ES2879661T3 - Objetivo de neutrones para terapia de captura de neutrones por boro - Google Patents

Abstract

Un aparato, que comprende: un dispositivo giratorio (112) que incluye una entrada de refrigerante (112A) y una salida de refrigerante (112B); y una pluralidad de segmentos de producción de neutrones (104A-104D), cada segmento de producción de neutrones (104A-104D) de la pluralidad de segmentos de producción de neutrones (104A-104D) acoplado de manera desmontable al dispositivo giratorio (112), cada segmento de producción de neutrones (104A-104D) de la pluralidad de segmentos de producción de neutrones (104A-104D) que comprende: un sustrato (106A-D) que tiene un circuito de canal de refrigerante (110A-D) definido dentro del mismo, el circuito de canal de refrigerante (110A-D) en comunicación fluida con la entrada de refrigerante (112A) y la salida de refrigerante (112B); y una capa de fuente de neutrones sólida (108A-D), dispuesta en una superficie del sustrato (106A-D).

Description

DESCRIPCIÓN

Objetivo de neutrones para terapia de captura de neutrones por boro

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de la fecha de presentación de la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. N° 62/157.652, presentada el 6 de mayo de 2015.

Campo de la descripción

La presente descripción se refiere a los métodos y sistemas para generar neutrones usando un material de fuente de neutrones.

Antecedentes

Las fuentes de neutrones tienen muchas aplicaciones potenciales, incluyendo tratamientos médicos, producción de isótopos, detección de materiales explosivos/fisibles, análisis de minerales de metales preciosos, formación de imágenes y otras. Un área de interés particular es la terapia de captura de neutrones por boro (BNCT), que es una técnica de tratamiento del cáncer en la que se concentra boro preferentemente en el tumor maligno de un paciente y un haz de neutrones se dirige a través del paciente al tumor que contiene boro. Cuando los átomos de boro capturan un neutrón, se producen partículas que tienen la energía suficiente para causar un daño severo al tejido en el que está presente. El efecto es muy localizado y, como resultado, esta técnica se puede usar como método de tratamiento del cáncer altamente selectivo, afectando solamente a las células específicamente dirigidas.

Muchas actividades que emplean fuentes de neutrones se llevan a cabo actualmente en reactores de investigación nuclear donde son abundantes los neutrones. No obstante, muchas cuestiones prácticas tales como la seguridad, el manejo de materiales nucleares, y el acercamiento al final de la vida útil y el desmantelamiento de muchos reactores de investigación hacen que este planteamiento sea desafiante. Las fuentes de neutrones basadas en aceleradores se pueden usar como alternativa compacta relativamente de bajo coste. Por ejemplo, se puede usar un acelerador lineal pequeño y relativamente económico para acelerar iones, tales como protones, que luego se pueden enfocar sobre un objetivo capaz de generar neutrones. No obstante, un desafío principal de esta tecnología es que las arquitecturas de objetivos tradicionales no pueden manejar adecuadamente la alta potencia que se imparte al objetivo por el haz de protones, dando como resultado un daño sustancial al objetivo.

Compendio

Se describen aparatos y métodos para producir neutrones para aplicaciones tales como terapia de captura de neutrones por boro (BNCT). Un aparato incluye un dispositivo giratorio con una entrada de refrigerante y una salida de refrigerante, y una pluralidad de segmentos de producción de neutrones. Cada segmento de producción de neutrones de la pluralidad de segmentos de producción de neutrones está acoplado de manera desmontable al dispositivo giratorio e incluye un sustrato que tiene un circuito de canal de refrigerante definido dentro del mismo y una capa de fuente de neutrones sólida dispuesta sobre el mismo. Los circuitos de canal de refrigerante están en comunicación fluida con la entrada de refrigerante y la salida de refrigerante.

Las realizaciones incluyen un dispositivo giratorio con una entrada de refrigerante y una salida de refrigerante, y una pluralidad de segmentos de producción de neutrones. Cada segmento de producción de neutrones de la pluralidad de segmentos de producción de neutrones está acoplado de manera desmontable al dispositivo giratorio. Cada segmento de producción de neutrones de la pluralidad de segmentos de producción de neutrones incluye: un sustrato que tiene un circuito de canal de refrigerante definido dentro del mismo, el circuito de canal de refrigerante que está en comunicación fluida con la entrada de refrigerante y la salida de refrigerante; y una capa de fuente de neutrones sólida, por ejemplo que comprende litio, berilio u otro material de generación de neutrones, dispuesta sobre una superficie del sustrato. Cada capa solida de fuente de neutrones tiene una superficie principal que puede estar dispuesta sustancialmente normal a un eje de rotación del dispositivo giratorio, dispuesta en un ángulo fijo (por ejemplo, de alrededor de 90 grados, o de alrededor de 0 grados), o dispuesta sustancialmente paralela con respecto a un eje de rotación del dispositivo giratorio. El sustrato puede comprender al menos uno de cobre, aluminio, titanio y acero inoxidable.

En algunas realizaciones, el dispositivo giratorio incluye un sello de vacío.

En algunas realizaciones, el circuito de canal de refrigerante incluye un microcanal con una dimensión (por ejemplo, una anchura o un diámetro), por ejemplo, de entre alrededor de 0,5 mm y alrededor de 3 mm. El microcanal puede tener una forma en sección transversal sustancialmente circular o rectangular.

En algunas realizaciones, el circuito de canal de refrigerante incluye una pluralidad de canales sustancialmente lineales que están orientados sustancialmente paralelos a una superficie principal de la capa solida de fuente de neutrones. Los canales de la pluralidad de canales se pueden definir mediante una pluralidad de paredes, cada pared de la pluralidad de paredes que está dispuesta entre dos canales adyacentes de la pluralidad de canales, cada pared de la pluralidad de paredes que tiene una anchura que es alrededor de dos veces la anchura de cada canal de la pluralidad de canales.

En algunas realizaciones, cada segmento de la pluralidad de segmentos de producción de neutrones tiene una forma que es una de: una parte de un anillo, un sector o un sector truncado. El grosor de la capa solida de fuente de neutrones puede estar entre alrededor de 0,01 mm y alrededor de 3 mm, o entre alrededor de 0,09 mm y alrededor de 2 mm. La pluralidad de segmentos de producción de neutrones y el dispositivo giratorio, colectivamente, pueden definir un disco o tambor que tiene un diámetro externo de alrededor de 1 metro. La pluralidad de segmentos de producción de neutrones incluye al menos 3, o al menos 5, o un total de 16 segmentos de producción de neutrones. En algunas realizaciones, un método incluye hacer girar una pluralidad de segmentos acoplados de manera desmontable a un dispositivo giratorio, los segmentos de la pluralidad de segmentos que incluyen una capa de fuente de neutrones sólida. Un refrigerante fluye a través de los circuitos de canal de refrigerante de la pluralidad de segmentos, y un haz de protones se dirige al material de fuente de neutrones sólida de manera que el haz de protones contacta con una superficie de cada una de una secuencia de segmentos de la pluralidad de segmentos secuencialmente a medida que el disco gira (por ejemplo, con un tamaño de punto de haz de alrededor de 10 cm), para causar la emisión de neutrones desde el disco. El haz de protones puede tener una energía de entre alrededor de 1,88 MeV y alrededor de 3 MeV y/o una corriente de entre alrededor de 10 mA y alrededor de 100 mA. La pluralidad de segmentos se hace girar a una velocidad de alrededor de 100 a 1800 RPM, por ejemplo de alrededor de 1000 RPM.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones específicas de la presente descripción se describen a continuación y se muestran en las FIGS. 1­ 18. Estas realizaciones se están presentando a modo de ejemplo solamente. Numerosas modificaciones y otras realizaciones están dentro del alcance de un experto en la técnica y se contempla como que caen dentro del alcance de la presente descripción. Además, los expertos en la técnica deberían apreciar que las condiciones y configuraciones específicas son ejemplares y que las condiciones y configuraciones reales dependerán del sistema específico. Los expertos en la técnica también serán capaces de reconocer e identificar equivalentes a los elementos específicos mostrados, usando no más que experimentación rutinaria.

La FIG. 1A es un diagrama de bloques de un aparato adecuado para su uso en terapia de captura de neutrones por boro (BNCT), según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 1B es un diagrama de una vista en planta de una estructura giratoria en forma de disco, según algunas realizaciones.

La FIG. 1C es un diagrama que muestra una vista en sección transversal de la estructura giratoria de la FIG. 1B, correspondiente a la línea A-A' de la FIG. 1B.

La FIG. 1D es un diagrama de la estructura giratoria de la FIG. 1B durante su uso como parte de la terapia de captura de neutrones por boro (BNCT), según algunas realizaciones.

La FIG. 1E es un diagrama de una vista en perspectiva de una estructura giratoria en forma de tambor, según algunas realizaciones.

La FIG. 1F es un diagrama que muestra una vista en sección transversal de la estructura giratoria de la FIG. 1E, correspondiente a la línea B-B' de la FIG. 1E.

La FIG. 1G es un diagrama de la estructura giratoria de la FIG. 1E durante su uso como parte de la BNCT, según algunas realizaciones.

La FIG. 2 es una representación de un aparato de BNCT, según algunas realizaciones de la presente descripción. La FIG. 3 es una representación de una vista de despiece de un aparato de BNCT, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 4A es una representación de una vista en perspectiva de un conjunto de objetivo giratorio, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 4B es una representación de una vista lateral del conjunto de objetivo giratorio de la FIG. 4A.

La FIG. 5A es una representación de un pétalo, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 5B es una representación de una vista en perspectiva de un pétalo, que muestra microcanales, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 6 es una ilustración de un aparato de intercambio robótico, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 7A es una representación de una unión de pétalos, según algunas realizaciones de la presente descripción. La FIG. 7B es una representación del pétalo de la FIG. 7A, unido a un buje, según algunos aspectos de la presente descripción.

La FIG. 8A es un mapa térmico, que muestra la temperatura media de la superficie de litio para una disposición de microcanales, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 8B es un mapa de presión de la disposición de microcanales de la FIG. 8A.

La FIG. 8C es un mapa de velocidad de microcanales para la disposición de microcanales de la FIG. 8A.

La FIG. 8D es un mapa térmico, que muestra el cambio de temperatura desde la entrada hasta la salida, para la disposición de microcanales de FIG. 8A.

La FIG. 9 es una representación de una disposición de microcanales de doble entrada, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 10 es un gráfico de la temperatura a lo largo del tiempo durante el uso de un sistema de BNCT, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 11A es una representación de una vista lateral de un conjunto de objetivo giratorio, mapeando la velocidad del refrigerante, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 11B es una representación de una vista lateral del conjunto de objetivo giratorio de la FIG. 11A, mapeando la presión.

Las FIGS. 12 y 13 son dibujos esquemáticos de una estructura cilíndrica giratoria que se puede usar en los sistemas de BNCT descritos en la presente memoria.

Las FIGS.14A-14C muestran diversas etapas de formación de una película de fuente de neutrones líquida, según algunas realizaciones de la presente.

Las FIGS.15A-15D muestran diversas realizaciones de una estructura giratoria en forma de disco, según algunas realizaciones de la presente descripción.

