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置导热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到散热层，并在散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命。更进一步地，所述导热层的厚度为5μm-50μm，所述抗发泡层的厚度为5μm-50μm，抗发泡层能够快速扩散由入射带电粒子束在靶材中产生的氢，减弱氢的集中度或将氢释放到外部，有效抑制入射带电粒子束引起的起泡，从而避免或减少靶材由起泡引起的变形，延长靶材寿命。
作为一种优选地，所述作用层的材料为Li或其化合物或其合金，所述带电粒子束能量为2.2MeV-3MeV，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。
进一步地，所述散热层、导热层的材料为Cu或其化合物或其合金，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金。
进一步地，所述作用层、导热层、抗发泡层以形成膜的方式依次加工到所述散热层上。
进一步地，所述靶材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于所述中心轴线的同一径向上，所述作用层到所述中心轴线的最大距离小于所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述散热层和所述导热层到所述中心轴线的最大距离。
作为一种优选地，所述靶材还包括抗氧化层，所述抗氧化层将所述作用层与空气隔离并具有大于5nm的厚度，抗氧化层使得靶材可以暴露在空气中而不需要特殊存储，尤其是在进行靶材安装、更换时十分便利，抗氧化层还可以防止作用层的副产物溢出靶材，抗氧化层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；所述抗氧化层由Al2O3或聚酰亚胺制成，所述抗氧化层以形成膜的方式加工到所述作用层上或所述抗氧化层为高分子薄膜并通过膜覆盖工艺加工到所述作用层上。
本实用新型第八方面提供了一种用于粒子束产生装置的靶材，沿带电粒子束的入射方向依次包括抗氧化层、作用层、抗发泡层和散热层，所述作用层与带电粒子束作用产生中子束并具有49μm-189μm的厚度，与质子能发生充分的反应，降低γ射线污染，也不会过厚造成能量沉积，影响靶材散热性能；所述抗氧化层将所述作用层与空气隔离并具有大于5nm的厚度，抗氧化层使得靶材可以暴露在空气中而不需要特殊存储，尤其是在进行靶材安装、更换时十分便利，抗氧化层还可以防止作用层的副产物溢出靶材，抗氧化层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；所述抗发泡层构造为抑制所述带电粒子束引起的起泡并具有5μm-50μm的厚度，能够快速扩散由入射带电粒子束在靶材中产生的氢，减弱氢的集中度或将氢释放到外部，有效抑制入射带电粒子束引起的起泡，从而避免或减少靶材由起泡引起的变形，延长靶材寿命。
作为一种优选地，所述带电粒子束的能量为2.2MeV-3MeV，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。
作为一种优选地，所述靶材还包括导热层，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层，所述导热层具有5μm-50μm的厚度。由于抗发泡层散热性能较差，不能有效将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置导热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到散热层，并在散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命。
进一步地，所述抗发泡层设置在所述散热层和所述导热层之间，且所述导热层与所述散热层连接，所述散热层或所述导热层形成有用于容纳所述抗发泡层的容纳空间。热量传导基本不通过抗发泡层，抗发泡层仅需考虑抗起泡的特性而不用考虑其热传导性。
进一步地，所述作用层的材料为Li或其化合物或其合金，所述散热层、导热层的材料为Cu或其化合物或其合金，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金，所述抗氧化层由Al2O3或聚酰亚胺制成。
进一步地，所述作用层、导热层、抗发泡层以形成膜的方式依次加工到所述散热层上，所述抗氧化层以形成膜的方式加工到所述作用层上或所述抗氧化层为高分子薄膜并通过膜覆盖工艺加工到所述作用层上。
进一步地，所述靶材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于所述中心轴线的同一径向上，所述作用层到所述中心轴线的最大距离小于所述抗发泡层和所述抗氧化层到所述中心轴线的最大距离，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述散热层和所述导热层到所述中心轴线的最大距离。
本实用新型第九方面提供了一种用于粒子束产生装置的靶材的加工设备，所述靶材包括作用层、抗发泡层、散热层，所述作用层用于产生所述粒子束，所述抗发泡层能够抑制所述作用层在产生所述粒子束过程中的起泡，所述散热层将沉积在所述靶材中的热量传递出来，所述加工设备包括真空室、排气装置、蒸发源、支架和加热装置；所述排气装置用于对所述真空室排气以形成真空环境；所述蒸发源用于将所述抗发泡层、作用层的材料在所述真空室中依次蒸发为气体；所述支架用于放置所述散热层；所述加热装置用于将所述散热层加热后，使得所述气体的材料依次沉积在所述散热层面向所述蒸发源的表面。采用该加工设备，能够精确控制靶材各层的厚度
作为一种优选地，所述靶材还包括用于防止所述作用层被氧化的抗氧化层，所述蒸发源将所述作用层蒸发为气体后将所述抗氧化层蒸发为气体。
作为一种优选地，所述靶材还包括导热层，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层，所述蒸发源将所述抗发泡层蒸发为气体后将所述导热层蒸发为气体，然后再将所述作用层蒸发为气体。由于抗发泡层散热性能较差，不能有效将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置导热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到散热层，并在散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命。
进一步地，所述加工设备还包括膜厚度检测装置，所述膜厚度检测装置用于检测所述作用层、抗发泡层的厚度并控制气体的沉积速度。
本实用新型第十方面提供了一种用于粒子束产生装置的靶材的加工方法，所述靶材包括作用层、抗发泡层、散热层和导热层，所述作用层用于产生所述粒子束，所述抗发泡层能够抑制所述作用层在产生所述粒子束过程中的起泡，所述散热层将沉积在所述靶材中的热量传递出来，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层，所述加工方法包括在所述散热层上依次以形成膜的方式加工所述抗发泡层、导热层、作用层。由于抗发泡层散热性能较差，不能有效将沉积在作用层的热量传导到散热层，设置导热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到散热层，并在散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命；采用该加工方法，能够精确控制靶材各层的厚度。
作为一种优选地，所述靶材还包括抗氧化层，所述抗氧化层用于防止所述作用层被氧化，所述加工方法包括将薄膜状的抗氧化层覆盖到所述作用层上，或者将所述抗氧化层以形成膜的方式加工到所述作用层上。
作为一种优选地，所述形成膜的方式为物理气相沉积、溅镀、热焊镀或原子层沉积。
本实用新型第十一方面提供了一种用于中子束产生装置的靶材的加工方法，所述靶材包括抗氧化层、作用层、抗发泡层和散热层，所述作用层与带电粒子束作用产生中子束，所述抗氧化层沿所述带电粒子束的入射方向位于所述作用层的前面并防止所述作用层被氧化，所述抗发泡层沿所述带电粒子束的入射方向位于所述作用层的后面并能够抑制所述带电粒子束引起的起泡，所述散热层沿所述带电粒子束的入射方向位于所述抗发泡层的后面并将沉积在所述靶材中的热量传递出来，所述抗氧化层与所述作用层的加工方法不同。