La FIG. 16 es un dibujo esquemático, en sección transversal, de un sistema de BNCT según algunas realizaciones de la presente descripción.

Descripción

La presente descripción se refiere a métodos, aparatos y sistemas para generar neutrones. En algunas realizaciones, un sistema incluye un objetivo de producción de neutrones de litio sólido para terapia de captura de neutrones por boro (BNCT).

La BNCT es una terapia de radiación dirigida para el tratamiento del cáncer durante la cual se infunde a un paciente una solución rica en boro, tal como fructosa-BPA. El boro se absorbe luego selectivamente por las células cancerosas, por ejemplo, en el sitio del tumor. Los neutrones, por ejemplo, generados por una fuente de neutrones de litio, interactúan con el boro por la reacción nuclear: 10B nésimo ^ [11B] * ^ a 7Li 2,31 MeV. Irradiando el sitio del tumor del paciente con un flujo de neutrones epitérmicos, que se termalizan cerca del sitio del tumor, las células cancerosas se destruyen por las partículas alfa y los iones de litio. Las partículas alfa y los iones de litio liberados tienen intervalos muy cortos, por ejemplo de alrededor de 5-9 micras y, de este modo, son similares en tamaño a una célula cancerosa.

El tratamiento con BNCT requiere un alto flujo de neutrones epitérmicos, típicamente entre 1 eV y 10 keV. Los flujos requeridos para los tratamientos clínicos son del orden de 1 x 109 n/cm2/s. Históricamente, los tratamientos con BNCT se han realizado en instalaciones de reactores de investigación nuclear, no obstante, se prefieren fuentes de neutrones basadas en acelerador para la implementación generalizada del tratamiento en entornos hospitalarios. Para producir el nivel apropiado de flujo de neutrones usando un acelerador, se han propuesto varias reacciones nucleares. Una de las reacciones más prometedoras es la reacción 7Li (p, n) ^ 7Be. Esta reacción tiene un alto rendimiento de neutrones y produce neutrones de energía modesta, ambas condiciones que son deseables para muchas aplicaciones. El flujo de neutrones producido por esta reacción es deseable para BNCT, por ejemplo debido a que el flujo se puede moderar fácilmente a neutrones epitérmicos sin muchos neutrones de alta energía. Para lograr esta reacción con una fuente de neutrones basada en un acelerador, se presenta un objetivo que lleva un material de fuente (por ejemplo, litio) a un haz de protones generado por el acelerador de protones. Los neutrones se emiten desde el material de fuente y se pueden moderar y colimar mediante un conjunto de conformación de haz en el “haz” de neutrones deseado para el tratamiento. El tamaño del haz de protones puede ser de tamaño comparable o de tamaño menor que el haz de neutrones a la salida del conjunto de conformación de haz. Por ejemplo, el tamaño del haz de protones puede estar entre alrededor de 40 mm y alrededor de 150 mm. Hay dos planteamientos generales para la reacción de litio P, N para BNCT: “cerca del umbral”, donde la energía del haz de protones es de alrededor de 1,9 MeV, y “por encima del umbral”, donde la energía del haz de protones es de alrededor de 2,5 MeV. El planteamiento “cerca del umbral” tiene la ventaja de que la distribución de energía de neutrones del objetivo está cerca de la distribución de energía epitérmica para el tratamiento, de este modo solamente se puede usar una moderación mínima. El planteamiento “por encima del umbral” produce una distribución de neutrones de energía más alta y, por lo tanto, puede usar más moderación, pero aprovecha un pico grande en la sección transversal de reacción en alrededor de 2,3 MeV dando como resultado un rendimiento inicial de neutrones mucho más alto.

La generación de neutrones basada en litio para BNCT se realiza típicamente según uno de dos planteamientos principales: usando una película de litio líquido que fluye pasado el haz de protones y usando litio en forma sólida. Algunos planteamientos de litio líquido se basan en el trabajo realizado para la Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión (IFMIF), y grupos tales como el Instituto de Tecnología de Tokio en Japón y Soreq NRC en Israel han desarrollado esta forma específicamente para la BNCT.

Hay al menos tres dificultades principales con los planteamientos de generación de neuronas basados en aceleradores. En primer lugar, las propiedades del material de litio sólido hacen difícil acomodar la alta potencia (y el calor asociado) impartida al objetivo por el haz de protones, dado que el litio tiene una temperatura de fusión relativamente baja de 180 °C y una conductividad térmica modesta de 85 W/mK. Si la energía del haz de protones, que se disipa como calor en el objetivo, no se elimina de manera eficiente, se puede destruir el objetivo. En segundo lugar, el 7Be producido a partir de la reacción nuclear P, N es radiactivo, liberando principalmente una gamma a 0,5 MeV. En tercer lugar, el hidrógeno depositado en el objetivo (por ejemplo, en el litio o en el material por debajo del litio) puede dañar los materiales del objetivo, limitando la vida útil del objetivo y necesitando el mantenimiento del objetivo antes de fallar.

Los planteamientos propuestos para la eliminación de calor han incluido: usar un objetivo sólido estacionario que se enfría intensamente desde su parte trasera, y usar un objetivo líquido en el que el haz impacta en un chorro que fluye de material de fuente líquida. No obstante, ambos de estos planteamientos tienen inconvenientes significativos.

Con respecto al planteamiento de objetivo estacionario, como se ha señalado anteriormente, el litio tiene una temperatura de fusión relativamente baja y una conductividad térmica relativamente baja, lo que hace desafiante eliminar o disipar de manera segura el alto flujo de calor del haz de protones del objetivo sólido sin sobrecalentar y fundir su superficie. Además, la exposición a haces de protones intensos puede conducir rápidamente a la formación de ampollas en los materiales de objetivo y otros daños por hidrógeno, de manera que se necesita una sustitución frecuente del objetivo, y las vidas útiles del objetivo correspondientes pueden no ser prácticas para aplicaciones hospitalarias tales como la BNCT. Los métodos de enfriamiento propuestos para objetivos sólidos han incluido impacto de chorro de agua (por ejemplo, grupos en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Birmingham en el Reino Unido) y enfriamiento de microcanales (por ejemplo, Sistemas de Cuidado Inteligente del Cáncer en el Centro Nacional del Cáncer en Japón, y Aplicaciones de Haces de Iones en Bélgica). Los planteamientos propuestos para extender la vida útil del objetivo de litio sólido incluyen: (1) usar una capa delgada de litio (~50 a 100 micras, de manera que los protones se depositen detrás del litio) con un material delgado resistente a ampollas tal como paladio o hierro colocado entre el litio y el cobre; y (2) usar litio grueso (> 250 micras de manera que los protones se depositen en el litio) y limitar la vida útil a lo que sea que el litio pueda manejar antes de su sustitución.

Una ventaja del planteamiento de objetivo líquido es que el objetivo puede manejar densidades de potencia relativamente altas y operar durante períodos muy largos sin necesidad de sustitución. No obstante, los planteamientos de litio líquido que fluye también requieren una gran cantidad de litio para llenar el circuito, una bomba y un intercambiador de calor, lo que conduce tanto a un alto coste como a un riesgo de seguridad significativo del litio altamente reactivo. El litio líquido es corrosivo y cuando se mezcla con agua puede ser explosivo. Además, se requiere una gran cantidad de equipos para mantener el litio en forma líquida, bombearlo, intercambiar calor con él y proporcionar seguridad contra incendios. Los objetivos de litio líquido se consideran por algunos que no son adecuados para un entorno hospitalario. Los objetivos líquidos pueden sufrir tiempos de calentamiento lentos y una potencial solidificación del litio que fluye si la temperatura en el circuito cae demasiado baja, haciendo que la carga de litio se desvíe inadvertidamente a la cámara del objetivo.

Las realizaciones de la presente descripción superan los problemas del sistema de generación de neutrones descritos anteriormente usando un planteamiento de arquitectura de objetivo giratorio enfriado directamente y modular. Por ejemplo, en algunas realizaciones, una estructura giratoria tal como un disco o un tambor incluye una pluralidad de “pétalos” de objetivo segmentados (a los que también se hace referencia en la presente memoria como “segmentos”) unidos a un buje central (al que también se hace referencia en la presente memoria como “dispositivo giratorio”), donde cada pétalo se enfría directamente a través de sus propios microcanales dedicados. La pluralidad de pétalos de objetivo, colectivamente, se puede decir que constituye un objetivo. Cada pétalo puede incluir un sustrato y una capa de fuente de neutrones sólida dispuesta sobre una superficie del sustrato. Un sistema ejemplar incluye 16 pétalos en una estructura giratoria plana, cada pétalo que ocupa 22,5 grados de una circunferencia de la estructura giratoria, con la estructura giratoria que tiene un diámetro externo (OD) de alrededor de 1 metro, y una tira semicontinua de litio depositada en los pétalos de 0,14 metros en dirección radial centrados en un diámetro de 0,84 metros.

Los diseños descritos en la presente memoria ofrecen varias ventajas sobre los diseños anteriores. En primer lugar, las técnicas anteriores basadas en microcanales se han restringido típicamente a dimensiones del objetivo de aproximadamente 0,1 metros o menos, por ejemplo, debido a que en dimensiones del objetivo más grandes, la caída de presión a lo largo de los microcanales es demasiado grande para ser práctica en comparación con otros planteamientos. Usando los diseños de disco y tambor expuestos en la presente memoria, un conjunto de segmentos objetivo de microcanales alimentados en paralelo, cada uno de aproximadamente 0,1 metros de dimensión, se irradian secuencialmente en una estructura giratoria, dando como resultado un área enfriada de microcanales que es mucho más grande de lo que sería práctico usando un planteamiento de entrada/salida única. En segundo lugar, la configuración de estructura giratoria aumenta el área enfriada entre la fuente de neutrones (por ejemplo, litio) y el refrigerante líquido en al menos un orden de magnitud (limitado, por ejemplo, por el diámetro del disco o tambor) sobre objetivos estacionarios sin la necesidad de inclinar la superficie incidente y sufrir las ineficiencias geométricas inherentes a hacerlo así.

En tercer lugar, la segmentación del objetivo en una pluralidad de pétalos facilita el mantenimiento del sistema, en el sentido que los pétalos se pueden sustituir individualmente, en lugar de todo el objetivo. El movimiento de rotación se presta a sí mismo a un intercambio de pétalos robótico sin la necesidad de perturbar el conjunto de conformación de haz y el equipo de dosimetría incorporado.

En cuarto lugar, las mediciones se pueden comparar con los datos de diseño para el objetivo, y el sistema se puede cerrar o enclavar si la intensidad excede un umbral o si se detecta que la posición del haz está demasiado lejos del centro (es decir, más allá de una distancia predeterminada del centro del objetivo).