作为一种优选地，所述靶材还包括导热层，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层，所述抗发泡层、导热层、作用层以形成膜的方式依次加工到所述散热层上。进一步地，在真空环境下将所述作抗发泡层、导热层、作用层的材料依次蒸发为气体沉积到所述散热层上，能够精确控制靶材各层的厚度。
作为一种优选地，所述抗氧化层为高分子薄膜，所述抗氧化层通过膜覆盖工艺加工到所述作用层上。且采用高分子薄膜组装方便，成本较低。
本实用新型所述的中子捕获治疗系统及用于粒子束产生装置的靶材，通过设置导热层将沉积在作用层的热量直接快速传导到散热层，并在散热层通过冷却介质将热量排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的中子捕获治疗系统示意图；
图2为本实用新型实施例中的靶材的示意图；
图3为图2中的靶材的分解示意图；
图4为图2中的靶材的散热层的第一实施例的示意图；
图5为图4中的散热层的第一板的示意图；
图6为图2中的靶材的散热层的第二实施例的示意图；
图7为图6中的散热层的第一板的示意图；
图8为本实用新型实施例中的靶材的加工方法的流程图；
图9为本实用新型实施例中的靶材的加工设备的示意图；
图10为本实用新型实施例中模拟计算的2.2MeV质子轰击不同厚度锂靶的中子产额；
图11为本实用新型实施例中模拟计算的2.5MeV质子轰击不同厚度锂靶的中子产额；
图12为本实用新型实施例中模拟计算的3MeV质子轰击不同厚度锂靶的中子产额。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型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，产生如质子束的带电粒子束C，带电粒子束C照射到靶材T并与靶材T作用产生中子束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。本领域技术人员熟知的，靶材T也可以由Li、Be的合金、化合物或其他材料制成，例如由Ta或W及其合金、化合物等形成。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(＞40keV)调整到超热中子能区(0.5eV-40keV)，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、FluentalTM、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(＜0.5eV)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，可以理解，热中子吸收体也可以是和缓速体一体的，缓速体的材料中含有Li-6；辐射屏蔽体24围绕射束出口25设置，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具有对带电粒子束C进行加速的加速管111，本实施例中，加速管111沿带电粒子束C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包括作用层12、抗发泡层13、(第二)散热层14和(第一散热层)导热层15。作用层12与带电粒子束C作用产生中子束，在产生中子的过程中靶材会受到非常高能量等级的加速带电粒子束C的照射，从而引起靶材起泡和温度上升，造成靶材使用寿命降低。抗发泡层13沿带电粒子束C入射方向位于作用层12的后面并能够快速扩散由入射带电粒子束C在靶材T中产生的氢，减弱氢的集中度或将氢释放到外部，有效抑制入射带电粒子束C引起的起泡，从而避免或减少靶材T由起泡引起的变形，延长靶材寿命；抗发泡层13由抑制发泡的材料制成，如在200℃下的氢扩散系数不小于10E-6cm2/s的材料，一实施例中，抗发泡层13的材料包括Nb、Ta、Pd、V及其合金、化合物中的至少一种。散热层14沿带电粒子束C入射方向位于抗发泡层13的后面并将沉积在靶材中的热量传递出来通过冷却介质排出，降低靶材的温度，防止靶材由温度过高引起的变形，延长靶材寿命。由于抗发泡层13散热性能较差，不能有效将沉积在作用层12的热量传导到散热层14，设置导热层15将沉积在作用层12的热量直接快速传导到散热层14。散热层14、导热层15由导热材料，制成，一实施例中，散热层14、导热层15的材料包括Cu、Fe、Al及其合金、化合物中的至少一种。导热层15设置在作用层12和抗发泡层13之间，且导热层15与散热层14连接，即抗发泡层13设置在相互连接的散热层14和导热层15之间，这样的设置使得导热层15具有与作用层12较大的接触面积并能够将热量快速传导到散热层14，热量传导基本不通过抗发泡层13，抗发泡层13仅需考虑抗起泡的特性而不用考虑其热传导性。如图3，本实施例中，散热层14和导热层15包围抗发泡层13，导热层15形成有用于容纳抗发泡层13的容纳空间151，容纳空间151包括底面1511和与底面1511相连的侧壁1512，抗发泡层13设置有与底面1511接触的顶面131和与侧壁1512接触的外壁132，可以理解，容纳空间也可以由散热层形成或由导热层和散热层共同形成。靶材T还可以包括防止作用层12被氧化的抗氧化层16，抗氧化层16沿带电粒子束C入射方向位于作用层12的前面，抗氧化层16与导热层15共同将作用层12封闭，即将作用层12与空气隔离，使得靶材T可以暴露在空气中而不需要特殊存储，尤其是在进行靶材安装、更换时十分便利，且极大地降低了成本，抗氧化层16还可以防止作用层12的副产物(如8Be)溢出靶材T，抗氧化层16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、化合物或者不锈钢中的至少一种；一实施例中，采用Al2O3，由于其预氧化具有更好的抗氧化作用，同时Al被中子活化后的放射性产物半衰期较短，降低二次辐射；另一实施例中，抗氧化层16为高分子薄膜，如聚酰亚胺(PI，polyimide)膜，聚酰亚胺具有如下分子结构：
聚酰亚胺耐高温并具有高绝缘性能、优良的机械性能、很高的耐辐照性能、热分解温度达400摄氏度以上，可有效屏蔽高能中子，对深部肿瘤能够降低对正常组织的辐射损伤；且将高分子薄膜以膜覆盖工艺(如热压、胶粘等)加工到作用层12上，组装方便、成本较低。可以理解，也可以不设置抗氧化层。
一实施例中，采用质子束轰击锂靶产生中子，质子束沿入射方向依次穿过抗氧化层16、作用层12、导热层15、抗发泡层13和散热层14，质子束能量为2.2MeV-3MeV，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12的厚度为49μm-189μm，与质子能发生充分的反应，降低γ射线污染，也不会过厚造成能量沉积，影响靶材散热性能。
利用仿真软件分别模拟2.2MeV、2.5MeV及3MeV能量质子束轰击不同厚度的锂靶，获得不同锂靶厚度下的中子产额，如图10-12所示，质子束能量为2.2MeV，对应靶材作用层厚度为49μm时，中子产额最高；质子束能量为2.5MeV，对应靶材作用层厚度为97μm时，中子产额最高；质子束能量为3MeV，对应靶材作用层厚度为189μm时，中子产额最高。
本实施例质子束能量为2.5MeV，靶材作用层12的厚度为97μm，可以获得照射所需的中子束，同时中子产率不会太低。
Ta被中子活化后会产生放射性产物，抗发泡层13的厚度在将残余的质子束全部吸收的前提下应尽量薄，抗发泡层13的厚度可以为5μm-50μm；为降低质子束的能量损失，抗氧化层16的厚度应尽量薄，可以大于5nm；导热层15为满足将热量快速传导到散热层14，采用超高纯度的Cu，厚度为5μm-50μm；靶材使用寿命不小于200mA-h。
靶材T整体为平板状并具有垂直于板面的中心轴线A，可以理解，上文所述的厚度为靶材T各层沿靶材T的中心轴线A的厚度，靶材T各层边缘根据结构需要厚度可能有所不同。
散热层14可以有多种构造，散热层14的厚度根据冷却结构满足需求即可，在图4和图5示出的散热层的第一实施例中，散热层14为板状，包括第一板141和第二板142，第一板141具有面向作用层12的第一侧1411和与第一侧1411相对的第二侧1412，第二侧1412上形成供冷却介质流通的冷却通道P，第二板142与第一板141的第二侧1412紧密接触，可以理解，冷却通道P也可以设置在第二板142上与第一板141相对的一侧上。冷却通道P为曲折状，曲折状的冷却通道P包括多个子平行曲折通道P1，即由多个曲折状的壁W平行排列，相邻的壁W之间形成曲折状的槽S(即子平行曲折通道P1)。子平行曲折通道P1的弯曲几何为弦波函数：