Objetivos giratorios segmentados, refrigerados directamente para BNCT

La FIG. 1A es un diagrama de bloques de un aparato adecuado para su uso en BNCT, según algunas realizaciones de la presente descripción. Como se muestra en la FIG. 1, una estructura giratoria 102 incluye una pluralidad de pétalos o segmentos del objetivo 104A-104D, y cada segmento de la pluralidad de segmentos 104A-104D tiene un sustrato 106A-106D correspondiente acoplado a una capa de fuente de neutrones 108A-108D correspondiente. La capa o capas de fuente de neutrones 108A-108D pueden incluir litio sólido. Uno o más de los sustratos 106A-106D incluye un canal de refrigerante (110A-110D) correspondiente, tal como un microcanal, para enfriar activamente el sustrato asociado y/o la capa de fuente de neutrones (por ejemplo, para mantener la capa de fuente de neutrones 108A-108D en forma sólida). Los segmentos 104A-104D se acoplan opcionalmente a un dispositivo giratorio 112 que tiene una entrada 112A y una salida 112B para conducir un fluido refrigerante. Los segmentos 104A-104D se pueden acoplar al dispositivo giratorio 112 mediante uno o más de: tornillos, pernos, accesorios de desconexión rápida, abrazaderas y/o similares. El fluido refrigerante puede incluir uno o más de: agua (por ejemplo, agua desionizada, que proporciona una capacidad calorífica y una conductividad térmica más altas que los aceites, y menor actividad corrosiva en comparación con el agua de la ciudad), glicol, una mezcla de glicol/agua, aceites de transferencia de calor (por ejemplo, para evitar una posible interacción agua/litio durante un fallo), “Galinstan” (una mezcla líquida comercial de galio/indio/estaño), nitrógeno líquido y/u otros refrigerantes. El dispositivo giratorio 112 se puede configurar para acoplarse a un conjunto de eje externo y/o motor de accionamiento a través de un acoplamiento tal como un sello de agua giratorio y/o un sello de vacío giratorio. Cuando los segmentos 104A-104D están conectados al dispositivo giratorio 112, los canales de refrigerante 110A-110D pueden estar en comunicación fluida sellada con la entrada 112A y la salida 112B del dispositivo giratorio 112. La FIG. 1A también representa un generador de haz de protones 113 y un haz de protones 113A.

Cada segmento de los segmentos 104A-104D puede tener una forma que es una de: una parte de un anillo, una forma circular o “sector” (definido como la figura plana encerrada por dos radios de un círculo o elipse y el arco entre ellos), un sector truncado (es decir, una parte de un sector), un cuadrado y un rectángulo.

La capa de fuente de neutrones 108A-108D puede incluir litio, berilio u otra fuente de neutrones adecuada en forma sólida y en un grosor que es suficiente para producir el flujo de neutrones deseado, por ejemplo para litio de al menos alrededor de 10 pm, o al menos alrededor de 90 pm (por ejemplo, alrededor de 400 pm), o entre alrededor de 10 pm y alrededor de 200 pm, o entre alrededor de 90 pm y alrededor de 150 pm.

La capa de fuente de neutrones 108A-108D se puede adherir a los sustratos 106A-106D de los segmentos 104A-104D a través de un enlace térmico. Por ejemplo, en algunas realizaciones, uno o más de los sustratos 106A-106D incluyen cobre, y una capa de fuente de neutrones de metal litio “gruesa” 108A-108D (por ejemplo, que tiene un grosor de 400 micras, donde “grueso” significa mayor que el intervalo de protones en litio, que es de alrededor de 300 micras) se une a uno o más sustratos de cobre 106A-106D mediante un método de presión y temperatura. Como el litio es un metal reactivo, puede formar una amalgama con el cobre. Cuando se une correctamente, se forma una baja resistencia térmica entre el cobre y el litio. Con tales grosores de la capa o capas de fuente de neutrones 108A-108D, los protones se depositan en el litio durante su uso, en oposición al cobre que está debajo del litio. En algunos casos, no hay caída en el rendimiento de neutrones hasta dosis de 1 x 1019 iones/cm2, y se puede esperar que sean posibles dosis de 1 x1020 iones/cm2 y más allá. A diferencia de materiales tales como cobre y aluminio, que presentan un inicio de formación de ampollas en dosis cercanas a ~1 x1018 iones/cm2, el litio es más blando, y sin desear ceñirse a la teoría, se considera que las microburbujas de hidrógeno que conducen a la formación de ampollas pueden no ser capaces de formarse de la forma habitual en el litio, y como tal, el hidrógeno se escapa sin formación de ampollas. La capa de fuente de neutrones 108A-108D puede cambiar durante la irradiación, por ejemplo llegando a ser más frágil y/o de color diferente, no obstante, siempre que permanezca intacta y produzca el mismo o casi el mismo rendimiento de neutrones, es adecuada para su uso.

Alternativamente o además, la capa de fuente de neutrones 108A-108D se puede evaporar sobre los sustratos 106A-106D en una capa delgada, por ejemplo de alrededor de 100 micras. También se puede incluir en tales diseños una capa intermedia muy delgada y resistente a las ampollas (como se ha hecho en los objetivos estacionarios, descritos anteriormente). El pétalo o sustrato de base puede estar hecho de cobre o aluminio. Incluso son posibles materiales tales como acero inoxidable, titanio y molibdeno, dado que la potencia calorífica distribuida es mucho menor que en el caso estacionario.

Las capas de fuente de neutrones 108A-108D se pueden unir térmicamente al sustrato 106A-106D correspondiente, por ejemplo a través de un método desarrollado en la Universidad de Birmingham en el Reino Unido como se describe en A.V. Brown (2000) Development of a High-Power Neutron Producing Litium Target for Boron Neutron Capture Therapy (tesis doctoral). El sistema 100 se puede configurar para un intercambio rápido y robótico de objetivo/pétalo, puede tener un gran margen de seguridad térmica y puede incluir en un diseño de Gantry u otro diseño para mover giratoriamente la fuente de radiación sobre el isocentro del paciente.

En algunas realizaciones, la fabricación de los canales de refrigerante 110A-110D incluye mecanizar surcos en una superficie de una o dos mitades del sustrato 106A-106D correspondiente, por ejemplo usando una herramienta de fresado o de corte de ranuras. Los dos lados se pueden unir entonces entre sí de manera que los surcos definan los canales de refrigerante. La unión puede incluir soldadura fuerte, soldadura y/o encolado. Para la soldadura fuerte, el cobre puede presentar un desafío debido a que el proceso de soldadura fuerte devuelve el cobre a una condición totalmente blanda, incluso si había estado en un estado duro o semiduro. El endurecimiento por trabajo se puede realizar para templar el cobre, por ejemplo, usando un juego de troqueles de laminación para doblar el conjunto de cobre soldado hacia adelante y hacia atrás para lograr el temple. Otros materiales, tales como aluminio, se pueden templar usando métodos de calor y enfriamiento que no implican deformación de la pieza. Cuando se suelda fuerte o se suelda, los canales de refrigerante 110A-110D se pueden inspeccionar para asegurar que el material de soldadura fuerte o soldadura no se haya absorbido a los canales, lo que podría reducir su flujo o incluso bloquearlos por completo. Alternativamente, los canales de refrigerante 110A-110D se pueden mecanizar como orificios pasantes, por ejemplo, a través de fresado, fresado por descarga eléctrica, “estallido de agujeros” o taladrado (por ejemplo, taladrado químico, taladrado con pistola, etc.). Los orificios pasantes se pueden inspeccionar fácilmente en busca de obstrucciones y no eliminan el temple del material. Se pueden soldar luego tapas en cada extremo de los canales de refrigerante 110A-110D (por ejemplo, soldadas con haz de electrones) a cada extremo para proporcionar los pasos de fluido de alimentación, retorno y cambio de rumbo. Alternativamente, o además de la soldadura por haz de electrones, las tapas se pueden asegurar a los canales de refrigerante 110A-110D a través de soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), soldadura, soldadura por fricción, una junta tórica u otros métodos. Alternativamente o además, los canales de refrigerante 110A-110D se pueden formar mediante soldadura fuerte de tubos (por ejemplo, tubos de cobre de paredes delgadas) a una placa.

Una variedad de diferentes geometrías de canales de refrigerante y planteamientos de fabricación se contempla por la presente descripción. Por ejemplo, una forma en sección transversal de los canales de refrigerante 110A-110D puede ser redonda o rectangular, con dimensiones que oscilan desde alrededor de 0,5 mm a alrededor de 1,5 mm (es decir, microcanales) o hasta 3 mm.

En algunas realizaciones, los canales de refrigeración 110A-110D están definidos por una pluralidad de paredes, cada pared de la pluralidad de paredes que está dispuesta entre dos canales de enfriamiento 110A-110D adyacentes. Cada pared de la pluralidad de paredes tiene una anchura que puede ser un factor más ancho que un canal adyacente. Por ejemplo, cada pared puede ser alrededor de dos veces la anchura de un canal de enfriamiento adyacente de los canales de enfriamiento 110A-110D.

Las longitudes de los canales de refrigerante 110A-110D pueden ser sustancialmente iguales entre sí y del orden de, o mayores que, el tamaño del haz, por ejemplo de alrededor de 140 mm de largo para un haz de 120 mm de diámetro. El tamaño (por ejemplo, las longitudes) de los canales se puede seleccionar/diseñar en base al tamaño del haz. El paso de canal a canal también se puede diseñar según la aplicación deseada. Por ejemplo, en algunas realizaciones, se usa un “paso 2:1”, que puede referirse a un canal de 1 mm que es seguido por una pared de 1 mm, seguido por otro canal de 1 mm, etc. En algunas realizaciones, los canales de pétalos tienen un paso de 3:1, por ejemplo, canales de 1 mm con paredes de 2 mm que los separan. Un paso de 3:1 puede reducir el flujo total de refrigerante al tiempo que enfría adecuadamente el pétalo, mientras que un paso de 2:1 puede ser más eficaz en el enfriamiento (pero en un flujo de refrigerante total más alto).

La FIG. 1B es un diagrama de una vista en planta de una estructura giratoria en forma de disco, según algunas realizaciones. Como se muestra, la estructura giratoria 102 tiene una parte de buje central “H” con una pluralidad de segmentos 104 unidos a la misma y que emanan de la misma. Los segmentos 104 incluyen cada uno una capa de fuente de neutrones correspondiente con una superficie principal que puede ser, por ejemplo, sustancialmente normal a un eje de rotación de la estructura giratoria 102. El eje de rotación se puede definir como un eje que pasa a través del centro del buje “H” y es sustancialmente normal al mismo. La FIG. 1C es un diagrama que muestra una vista en sección transversal de la estructura giratoria de la FIG. 1B, correspondiente a la línea A-A' de la FIG. 1B. Como se muestra en la FIG. 1C, una capa de fuente de neutrones 108 está dispuesta sobre un sustrato 106 con un canal de refrigerante 110 incorporado.

La FIG. 1D es un diagrama de la estructura giratoria de la FIG. 1B durante su uso como parte de la terapia de captura de neutrones por boro (BNCT), según algunas realizaciones. Como se muestra, la estructura giratoria 102 está girando alrededor de su eje de rotación, y un generador de haz de protones 113 emite un haz de protones 113 hacia la estructura giratoria 102 de manera que el haz de protones 113A contacta una superficie de la estructura giratoria 102, por ejemplo, en una capa de fuente de neutrones de un segmento 104. El haz de protones 113A puede ser estacionario (por ejemplo, en una posición predeterminada) o barrer sobre una región predeterminada de la estructura giratoria 102, donde la región predeterminada puede ser fija o puede cambiar con el tiempo. El haz de protones 113A puede formar un ángulo con la superficie de contacto de la estructura giratoria 102, por ejemplo, de alrededor de 90°. Dado que la estructura giratoria 102 está girando, los segmentos 104 de la estructura giratoria 102 pueden ser contactados secuencialmente por el haz de protones 113A. Como resultado de la interacción del haz de protones 113A con la capa de fuente de neutrones del segmento o segmentos 104, se genera un haz de neutrones 113B y se dirige (por ejemplo, a través de un colimador u otra estructura de conformación de haz) hacia un área de tratamiento de un paciente P.

La FIG. 1E es un diagrama de una vista en perspectiva de una estructura giratoria en forma de tambor, según algunas realizaciones. Como se muestra, la estructura giratoria 102 tiene una parte de base y una pluralidad de segmentos 104 unidos a la misma y que emanan de la misma, los segmentos que forman un ángulo fijo con respecto a la base (por ejemplo, 90°, o un ángulo de al menos 45°). Los segmentos 104 incluyen una capa de fuente de neutrones con una superficie principal que puede ser, por ejemplo, sustancialmente paralela a un eje de rotación de la estructura giratoria 102. El eje de rotación se puede definir como un eje que pasa a través del centro de la parte de base y es sustancialmente normal al mismo. La FIG. 1F es un diagrama que muestra una vista en sección transversal de una parte de soporte de segmentos de la estructura giratoria de la FIG. 1E, correspondiente a la línea B-B' de la FIG. 1E. Una capa de fuente de neutrones 108 está dispuesta sobre un sustrato 106 con un canal de refrigerante 110 incorporado.

La FIG. 1G es un diagrama de la estructura giratoria de la FIG. 1E durante su uso como parte de la BNCT, según algunas realizaciones. Como se muestra, la estructura giratoria 102 en forma de tambor está girando alrededor de su eje de rotación, y un generador de haz de protones 113 emite un haz de protones 113 hacia la estructura giratoria 102 de manera que el haz de protones 113A contacta con una superficie de la estructura giratoria 102, por ejemplo, una capa de fuente de neutrones de un segmento 104. El haz de protones 113A puede ser estacionario (por ejemplo, en una posición predeterminada) o barrer sobre una región predeterminada de la estructura giratoria 102, donde la región predeterminada puede ser fija o puede cambiar con el tiempo. El haz de protones 113A puede formar un ángulo con la superficie de contacto de la estructura giratoria 102, por ejemplo de alrededor de 90°. Dado que la estructura giratoria 102 está girando, los segmentos 104 de la estructura giratoria 102 se pueden contactar secuencialmente por el haz de protones 113A. Como resultado de la interacción del haz de protones 113A con la capa de fuente de neutrones del segmento o segmentos 104, se genera un haz de neutrones 113B y se dirige (por ejemplo, a través de un colimador u otra estructura de conformación de haz) hacia un área de tratamiento de un paciente P.

La FIG. 2 es una representación de un aparato de BNCT 200, según ciertas realizaciones, que muestra una puerta de acceso a la cámara 215. La FIG. 3 es una representación de una vista de despiece de un aparato de BNCT 300, similar al aparato de BNCT 200 de FIG. 2, según ciertas realizaciones. Como se muestra en la FIG. 3, el aparato 300 incluye un marco 321, una cámara 325 con una abertura 327 definida en la misma, y una puerta de acceso a la cámara 315. Un disco de objetivo 302 con un buje 302A está dimensionado para encajar dentro de la cámara 325 y, cuando se instala en la cámara, está asegurado a la cámara y al marco 321 a través de la cubierta trasera 323. Un conjunto de eje 317 está configurado para acoplarse mecánicamente al buje 302A del disco de objetivo 302, y para girar el disco de objetivo 302 cuando se acciona por un motor de giro 319. Aunque se muestra y describe en la FIG.

3 que es un disco, también se contemplan otras geometrías de objetivo, tales como barriles, tambores, cilindros, etc.

La FIG. 4A es una representación de una vista en perspectiva de un conjunto de objetivo giratorio, según ciertas realizaciones. Mover refrigerante dentro y fuera de la estructura giratoria 102 es un desafío de ingeniería especial. En algunas realizaciones de la presente descripción, se usa un sello ferrofluídico giratorio de aire a vacío con fluido coaxial entrando y saliendo, seguido de un sello de fluido a aire giratorio de flujo dual tal como un sello “Deublin”. Como se muestra en la FIG. 4A, el conjunto de objetivo giratorio 402 incluye un buje 402A y una pluralidad de pétalos de objetivo 404 extraíbles. Un primer extremo de un sello de vacío giratorio ferrofluídico 433 está montado en el buje 402a , y un segundo extremo del sello de vacío giratorio ferrofluídico 433 está acoplado a una entrada de refrigerante 435 y a una salida de refrigerante 437 a través de un sello de agua (por ejemplo, un sello de agua giratorio Deublin) 431. La FIG. 4B es una representación de una vista lateral del conjunto de objetivo giratorio de la FIG. 4A.

La FIG. 5A es una representación de una vista frontal de un pétalo, tal como un pétalo 404 de la FIG. 4A, según algunas realizaciones de la presente descripción. El pétalo 504 puede incluir un sustrato 505, que puede incluir cobre, aluminio u otro material (por ejemplo, un material cerámico), y una superficie metalizada 508 opcional (por ejemplo, una película de cobre, paladio) sobre la que se ha de colocar el litio. La superficie metalizada 508 se puede formar a través de chapado (por ejemplo, chapado electroquímico), pintura de metal por deposición física de vapor, etc. La FIG. 5B es una representación de una vista en perspectiva trasera de un pétalo, que muestra microcanales, según ciertas realizaciones. El pétalo 504 incluye una entrada de agua 535, una salida de agua 537 y una pluralidad de microcanales de refrigeración 510 que tienen un área de sección transversal, a modo de ejemplo, de alrededor de 1 mm x 0,75 mm. Aunque se muestra y describe con referencia a la FIG. 5B para incluir una “entrada de agua” y una “salida de agua”, alternativamente o además, se puede usar cualquier otro tipo de fluido de enfriamiento. También, aunque se muestra y describe con referencia a la FIG. 5B que tienen secciones transversales rectangulares, los microcanales de pétalos descritos en la presente memoria pueden tener cualquier otra forma en sección transversal, tal como circular, cuadrada, poligonal, etc.

Intercambio robótico de pétalos

Como se ha indicado anteriormente, una reacción prometedora para generar flujo de neutrones usando un acelerador es la reacción 7Li (p, n) ^ 7Be. No obstante, dado que la reacción de litio P, N crea 7Be, que es radiactivo, se emiten fotones de ~0,5 MeV y está presente un campo de alta radiación. Como tal, en algunas implementaciones, un sistema de BNCT incluye un robot para realizar el intercambio de pétalos/segmentos gastados/usados, para limitar la exposición a la radiación de los trabajadores (a un nivel tan bajo como sea razonablemente alcanzable, “ALARA”). La FIG. 6 muestra un ejemplo de un sistema configurado para el mantenimiento de objetivos robóticos (es decir, un aparato de intercambio robótico). Como se muestra en la FIG. 6, un robot industrial comercialmente disponible 650, tal como los fabricados por la empresa de EE.UU. FANUC y la empresa suiza Staubli, o bien ya presente en la sala o traído a la sala (por ejemplo, a través de un carro robot móvil 654) con el propósito de mantener un objetivo, se coloca delante del objetivo. Durante el intercambio de objetivos controlado por robot, los trabajadores pueden abandonar la sala y cerrar la puerta de protección de la sala de la cámara. En este punto, una o más protecciones de objetivo retráctiles 652 se abren, revelando un puerto de vacío a través del cual se puede acceder a los pétalos del objetivo por el robot 650. El robot puede quitar los pétalos gastados/usados uno por uno, por ejemplo, indexando la estructura giratoria, y colocarlos o transportarlos a una caja de protección 656, tal como una caja forrada de plomo (también conocida como “cerdo”), para evitar la exposición a la radiación de los trabajadores. También, dado que el litio es reactivo con el aire húmedo, los pétalos almacenados se pueden mantener en un medio no reactivo, tal como argón o aceite mineral, para evitar que el 7Be llegue a ser transportado por el aire.

Los pétalos de sustitución (por ejemplo, nuevos o reciclados) se pueden o bien instalar en este punto o bien instalar más tarde, o bien por el robot 650 o bien manualmente. Dado que el litio interactúa con el aire húmedo, el ambiente de la sala se puede mantener muy seco, preferiblemente con alrededor de 1 % a 2 % de humedad relativa durante el intercambio, y la sala se puede humidificar una vez que se devuelve el vacío al sistema. Alternativamente, se puede usar una guantera con cerraduras de carga, por ejemplo, con un robot 650 dentro de la guantera, para quitar y/o instalar los pétalos.

En algunas realizaciones, el robot 650 permanece en la sala de tratamiento sobre una pista, y solamente la caja de protección 656 se transporta dentro y fuera de la sala.

En algunas realizaciones, el robot 650 realiza la descarga de los pétalos del objetivo, pero no la instalación.

Diseños de pétalos

Los pétalos se pueden unir a un dispositivo giratorio (o “buje”) de una variedad de formas. Un método, mostrado en las FIGS. 3-5, utiliza un sello de cara restringido por pasadores de ubicación y mantenido fijo por un perno. En otras realizaciones, se pueden incorporar características de ubicación mecanizadas en las piezas, y en lugar de un perno, se puede usar una abrazadera sobre el centro para restringir la pieza. El mecanismo de fijación se debería seleccionar para resistir fuerzas de giro centrífugas significativas. En otras realizaciones más, un método para unir pétalos al buje se muestra en las FIGS. 7A-7B. En algunas realizaciones, este método puede usar sellos de pistón en lugar de sellos de cara para sellar el agua desde el buje hasta el pétalo 704. Además, los sellos se pueden mecanizar para permitirles ser insertados en un ángulo para deslizar bajo un conjunto de vallas fijas. Émbolos de resorte pueden retener el pétalo en su posición una vez que el robot ha soltado el pétalo. Una vez que se gira, las fuerzas centrifugas bloquean el pétalo contra las vallas. Hay varias ventajas en este diseño. En primer lugar, no hay formas de roscas que puedan atascar o estropear y dar como resultado un fallo del proceso. En segundo lugar, el sello de pistón está sustancialmente alineado con las alimentaciones de fluido radial en el buje, eliminando por ello dos curvas de 90° en el flujo y reduciendo la caída de presión a lo largo del sistema. En tercer lugar, el mecanismo es de perfil bajo y elegante en comparación con otros mecanismos de sujeción que se pueden considerar.

En algunas realizaciones, una disposición de microcanales incluye dos conjuntos de matrices de microcanales, como se muestra en las FIGS. 8A-8d , para un pétalo 804 que tiene microcanales 810, entrada de agua 837 y salida de agua 835. Este diseño permite que los microcanales se acerquen mucho al borde del pétalo correspondiente (es decir, más cerca del espacio entre los pétalos). En otras realizaciones, se usa una trayectoria de retorno más grande detrás de los microcanales con el fin de reducir la caída de presión a lo largo del pétalo, no obstante, este diseño también hace el pétalo general más grueso y usa un flujo total más alto para una velocidad de fluido dada en los microcanales. .