其中，为相位角、x为冷却介质流通方向(下文详述)的坐标、k为振幅、T为周期。
可以理解，冷却通道P还可以为其他的曲折形状，如连续弯曲的平滑曲线或依次首尾相连的曲线段或直线段，曲折状的通道延长了流通路径，能够增加传热壁面与冷却介质的接触面积从而增加散热表面，同时形成二次流，增加搅混效应，提升传热能力和散热效果，有助于延长靶材的寿命。冷却通道P采用连续弯曲的平滑曲线，如弦波函数，能进一步减少流动路径造成的流动阻力。曲折状的冷却通道P也可以有其他的排布方式。
散热层14还具有冷却进口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，冷却介质从冷却进口IN进入，通过冷却通道P，然后从冷却出口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，导热层和散热层将热量导出，并通过流通在冷却通道内的冷却介质将热量带出，从而对靶材T进行冷却。冷却进口IN和冷却出口OUT各有3个，对称设置在第一板141上冷却通道P的两端，并在第一侧1411到第二侧1412的方向上延伸贯通，在第二侧1412上还形成有进口槽S1和出口槽S2，进口槽S1、出口槽S2分别连通冷却进口IN、冷却出口OUT和各个子平行曲折通道P1，使得从冷却进口IN进入的冷却介质从进口槽S1分别进入各个子平行曲折通道P1，再经过出口槽S2从冷却出口OUT出去。可以理解，冷却进口IN和冷却出口OUT可以为其他的个数或其他的形式，还可以同时设置在第二板上或分别设置在第一板上和第二板上。冷却进口IN和冷却出口OUT外围还设置有周向壁W1，第二板142与周向壁W1面向第二板142的表面紧密接触，在第一板141和第二板142之间形成容腔，使得从冷却进口IN进入的冷却介质只能通过冷却出口OUT出去，第二板142与第一板141接触的面为平面，曲折状的壁W的高度和周向壁W1的高度相同；可以理解，也可以为阶梯面或其他构造，此时曲折状的壁W的高度和周向壁W1的高度可能不同，只要使得各个子平行曲折通道P1之间是相互独立的即可。相邻的子平行曲折通道P1中的冷却介质流通方向D(冷却通道中冷却介质整体的流通方向)也可以不同，进一步增加散热效率。进口槽S1和出口槽S2可以有其他的设置方式，如使得冷却介质依次流经各个子平行曲折通道P1。本实施例中，第一板和第二板的材料都为Cu，具有较好的散热性能且成本较低。形成冷却通道P的槽S的个数及大小根据实际靶的尺寸决定，槽的横截面形状也可以是多样的，如矩形、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。
第一板141和第二板142一起通过螺栓或螺钉等连接件或其他固定结构，如焊接等，固定到缓速体22内或加速管111端部，或者第一板141和第二板142先连接再将其中之一固定到缓速体22内或加速管111端部。可以理解，散热层还可以采用其他可拆卸的连接进行固定或安装，便于更换靶材；散热层14还可以具有支撑件(图中未示出)，第一板141和/或第二板142通过支撑件进行固定，冷却进口IN和冷却出口OUT也可以设置在支撑件上。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。冷却介质可以为去离子水，具备极低的电导率，防止在高电压环境下产生漏电流及对中子束的生成产生干扰，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。
如图6和图7，为散热层的第二实施例，下面仅描述与第一实施例不同的地方。在散热层的第二实施例中，曲折状的冷却通道P′包括多个子螺旋曲折通道P1′，即由一个或多个曲折状的壁W′围绕同一中心以螺旋线展开，每个壁W′在径向上形成很多层，各个壁W′形成的层在径向上交互排列，相邻的层之间形成槽S′(即子螺旋曲折通道P1′)。子螺旋曲折通道P1′的轨迹函数为：
其中，Rin为中心半径、Rout为外半径、θ为极坐标角度、K为振幅、T为周期。