Rendimiento de pétalos

Se realizó una simulación de enfriamiento de pétalos para la disposición de microcanales con dos conjuntos de matrices de microcanales. Los parámetros de simulación se definieron de la siguiente manera:

• Haz de protones: 2,6 MeV, 30 mA (78 kW), aproximación del haz de Gauss, a = 20, ± 3 a = $ 120 mm (99,7 %)

• Flujo de agua: 0,002 m3/s en total (32 gal/min, 2 gal/min por pétalo), temperatura de entrada de 20 °C • Disco de objetivo: Diámetro de la línea central: $ 840 mm, Velocidad de rotación: 10 Hz (600 RPM)

• Grosor de litio: 400 pm.

Las FIGS. 8A-8D muestran los resultados de la simulación. Por ejemplo, la FIG. 8A es un mapa térmico de un pétalo 804, que muestra la distribución de la temperatura media de la superficie del litio durante la rotación. La temperatura media más alta de la superficie del litio fue de 51 °C. La FIG. 8B es un mapa de presión para el pétalo 804, que muestra que la caída de presión para el flujo de agua de 0,002 m3/s (32 gal/min) fue de 2 bares (29 psi). La caída de presión es una función del caudal deseado y la restricción de los microcanales. Cuanto mayor sea el flujo, o más pequeños los canales, más presión de entrada a salida se requiere para lograr ese flujo. También, cuando la estructura giratoria está girando, la presión real en la periferia del disco se aumenta debido a la fuerza centrífuga aplicada al refrigerante. No obstante, el diferencial de presión y el caudal correspondiente son los mismos.

La FIG. 8C es un mapa de velocidad de microcanal para el pétalo 804, y la FIG. 8D es un mapa térmico, que muestra el cambio de temperatura del refrigerante desde la entrada a la salida, para el pétalo 804. El aumento de temperatura de izquierda a derecha, visible en la FIG. 8D, se extiende hasta la superficie, como se puede ver en la FIG. 8A, donde el borde central izquierdo está más caliente que el borde central derecho. Las mejoras sobre los diseños tradicionales incluyen un aumento de flujo de agua (presión más alta), un aumento de velocidad de giro (hasta 30 Hz, 1800 RPM) y un perfil de haz más plano (en comparación con el gaussiano).

En algunas implementaciones, un objetivo de neutrones con un diámetro de línea central de $ 84 cm se atasca por 30 mA de protones de 2,6 MeV (1,9 x 1020 iones/seg). Suponiendo una distribución de haz de protones de a = 2 cm, la tasa de dosis de la línea central de 1,4 x 1014 iones/cm2/s produce una dosis depositada pico o máxima (en la línea central del haz en el pétalo) de 5 x 1019 iones/cm2 en 100 horas. Dado que esta dosis está bien dentro del límite de dosis aceptable de protones en litio sólido, se logran fácilmente vidas útiles del objetivo por encima de 100 horas.

Un refinamiento en la realización de pétalos mostrada en las FIGS. 8A-8D puede incluir dos entradas de agua fría en los bordes del pétalo 804 en lugar de una en la que los flujos respectivos se encaminan para regresar a una cavidad de retorno común/central, encaminando por ello el agua caliente lejos del borde del pétalo y, correspondientemente, mejorando el presupuesto térmico. Esta configuración se muestra esquemáticamente en la FIG. 9. La FIG. 9 representa un pétalo 904 con dos entradas 935A, 935B, una salida 937.

Durante el bombardeo de los pétalos, es decir, cuando los protones entran en litio sólido, se desaceleran, liberando calor y otras partículas, tales como neutrones, a un grado que es proporcional a su pérdida de energía hasta que llegan a descansar aproximadamente 250 pm de profundidad en el litio sólido. En algunas implementaciones, una fuente de acelerador produce haces de protones de hasta 100 kW de potencia (40 mA a 2,6 MeV). Para acomodar tal potencia, el diámetro del haz se puede dimensionar para que sea de 110 mm a 120 mm de anchura total (6a) en la superficie del objetivo o pétalo, dando como resultado una densidad de potencia media de alrededor de 1 x 107 W/m2 en el haz y un pico de la distribución gaussiana 2D que es mucho más alto, por ejemplo, de alrededor de 6 x 107 W/m2. Este es el flujo que ve el litio cuando el haz de protones está golpeándolo, a lo que se puede hacer referencia como el flujo de calor “instantáneo”. Haciendo una media sobre la estructura giratoria, el diámetro de la línea central del haz multiplicado por la “altura” del haz produce el área barrida. Para una línea central del haz de 840 mm, esto produce un flujo medio de alrededor de 4 x 105 W/m2 con un flujo pico en la línea central de alrededor de 8 x 105 W/m2.

El flujo de calor medio se puede cambiar haciendo la estructura giratoria más grande o más pequeña. Una estructura giratoria más pequeña tendrá más calor que disipar por unidad de área en media, mientras que una estructura giratoria más grande tendrá menos calor para disipar por unidad de área. La velocidad de giro también es un aspecto importante del diseño de la estructura giratoria. Cuanto más lento gira la estructura giratoria, mayor es el pico de temperatura a medida que el haz de protones pasa sobre el pétalo. Cuanto más rápido gira la estructura giratoria, menor es el pico de temperatura. Para una velocidad de giro de 600 RPM, el pico de temperatura en la línea central del gaussiano es de alrededor de 60 °C, y para 1200 RPM es aproximadamente de 30 °C. Se debería señalar que, a diferencia de las configuraciones estacionarias (que no incluyen los haces escaneados o restaurados), los efectos térmicos sobre las estructuras giratorias descritos en la presente memoria incluyen un componente transitorio. En otras palabras, cuando el haz pasa sobre el pétalo, la temperatura aumentará y luego decaerá a medida que el disco gira.

La FIG. 10 muestra la delta/desviación de temperatura del estado estable a medida que un haz de protones pasa a lo largo de los pétalos. La línea más alta está en la línea central del haz en la superficie del litio. Como se puede ver, para los parámetros dados (es decir, una velocidad de rotación de 1200 RPM y un diámetro de haz de 12 cm /- 3a, con una potencia total de 78 kW (2,6 MeV, 30mA)), la variación de temperatura transitoria es de alrededor de 35 °C a 40 °C con una temperatura media de alrededor de 10 °C. Este transitorio de la media de 25° a 30 °C es además del pico de temperatura superficial media. De este modo, la temperatura máxima de la superficie vista por el litio sólido es la suma del estado estacionario y las soluciones transitorias, es decir, 51 °C 30 °C = 81 °C. Se debería señalar que esto es fuertemente dependiente de la velocidad de giro, la potencia total y el diámetro del haz.

La FIG. 11A es una representación de una vista lateral de un conjunto de objetivo giratorio, mapeando la velocidad del refrigerante, según ciertas realizaciones, y la FIG. 11B es una representación de una vista lateral del conjunto de objetivo giratorio de FIG. 11A, mapeando la presión. La presión total necesaria a lo largo del conjunto de objetivo para lograr el flujo calculado es la suma de la presión delta del eje/buje y la presión delta del pétalo, es decir, 2 bares 1,3 bares = 3,3 bares (48 psi). La FIG. 11A muestra una velocidad de agua pico de 8 m/s y una entrada 1135 y una salida 1137. La FIG. 11B representa una caída de presión a lo largo del eje de 1,3 bares.

Una ventaja de los diseños de objetivo descritos en la presente memoria sobre otro litio sólido es que el área superficial de litio eficaz más grande puede acomodar potencias más altas de las que son posibles en objetivos estacionarios. El diámetro circular equivalente del área de enfriamiento para una estructura giratoria como se define en la presente memoria y que tiene un diámetro de haz de 12 cm en una línea central de 84 cm, sería de 63,5 cm en una configuración estacionaria, que es demasiado grande para diseños de BNCT prácticos. También, la arquitectura segmentada es conveniente desde una perspectiva de mantenimiento, así como desde una perspectiva de fabricación, dado que la aplicación del litio se puede realizar en incrementos más pequeños (por ejemplo, alrededor de 10 cm x alrededor de 10 cm). El área superficial de litio eficaz más grande de las realizaciones descritas en la presente memoria también significa que, en comparación con otras configuraciones sólidas, la vida útil es mucho más larga, por ejemplo, en una cantidad que es proporcional a la relación de áreas superficiales. También, cuando se compara con los objetivos estacionarios, los pétalos se pueden intercambiar robóticamente más fácilmente y sin perturbar el conjunto de conformación de haz (BSA).

Las estructuras giratorias de la presente descripción permiten mediciones de posicionamiento e intensidad de haz directas durante la irradiación, por ejemplo, usando una copa de Faraday detrás de la estructura giratoria y una serie de orificios o ranuras en diversos puntos alrededor de la estructura giratoria. Tal información es útil para la sintonización del haz y el enclavamiento de seguridad del sistema. También, cuando se compara con los objetivos de litio líquido, la estructura sólida giratoria ofrece los mismos beneficios de seguridad que los objetivos estacionarios. Los pétalos de las estructuras giratorias también se intercambian más fácilmente por un robot que lo que sería un objetivo estacionario, dado que el conjunto de conformación de haz (moderador) puede permanecer en su posición.

Realizaciones adicionales

El sistema descrito anteriormente para 7Li (p, n) ^ 7Be se puede extender a otras reacciones de producción de neutrones con otros materiales de producción de neutrones. Además del planteamiento “cerca del umbral” que usa un haz de protones de 1,9 MeV y el planteamiento “por encima del umbral” que usa un haz de protones de 2,5 MeV sobre litio, otras reacciones que se han propuesto para BNCT incluyen: 9Be (p, n) usando un haz de protones de 4 MeV, 9Be (d, n) usando un haz de deuterio de 1,5 MeV y 13C(d, n) usando un haz de deuterio de 1,5 MeV. Para utilizar estas reacciones, se podría unir térmicamente una hoja sólida de berilio a los pétalos en lugar del litio y bombardear o bien con protones de 4 MeV o bien con deuterones de 1,5 MeV. Además, el litio se podría sustituir con láminas delgadas de grafito o carbono para producir neutrones usando la reacción 13C(d, n).

Un sistema de la presente descripción incluye una estructura giratoria, tal como una plataforma o escenario, con un material de fuente de neutrones dispuesto sobre la misma, y un generador de haz de protones configurado para dirigir el haz de protones al material de fuente de neutrones en la estructura giratoria a medida que gira alrededor de un eje de rotación, generando por ello neutrones. El material de fuente de neutrones puede ser cualquier material de generación de neutrones, por ejemplo litio, y se puede colocar en cualquier lugar de la estructura giratoria a través de una técnica que depende, por ejemplo, del tipo y la forma del material de fuente y del diseño de la estructura giratoria. En algunas realizaciones, la estructura giratoria comprende material de fuente de neutrones colocado en una superficie exterior que se enfrenta hacia fuera de la estructura giratoria que se puede exponer fácilmente al haz de protones dirigido.

La estructura giratoria es giratoria alrededor de un eje de rotación y puede tener una variedad de formas generales diferentes, tales como en forma de disco (incluyendo circular), anular o cilíndrica, dependiendo, por ejemplo, de los requisitos generales de diseño del sistema. En algunas implementaciones, la estructura giratoria es simétrica, que tiene un eje de rotación perpendicular ay en el centro de la estructura. La estructura giratoria puede estar contenida dentro de un alojamiento exterior, según se desee, dependiendo de la aplicación. Además, la estructura giratoria se puede formar usando una variedad de materiales diferentes, dependiendo, por ejemplo, de la reactividad química del material de fuente de neutrones, las condiciones necesarias para contener el material de fuente en su forma deseada, y el coste. Por ejemplo, la estructura giratoria puede incluir acero inoxidable o molibdeno.

La estructura giratoria puede incluir una base que es sustancialmente plana pero puede incluir además diversos componentes o características adicionales, según se desee, para contener el material de fuente de neutrones. La base puede incluir además un medio para la rotación, tal como un motor y un eje. En algunas realizaciones, la base puede incluir un buje central giratorio que comprende diversos medios para entregar agentes de transferencia de calor, tales como fluidos de calentamiento o refrigerantes, a diversas partes o componentes de la base y/o de la estructura giratoria. También se pueden proporcionar canales en la base así como en diversos componentes de la estructura giratoria para ayudar en la entrega de estos fluidos. Además, la base puede incluir al menos una sección de contención de material de fuente de neutrones que está configurada para mantener el material de fuente de neutrones en una posición objetivo. La forma, el tamaño, la ubicación y el número de secciones de contención pueden depender, por ejemplo, del tipo y la forma del material de fuente de neutrones, el método en el que se proporciona el material de fuente sobre la base y/o el diseño de la estructura giratoria.

En algunas realizaciones, la estructura giratoria es una estructura en forma de disco que tiene una base que comprende un buje giratorio que se coloca centralmente dentro de la base. La base también puede incluir al menos un segmento de base que tiene una superficie exterior que se enfrenta hacia fuera configurada para contener y/o transportar el material de fuente de neutrones. El material de fuente de neutrones incluye una capa de material de fuente de neutrones sólida, tal como litio. El buje puede incluir al menos una línea de refrigerante extendiéndose hasta el al menos un segmento de base. El generador de haz de protones está configurado para dirigir el haz de protones hacia el material de fuente de neutrones contenido por o transportado en los segmentos de base. En algunas realizaciones, la estructura en forma de disco es giratoria alrededor de un eje de rotación, y el haz de protones se puede dirigir a lo largo de una trayectoria de haz que es sustancialmente paralela al eje de rotación.

En algunas realizaciones, la estructura giratoria es una estructura cilíndrica que tiene una base (por ejemplo, una base horizontal) que está conectada a una pared externa sustancialmente perpendicular (por ejemplo, una pared externa vertical). La pared externa puede incluir al menos un segmento de pared que tiene una superficie exterior que se enfrenta hacia dentro que está configurada para contener una película de un material de fuente de neutrones líquida, tal como litio líquido, y el generador de haz de protones se puede configurar para dirigir el haz de protones a la película de material de fuente de neutrones líquida contenida en los segmentos de pared. La estructura cilíndrica es giratoria alrededor de un eje de rotación, y el haz de protones se puede dirigir a lo largo de una trayectoria de haz que es sustancialmente perpendicular al eje de rotación.

En algunas realizaciones, un método de generación de neutrones puede usar cualquiera de las realizaciones de estructura giratoria descritas en la presente memoria. Por ejemplo, se puede proporcionar una estructura giratoria que comprenda un material de fuente de neutrones. La estructura giratoria se puede hacer girar alrededor de un eje de rotación, y un haz de protones generado por un generador de haz de protones se puede dirigir al material de fuente de neutrones a medida que gira, generando por ello neutrones.

En algunas realizaciones, la estructura giratoria incluye una estructura en forma de disco que tiene una base y un buje giratorio colocado centralmente dentro de la base, la base puede incluir al menos un segmento de base con una superficie exterior que se enfrenta hacia fuera que tiene una capa de material de fuente de neutrones sólida. El buje puede incluir al menos una línea de refrigerante que se extiende hasta el al menos un segmento de base. A medida que la estructura en forma de disco se hace girar alrededor de un eje de rotación, un haz de protones generado por un generador de haz de protones se dirige a la capa de material de fuente de neutrones sólida a lo largo de una trayectoria de haz, por ejemplo, una trayectoria de haz que es sustancialmente paralela al eje de rotación, de modo que los neutrones se generen tras la interacción entre el haz de protones y el material de fuente de neutrones sólida.

En algunas realizaciones, la estructura giratoria puede ser una estructura cilíndrica que tiene una base que está conectada a una pared externa sustancialmente perpendicular, la pared externa puede incluir al menos un segmento de pared que tiene una superficie exterior que se enfrenta hacia dentro que está configurada para contener una película de un material de fuente de neutrones líquida. Se puede proporcionar un material de fuente de neutrones sólida en la base, y el material de fuente de neutrones líquida se puede formar fundiendo el material de fuente de neutrones sólida. A medida que la estructura cilíndrica se gira alrededor de un eje de rotación, el material de fuente de neutrones líquida puede fluir desde la base hasta la superficie exterior del segmento de pared que se enfrenta hacia dentro, formando por ello la película de material de fuente de neutrones líquida. Un haz de protones generado por un generador de haz de protones se puede dirigir a la película de material de fuente de neutrones líquida a lo largo de una trayectoria de haz, por ejemplo, una trayectoria de haz que es sustancialmente perpendicular al eje de rotación, de manera que los neutrones se generen tras la interacción entre el haz de protones y el material de fuente de neutrones líquida.

Se ha de entender que la descripción general anterior y la siguiente descripción detallada son solamente ejemplares y explicativas. Los expertos en la técnica pueden realizar diversas modificaciones y adiciones a los procesos de la presente descripción sin apartarse del alcance de la presente descripción.

En algunas realizaciones, la estructura giratoria incluye una base que tiene una pluralidad de segmentos de base que incluye el material de fuente de neutrones. La base se puede colocar vertical u horizontalmente, por ejemplo en base a la configuración y posición del generador de haz de protones. La forma general de la estructura giratoria puede variar y, en algunas realizaciones, tiene forma de disco, con una base que es anular, circular o casi circular (es decir, que tiene una forma poligonal que se aproxima a un disco circular). La estructura giratoria puede ser simétrica, teniendo un eje de rotación perpendicular a y en el centro de la base. La base puede ser sustancialmente plana o puede comprender una región anular escalonada o en ángulo que comprende segmentos de base. Los segmentos de base también pueden ser sustancialmente planos.

El “segmento de base” de la estructura giratoria puede referirse a cualquier parte dentro o sobre la base y puede incluir, por ejemplo: (1) una superficie exterior que se enfrenta hacia fuera (es decir, que se enfrenta hacia el generador de haz de protones) que está configurada para contener el material de fuente de neutrones, y (2) una capa de material de fuente de neutrones sólida, tal como litio. La base se puede dividir en una pluralidad de segmentos de base que están separados, por ejemplo, por separadores elevados, o la base y sus segmentos pueden formar una superficie continua. En algunas realizaciones, la estructura giratoria tiene una base circular que comprende segmentos de base anulares o que comprende segmentos de base en forma de círculo o en forma de círculo parcial. De esta forma, la superficie exterior puede comprender una capa continua de material de fuente de neutrones o puede incluir capas colocadas en diversos segmentos o secciones objetivo a lo largo de la superficie exterior que se enfrenta hacia fuera. La superficie exterior del segmento de base se puede disponer de manera que una superficie principal del mismo sea perpendicular al haz de protones que se genera por el generador de haz de protones y se dirige al material de fuente de neutrones. No obstante, los segmentos se pueden inclinar o angular con el fin de aumentar el área superficial del material de fuente sólida que llega a estar en contacto con el haz de protones. Alternativamente, el haz en sí mismo se puede dirigir para que golpee en el material de fuente de neutrones en un ángulo, aumentando por ello el área de contacto.

La estructura giratoria se puede formar usando una variedad de materiales diferentes, dependiendo, por ejemplo, de la reactividad química del material de fuente de neutrones, las condiciones necesarias para producir la capa de material de fuente sólida y el coste. Por ejemplo, la estructura giratoria puede comprender acero inoxidable o molibdeno. Los segmentos de base pueden incluir uno o más materiales de alta conductividad, tales como cobre, aluminio o molibdeno. La capa sólida de material de fuente se puede proporcionar sobre la superficie exterior de los segmentos de base depositando o recubriendo el material de fuente sólida directamente sobre el mismo. Alternativamente o además, las capas preformadas se pueden poner o colocar directamente sobre la superficie exterior de los segmentos de base. En algunas realizaciones, la superficie exterior también incluye una o más secciones de contención de material de fuente de neutrones, y el material de fuente de neutrones sólida, en forma no estratificada (tal como escamas, trozos o gránulos) se puede proporcionar dentro de estas secciones, fundido y enfriado para formar la capa de material de fuente sólida. Aunque la capa de fuente sólida se puede proporcionar directamente sobre la superficie del segmento de base, también se pueden usar una o más capas intermedias, por ejemplo para mejorar la unión (y, correspondientemente, el contacto térmico) de la capa a la superficie del segmento. Esta capa también puede proporcionar una barrera física para evitar interacciones químicas entre el material de fuente y el segmento. Por ejemplo, para un objetivo de litio sólido, se puede usar una capa intermedia de cobre para proporcionar una unión mejorada del objetivo de litio a un segmento de base de aluminio al tiempo que se evita la amalgama del aluminio con el litio. También se pueden usar capas intermedias para aumentar el umbral de dosis de formación de ampollas en el objetivo. Cuando se exponen a altas influencias de protones, la mayoría de los materiales eventualmente forman ampollas debido a la acumulación de gas hidrógeno y al daño al final del intervalo de las partículas en el material. Si se elige que el grosor del material de fuente sea menor que el intervalo de los protones en ese material, entonces los protones se detendrán o “frenarán” en una capa más profunda. Esta capa más profunda puede estar hecha de un material que sea resistente a la formación de ampollas, tal como hierro, tántalo u otros conocidos en la técnica. Esta capa de detención de formación de ampollas puede incluir una capa de unión o barrera, o puede ser además de cualquier capa de unión o barrera. El grosor de la capa sólida de material de fuente puede variar, dependiendo, por ejemplo, de la aplicación objetivo, la potencia del haz de protones y el tiempo de exposición de la capa. Por ejemplo, la capa sólida puede tener un grosor de 2 mm o menos, de alrededor de 0,1 mm a alrededor de 1 mm, o de alrededor de 0,05 mm a alrededor de 0,5 mm.

En algunas realizaciones, la base incluye un buje giratorio que está colocado centralmente dentro de la base, junto con diversos medios de entrega de agentes de transferencia de calor, tales como fluidos de calentamiento o refrigerantes, a diversas partes de la base. Por ejemplo, la base puede incluir al menos una línea de refrigerante que se extiende desde una unidad de buje giratorio central hasta el segmento de base, que incluye el material de fuente de neutrones sólida. De esta forma, se puede entregar refrigerante para enfriar la superficie exterior de la base que se enfrenta hacia fuera, tal como a través de canales proporcionados dentro la misma que permiten la comunicación térmica del refrigerante con la superficie exterior al tiempo que el haz de protones se enfoca y que reacciona con la capa de material de fuente de neutrones sólida.