冷却进口IN′设置在第二板142′的中心，与各子螺旋曲折通道P1′的中心贯通，冷却出口OUT′有4个，周向平均设置在第一板141′上冷却通道P′的外围，在第一侧1411′到第二侧1412′的方向上延伸贯通，可以理解，还可以有其他的设置方式。冷却通道P′的中心，即各子螺旋曲折通道P1′的中心，作为进口槽S1′，在第一板141′的第二侧1412′上还形成有出口槽S2′，出口槽S2′连通冷却出口OUT′和各个子螺旋曲折通道P1′，使得从冷却进口IN′进入的冷却介质从冷却通道P′中心分别进入各个子螺旋曲折通道P1′，再经过出口槽S2′从冷却出口OUT′出去。冷却出口OUT′外围设置有周向壁W1′，第二板142′与周向壁W1′面向第二板142′的表面紧密接触，在第一板141′和第二板142′之间形成容腔，使得从冷却进口IN′进入的冷却介质只能通过冷却出口OUT′出去，第二板142′与第一板141′接触的面为平面，曲折状的壁W′的高度和周向壁W1′的高度相同；可以理解，也可以为阶梯面或其他构造，此时曲折状的壁W′的高度和周向壁W1′的高度可能不同，只要使得各个子螺旋曲折通道P1′之间是相互独立的即可。相邻的子螺旋曲折通道P1′中的冷却介质流通方向也可以不同，进一步增加散热效率。第一板141′的中心处还可以设置有突出部1413′，用于整流和增加传热面积，降低中心热点温度。突出部1413′的高度可以高于壁W′和周向壁W1′的高度，并伸入第二板上的冷却进口IN′；突出部1413′的形状可以为实心锥体、空心锥体、片状等。
为实现上述靶材的构造，靶材T可以采用将其他各层(抗氧化层16、作用层12、导热层15、抗发泡层13)以形成膜的方式加工到散热层14上，如PVD(Physical VaporDeposition，物理气相沉积)、溅镀、热焊镀、原子层沉积等。如图8，靶材T的制造工艺如下：
S10：放置散热层14(以铜板构造)，散热层14到靶材T的中心轴线A的最大距离为R1；
S20：在散热层14的表面以形成膜的方式加工抗发泡层13(Ta)，如通过溅镀，抗发泡层13到中心轴线A的最大距离为R2，R2小于R1，需要对散热层14不需要形成膜(抗发泡层13)的区域进行遮挡，如使用金属板遮挡散热层14的表面到中心轴线A的距离在R2-R1的区间；
S30：在抗发泡层13的表面以形成膜的方式加工导热层15(Cu)，如通过溅镀，导热层15到中心轴线A的最大距离为R3，R3大于R2，即进行步骤S32之前将需步骤S31中进行遮挡用的金属板移除；
S40：在导热层15的表面以形成膜的方式加工作用层12(Li)，如通过热焊镀或PVD，作用层12到中心轴线A的最大距离为R4，R4小于R3，需要对步骤S32得到的工件的表面不需要形成膜(作用层12)的区域进行遮挡，如使用金属板遮挡步骤S32得到的工件的表面到中心轴线A的距离在R4-R3的区间，本实施例中，R4小于R2，使得抗发泡层能够完全吸收残余的质子；
S50：在作用层12的表面以形成膜的方式加工抗氧化层16(Al2O3)，如通过原子层沉积，抗氧化层16到中心轴线A的最大距离为R5，R5大于R4，即进行步骤S34之前将需步骤S33中进行遮挡用的金属板移除。
本实施例中，R5和R3等于R1，可以理解，也可以有其他的设置。
当抗氧化层16为高分子薄膜(如PI膜)，步骤S50也可以是将高分子薄膜制品的抗氧化层16通过膜覆盖工艺加工到作用层12上，如通过热压、胶粘工艺，可以采用不含水份的有机硅压敏胶粘剂，不会与金属层发生反应，组装方便，成本较低；还可以是将液态的高分子薄膜材料涂布在作用层12上然后固化(也可以视为以形成膜的方式加工)，如旋转涂布，更加均匀。
一实施例中，靶材T采用在真空环境下将各层(抗氧化层16、作用层12、导热层15、抗发泡层13)材料依次形成气体沉积到散热层14(PVD)，如图9，该实施例中，靶材T的加工设备300包括真空室310、排气装置320、蒸发源330、支架340、加热装置350。排气装置320对真空室310排气以形成真空环境。蒸发源330将各层材料在真空室310中依次蒸发为气体，本实施例中，蒸发源330为电子束或离子束蒸发，设置在真空室的底部。支架340用于放置散热层14，本实施例中，支架340设置在真空室310顶部，加热装置350将散热层14加热后，气体材料沉积在散热层14面向蒸发源330的表面。加工设备300还可以包括膜厚度检测装置360，用于检测各层材料的厚度并控制气体沉积速度。
采用上述加工设备和工艺，能够精确控制靶材各层的厚度，支架340还可以为旋转结构，其上固定多个散热层，依次进行成膜加工，提高加工效率；还可以同时加工多个靶材，可以理解，加工设备300还可以有其他的构造方式。