Material de fuente de neutrones líquida

En algunas realizaciones, una estructura giratoria incluye una base conectada a una pared externa, y la pared externa incluye el material de fuente de neutrones. La estructura giratoria puede ser simétrica, con un eje de rotación que es perpendicular a, y está en el centro de, la base. La forma general de la estructura puede ser cilíndrica o sustancialmente cilíndrica, y que comprende una base conectada a una pared externa sustancialmente perpendicular. Por ejemplo, la estructura giratoria puede ser una base horizontal, tal como una base circular, que está conectada a una pared vertical o sustancialmente vertical a lo largo de su circunferencia externa.

La pared externa de la estructura giratoria puede incluir una superficie exterior que se enfrenta hacia dentro (es decir, que se enfrenta hacia el centro de la base) que está configurada para contener el material de fuente de neutrones, tal como una película de un material de fuente de neutrones líquida, por ejemplo, litio. Se puede usar una variedad de técnicas diferentes para contener la película, varias de las cuales se describen a continuación. Además, la pared externa puede estar en ángulo o inclinada unos pocos grados (tal como 1-2 grados) hacia fuera de la vertical (es decir, lejos del centro de la base) y, por lo tanto, puede no ser exactamente paralela al eje de rotación, por ejemplo, para ayudar en la formación de la película del material de fuente de neutrones líquida.

En algunas realizaciones, la pared externa de la estructura giratoria es un anillo circular continuo, que tiene una superficie exterior continua que se enfrenta hacia dentro, o se segmenta en una pluralidad de segmentos de pared distintos, separando por ello la superficie exterior que se enfrenta hacia dentro en diversas secciones configuradas para que cada una contenga una película de una cantidad objetivo del material de fuente de neutrones líquida. Por ejemplo, la pared externa puede incluir una pluralidad de segmentos de pared, cada uno que tiene una forma y tamaño similares. Los segmentos de pared pueden tener una forma curva, formando segmentos de arco de la forma en sección transversal circular general de la pared externa, o pueden ser planos, aproximando por ello la forma de anillo circular general de la pared externa. La superficie exterior que se enfrenta hacia dentro de la pared externa se puede segmentar en segmentos de pared usando una variedad de métodos, que incluyen, por ejemplo, proporcionando separadores elevados unidos a la superficie exterior de la pared externa, formando bolsillos o depresiones con muescas dentro de la pared externa, o separando y dividiendo físicamente la pared externa en piezas de segmento de pared desmontables.

La base de la estructura giratoria es preferiblemente contigua a la pared externa. De este modo, la base y la pared se pueden formar como una unidad o, alternativamente, pueden ser componentes separados conectados o unidos entre sí. La base puede tener una variedad de formas diferentes, tales como anular, circular o casi circular (que tiene una forma poligonal que se aproxima a un círculo). En algunas realizaciones, la base es generalmente plana y comprende un buje giratorio que se coloca centralmente dentro de la base, así como diversos medios para entregar agentes de transferencia de calor, tales como fluidos de calentamiento o refrigerantes a diversas partes de la base y/o la pared externa. Por ejemplo, la base puede incluir al menos una línea de refrigerante que se extiende desde una unidad de buje central hasta uno o más segmentos de pared de la pared externa, entregando por ello refrigerante para enfriar la superficie exterior que se enfrenta hacia dentro de la pared externa, tal como a través de los canales proporcionados en la misma que permiten la comunicación térmica del refrigerante con la superficie exterior.

En algunas realizaciones, la base incluye además al menos una sección de contención de material de fuente de neutrones, tal como una cuba o pozo, en la que se coloca y mantiene un material de fuente de neutrones sólida, tal como litio, por ejemplo, a medida que se gira la base. El volumen de la cuba puede ser mayor que el volumen del material de fuente de neutrones a ser colocado en la misma y, como tal, será suficiente para contener la fuente como masa fundida. El volumen total de todas las secciones de contención se puede seleccionar para que sea suficiente para contener el volumen total de la fuente necesaria para producir el haz de neutrones deseado. La cuba o cubas se pueden situar en cualquier lugar dentro o sobre la base, por ejemplo en la unión entre la base y la pared externa, permitiendo por ello la comunicación fluida entre la cuba y la pared externa. Aunque se puede usar una cuba o pozo continuo, también se puede proporcionar una pluralidad de cubas, en cuyo caso cada cuba se puede separar de una cuba vecina mediante un separador o divisor elevado. De esta forma, el material de fuente de neutrones líquida formado dentro de la cuba o pozo puede estar contenido en partes discretas en ubicaciones específicas a lo largo de la base, por ejemplo, en la unión entre la base y la pared externa. En algunas realizaciones, cuando la base incluye una pluralidad de cubas, la pared externa también incluye una pluralidad de segmentos de pared correspondientes, con cada cuba que está en comunicación fluida con uno o más segmentos de pared. De este modo, la parte discreta del material de fuente de neutrones líquida estará en comunicación fluida con un segmento de pared que tiene una superficie interior que está configurada para contener una película del material de fuente.

Cuando la base comprende una o más cubas, la base también puede incluir al menos una línea de alimentación que se extiende desde una unidad de buje central hasta una o más de las cubas, entregando por ello fluido de transferencia de calor para calentar y fundir el material de fuente de neutrones sólida colocado en la cuba, tal como a través de canales proporcionados en la base cerca o debajo de la cuba para permitir la comunicación térmica del fluido con la cuba. De esta forma, el material de fuente de neutrones se puede convertir en forma líquida. Alternativamente, el sistema puede incluir al menos una fuente de calor, tal como uno o más calentadores internos o lámparas de calor que se colocan y configuran para calentar el material de fuente de neutrones sólida. Tal calentamiento se puede aplicar a una cuba a la vez o a todas las cubas simultáneamente, por ejemplo, girando la estructura, según se desee para formar el material de fuente de neutrones líquida. Además, el haz de protones a ser dirigido a la película de material de fuente de neutrones, generado como se trata a continuación, se puede redirigir sobre la cuba, y la potencia del haz que se usa para ayudar a iniciar la fusión del material de fuente de neutrones.

En algunas realizaciones, la estructura giratoria se forma usando uno o más de una variedad de materiales diferentes, dependiendo, por ejemplo, de la reactividad química del material de fuente de neutrones, las condiciones necesarias para contener el material de fuente en forma líquida y el coste. Por ejemplo, la estructura giratoria puede comprender acero inoxidable o molibdeno. Sorprendentemente, en la presente descripción, no es necesaria la capacidad del material de fuente de neutrones líquida para mojar el material usado para formar el material de estructura giratoria. Sin desear ceñirse a ninguna teoría, los inventores señalan que el litio tiene una tensión superficial relativamente alta (de aproximadamente 400 dinas/cm a 200 °C) y una densidad relativamente baja (de aproximadamente 0,5 g/cm2), lo que conduce a una tendencia muy alta del litio a “formar una bola” o contraerse en charcos espesos sobre una superficie plana, haciendo desafiante crear una película delgada y uniforme de litio líquido. Para abordar este problema, las estructuras giratorias descritas en la presente memoria se pueden formar con un material que se humedece fácilmente con litio. No obstante, esto haría más desafiante eliminar el litio no usado o gastado para su sustitución o mantenimiento del sistema. En algunas realizaciones de la presente descripción, se pueden usar materiales que no están bien humedecidos por el litio a las temperaturas operativas deseadas (tal como por debajo de 300 °C), lo que proporciona ventajas tanto económicas como funcionales.

Como se ha señalado anteriormente, en algunas realizaciones un sistema puede incluir un generador de haz de protones. Se puede usar cualquier fuente de un haz de protones, incluyendo, por ejemplo, un generador de haz de protones que comprende un acelerador de protones, y la selección de la fuente de haz de protones puede depender, por ejemplo, del objetivo de haz de protones y/o la aplicación deseada del haz de neutrones resultante. Para BNCT clínica, el intervalo de energía de neutrones requerido está entre 1 eV y 10 keV. Para el planteamiento “por encima del umbral” que usa un haz de protones de ~2,5 MeV, la energía media de los neutrones producidos es de alrededor de 600 keV. El intervalo de energía total está entre neutrones térmicos y de 2,5 MeV, pero hay un pico fuerte en la sección transversal a 600 keV. De este modo, los neutrones deberían ser “moderados” (es decir, ralentizados) al intervalo epitérmico filtrándolos a través de una agrupación de materiales y grosores. Por ejemplo, para la producción de neutrones a partir de un objetivo de litio (7Li (p, n) 7Be), la reacción requiere una fuente de protones con una energía de al menos 1,88 MeV a alrededor de 2,4-2,7 MeV. Se prefiere un acelerador de protones de alta corriente, tal como un acelerador de protones que opere con una corriente de protones de 30 - 50 mA y una energía de protones de 1,9 - 2,7 MeV. El haz de protones del generador de haz de protones se puede enfocar sobre el material de fuente de neutrones (o bien como una película líquida o bien una capa sólida, como se ha descrito anteriormente), generando por ello neutrones.

Además, en las realizaciones de la presente descripción, el haz se puede monitorizar y perfilar durante la producción de neutrones. La estructura giratoria se puede segmentar en la dirección circunferencial de manera que haya muchas depresiones, cada una que contiene una película o capa de litio. Se puede perforar un único orificio pequeño en los segmentos de base o en la pared externa vertical entre cada par de depresiones de manera que la pluralidad de orificios formaría, por ejemplo, un patrón helicoidal en el interior de la pared externa. Se puede poner una copa de Faraday detrás de la estructura giratoria de manera que el haz impacte sobre ella cuando un orificio pasa por delante del haz. Los datos recopilados de la copa de Faraday, combinados con la información de temporización de la estructura de rotación, se pueden usar para reconstruir un perfil bidimensional del haz en cada revolución, sin interrumpir la producción de neutrones. Esta información puede ser útil para asegurar que se mantengan el perfil, la ubicación y la intensidad de haz deseados.

En algunas realizaciones, un método incluye proporcionar una estructura giratoria en forma de disco que tiene una base con un buje giratorio colocado centralmente, la base que comprende al menos un segmento de base que tiene una superficie exterior que se enfrenta hacia fuera configurada para contener una capa de material de fuente de neutrones sólida, tal como litio, y el buje que comprende al menos una línea de refrigerante que se extiende hasta los segmentos de base. A medida que la estructura en forma de disco se gira alrededor del eje de rotación, el haz de protones proporcionado por el generador de haz de protones se dirige a la capa de material de fuente de neutrones sólida, generando por ello neutrones. El haz de protones se puede dirigir a lo largo de una trayectoria de haz que es sustancialmente paralela al eje de rotación.