本实施例的靶材，由于其结构及加工工艺，具有较好的抗起泡及散热性能，使用寿命不小于400mA-h。可以理解，本实施例的加工设备及加工方法也可以用于不具有抗氧化层或导热层的靶材，靶材T也可以采用其他制造方式。
本实施例中，靶材T整体呈圆板状；可以理解，靶材T还可以为矩形或其他形状的平板状；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束与靶材均匀作用。抗发泡层13、散热层14和导热层15还可以组成靶材T的基材T1，用于在其上加工不同的作用层12从而形成不同的靶材T。靶材T还可以包括用于支撑或安装靶材的支撑部(图未示)，支撑部还可以用于安装第一、第二冷却管D1、D2的至少一部分，支撑部可以由铝合金材料制成，Al被中子活化后的放射性产物半衰期较短，降低二次辐射。
可以理解，本实用新型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束与靶材的核反应，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束产生装置。
尽管上面对本实用新型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实用新型，但应该清楚，本实用新型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实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，都在本实用新型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，所述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束与所述靶材作用产生中子束，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；所述靶材沿带电粒子束的入射方向依次包括作用层、抗发泡层和散热层，所述抗发泡层能够抑制所述作用层在产生所述中子束过程中的起泡，所述作用层的厚度为49μm-189μm。
2.如权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述靶材还包括导热层，所述导热层设置在所述作用层与所述抗发泡层之间，且所述导热层与所述散热层连接，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层。
3.如权利要求2所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述导热层具有5μm-50μm的厚度，所述抗发泡层具有5μm-50μm的厚度。
4.如权利要求1所述的中子捕获治疗系统，其特征在于，所述作用层的材料为Li或其化合物或其合金，与所述作用层发生作用的带电粒子束的能量为2.2MeV-3MeV。
5.一种用于粒子束产生装置的靶材，其特征在于，包括作用层、抗发泡层和散热层，所述抗发泡层抑制所述作用层在与带电粒子束作用过程中引起的起泡，所述作用层与带电粒子束作用产生中子束并具有49μm-189μm的厚度。
6.如权利要求5所述的靶材，其特征在于，所述靶材还包括导热层，所述导热层设置在所述作用层与所述抗发泡层之间，所述导热层将所述作用层的热量传导到所述散热层，所述导热层具有5μm-50μm的厚度。
7.如权利要求6所述的靶材，其特征在于，所述导热层与所述散热层连接，所述散热层或所述导热层形成有用于容纳所述抗发泡层的容纳空间。
8.如权利要求7所述的靶材，其特征在于，所述靶材还包括抗氧化层，所述靶材为平板状并具有垂直于板面的中心轴线，在垂直于所述中心轴线的同一径向上，所述作用层到所述中心轴线的最大距离小于所述抗发泡层和所述抗氧化层到所述中心轴线的最大距离，所述抗发泡层到所述中心轴线的最大距离小于所述散热层和所述导热层到所述中心轴线的最大距离。
9.如权利要求5所述的靶材，其特征在于，所述抗发泡层的材料为Ta或其化合物或其合金，且具有5μm-50μm的厚度。
10.如权利要求5所述的靶材，其特征在于，所述靶材还包括抗氧化层，所述抗氧化层将所述作用层与空气隔离并具有大于5nm的厚度。
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