En otra realización, la estructura giratoria es una estructura cilíndrica que tiene una base que está conectada a una pared externa sustancialmente perpendicular. La pared externa puede incluir al menos un segmento de pared que tiene una superficie exterior que se enfrenta hacia dentro configurada para contener una película de un material de fuente de neutrones líquida, tal como litio. Un material de fuente de neutrones sólida se puede proporcionar en la base, por ejemplo, en una o más cubas o pozos colocados en la unión entre la base y la pared externa, permitiendo una comunicación fluida entre la cuba y la pared externa, y el material de fuente de neutrones líquida se puede formar fundiendo el material de fuente de neutrones sólida. A medida que la estructura cilíndrica se gira alrededor del eje de rotación, el material de fuente de neutrones líquida fluye desde la base hasta la superficie exterior del segmento de pared que se enfrenta hacia dentro, formando por ello la película. El haz de protones proporcionado por el generador de haz de protones se dirige a la película del material de fuente de neutrones líquida, generando por ello neutrones. Por ejemplo, el haz de protones se puede dirigir a lo largo de una trayectoria que es sustancialmente perpendicular al eje de rotación (por ejemplo, formando un ángulo con el eje de rotación de desde alrededor de 80° hasta alrededor de 100°, o desde alrededor de 85° hasta alrededor de 95°).

La fusión del material de fuente de neutrones sólida puede ocurrir antes de o simultáneamente con la rotación de la estructura giratoria, dependiendo, por ejemplo, de la velocidad de rotación y la tasa relativa de calentamiento y fusión de la fuente. Por ejemplo, la velocidad de rotación puede ser de alrededor de 500 RPM, generando una fuerza centrífuga de al menos alrededor de 150 gs. El grosor de la película líquida puede variar, dependiendo, por ejemplo, de la aplicación objetivo, la potencia del haz de protones y el tiempo de exposición de la película. La película líquida puede tener un grosor de 5 mm o menos (por ejemplo, de alrededor de 1 mm a alrededor de 3 mm). Las condiciones para formar la película pueden depender de las propiedades del material de fuente líquida y de la superficie exterior de la pared externa. Se debería aplicar suficiente fuerza centrífuga a la fuente líquida con el fin de producir una película plana sustancialmente continua que tenga el grosor deseado. Por ejemplo, para una fuente de litio, se puede usar una frecuencia de rotación de alrededor de 600 RPM, correspondiente a una fuerza centrífuga de aproximadamente 200 gs, que se espera que sea suficiente para producir una película de litio de aproximadamente 1,25 mm en el caso de un material de segmento que no se moje por el litio. El uso de un volumen de litio suficiente para proporcionar una película más gruesa, tal como de 2 mm de grosor, aseguraría que el comportamiento del charco no esté dominado por la tensión superficial y se expanda para cubrir toda la depresión en el pedestal.

Un ejemplo específico de una realización de un sistema de generación de neutrones se muestra en la FIG. 12. Como se muestra, el sistema 1200 incluye una estructura giratoria 1260 que tiene un eje de rotación X contenido dentro del alojamiento externo 1261. La estructura giratoria 1260 tiene una forma cilíndrica general e incluye una base horizontal 1262 conectada a la pared externa vertical 1263, que está segmentada en una pluralidad de segmentos de pared, que se ven más claramente en la FIG. 13. El sistema 1200 incluye además un buje giratorio 1264 colocado centralmente dentro de la base 1262 que incluye líneas de refrigerante y/o líneas de alimentación para fluidos de transferencia de calor según sea necesario. El motor 1265 gira la estructura 1260. Como se muestra en este ejemplo específico, el haz de protones 1266 entra en la estructura 1260 a través de la abertura 1267, que está por encima del borde superior de la pared externa 1263 y pasa al lado opuesto, golpeando la película de fuente de neutrones líquida a medida que gira. Los neutrones se generan y salen de la estructura 1260 a través de la abertura 1268. De este modo, para esta estructura cilíndrica, el haz de protones se dirige a lo largo de una trayectoria de haz que es sustancialmente perpendicular al eje de rotación, desviándose ligeramente de la perpendicular solamente por la altura de la pared externa 1263. Puede ser deseable añadir una ligera punta hacia fuera de unos pocos grados con el fin de ayudar en la formación de película y acercaría la trayectoria de haz a la perpendicular.

La FIG. 13 muestra detalles adicionales concernientes a la estructura giratoria 1260. Como se muestra, la parte de base horizontal de la estructura 1260 está dividida en una pluralidad de cubas 1270 mediante separadores de base elevados 1272. Además, una parte de pared externa de la estructura 1260 está dividida en una pluralidad de segmentos de pared 1274 mediante separadores de pared elevados 1276. Como se muestra, cada cuba 1270 está colocada adyacente a un segmento de pared 1274 correspondiente en la unión de la base y la pared externa.

Un ejemplo específico de la formación de una película de un material de fuente de neutrones líquida, tal como litio, se muestra en las Figuras 14A-14C. Como se muestra en la FIG 14A, el litio sólido 1371 en forma de tubos (aunque son posibles otras formas y siluetas) se coloca dentro de las cubas 1370 de la estructura 1360. Se proporciona calor a las cubas, o bien a través de canales en la base horizontal conectados a las líneas de alimentación en el buje giratorio central o bien mediante un calentador interno, tal como lámparas de calor, colocadas cerca de las cubas. Como se muestra en la FIG. 14B, el calentamiento funde el litio sólido 1371 para producir litio líquido 1373. Las cubas 1370 tienen un volumen mayor que el volumen de litio líquido 1373 y, de este modo, el material de fuente de neutrones líquida se contiene dentro de las mismas. Simultáneamente con el paso de fusión, o posteriormente, la estructura 1360 se girar a una velocidad suficiente para hacer que el litio líquido 1373 suba y entre en los segmentos de pared 1374 (indicados por la flecha A) formando por ello la película de litio líquido 1375 (mostrada en la Figura 14C). El segmento de pared 1374 está configurado correctamente para contener la película 1375, que tiene el volumen, las propiedades de superficie y las alturas de separador adecuadas para la velocidad de rotación y las condiciones dadas.

Un haz de protones dirigido al objetivo de película de litio a medida que gira a través del haz puede producir la corriente de neutrones deseada, con el beneficio de minimizar el volumen de litio líquido necesario para el objetivo de la fuente de neutrones, al mismo tiempo que evita el problema de la formación de ampollas, esperado para objetivos de neutrones sólidos o objetivos líquidos que se solidifican prematuramente. Además, debido a que la fuente líquida (es decir, litio) no necesita fluir, no hay una preocupación significativa si ocurre una solidificación involuntaria. En algunas realizaciones, el litio se puede mantener en o por debajo de su punto de fusión, operando como un sistema de dos fases. Gran parte de la energía del haz sería absorbida por el cambio de fase del litio, minimizando cualquier pico de temperatura a medida que el objetivo pasa a través del haz. Se esperaría que esto redujera el riesgo de hervir el litio, permitiendo la operación a temperaturas más bajas, al mismo tiempo, eliminando aún el problema de la formación de ampollas. Además, la eliminación de calor se mejora en comparación con los métodos que usan un objetivo estacionario, dado que el calor generado se extiende sobre un área grande a medida que el objetivo gira, al tiempo que también se mantiene la fuente de neutrones en una región pequeña, como es deseable para la mayoría de aplicaciones. Se puede proporcionar una eliminación de calor adicional haciendo circular refrigerante a través de líneas de refrigerante que se extienden desde una unidad de buje central en la base horizontal hasta uno o más segmentos de pared de la pared externa, entregando por ello refrigerante para que esté en comunicación térmica con la superficie exterior que se enfrenta hacia dentro de la pared externa, tal como los canales pasantes proporcionados en la misma. También, el fluido de transferencia de calor usado para fundir el litio también se puede hacer circular para que esté en comunicación térmica con la superficie exterior que se enfrenta hacia dentro, tal como a través de canales de conexión, manteniendo la temperatura de la película líquida.

Los beneficios adicionales esperados del presente método y sistema incluyen una eliminación robótica rápida del material de fuente de neutrones para su sustitución o mantenimiento del sistema. Por ejemplo, se podría permitir que un objetivo de litio se solidifique en la cuba de la base horizontal. Si la cuba se prepara usando un material que tenga una superficie antiadherente adecuada para el litio, se formarían gránulos de litio, que se podrían eliminar directamente o, alternativamente, se puede usar una cuba extraíble. Esto minimizaría el tiempo de inactividad por mantenimiento o sustitución de litio y también reduciría significativamente el riesgo de radiación al personal de mantenimiento asociado con el producto de reacción de berilio radiactivo contenido en el litio. También son posibles beneficios adicionales, dado el beneficio de la presente descripción.

Un ejemplo específico de otra realización de un sistema de generación de neutrones de la presente descripción se muestra en la FIG. 15A. Como se muestra, el sistema 1500 incluye una estructura giratoria 1510 que tiene un eje de rotación X contenido dentro del alojamiento externo 1525 y rodeado por un reflector de neutrones 1526. La estructura giratoria 1510 tiene una forma de disco general e incluye una base vertical 1530 que tiene una región escalonada anular que comprende un segmento de base 1520 sobre el que se proporciona una capa sólida de litio 1535. La base 1530 incluye además un buje giratorio 1560 (solamente parcialmente visible en la FIG. 15A) e incluye líneas de refrigerante y/o líneas de alimentación para fluidos de transferencia de calor según sea necesario para enfriar la capa sólida de litio 1535 mientras que se gira. La estructura giratoria 1510 se gira alrededor del eje X, y el haz de protones 1590 golpea la capa sólida de litio 1535 a medida que gira, generando por ello neutrones, que salen a través del moderador 1591 y el colimador 1592. De este modo, para esta estructura giratoria en forma de disco, el haz de protones se dirige a lo largo de una trayectoria que es sustancialmente paralela al eje de rotación.

Un ejemplo específico adicional de esta realización se muestra en las FIGS. 15B-15D. Con respecto a la FIG. 15B, se muestra el sistema 1501 que comprende una estructura giratoria 1511 que tiene una forma de disco general, que incluye además una base vertical 1531 que tiene segmentos de base 1521 sobre los que se proporciona una capa sólida de litio 1536. Esto se ve más claramente en la FIG. 15C, que es una vista frontal de la estructura giratoria 1511. La base 1531 incluye un buje giratorio 1561 que incluye una pluralidad de líneas de refrigerante 1570 y líneas de alimentación 1575 que conectan el buje 1561 a los segmentos de base 1521 para entregar refrigerante a la capa sólida de litio 1536 a medida que la estructura 1511 se gira alrededor del eje Y por el conjunto de motor 1550. El buje y las líneas o canales asociados se ven más claramente en la FIG. 15D, que es una vista posterior de la estructura giratoria 1511. También, el segmento 1522 se muestra en la FIG. 15C y la FIG. 15D en una vista en corte que muestra canales en el segmento para entregar refrigerante detrás de la capa de litio 1536. La estructura giratoria 1511 se gira alrededor del eje Y, y el haz de protones 1590 golpea la capa sólida de litio 1536 a medida que gira, generando por ello neutrones, que salen a través de la parte posterior del objetivo. De ese modo, para esta estructura giratoria en forma de disco, el haz de protones se dirige a lo largo de una trayectoria que es sustancialmente paralela al eje de rotación.

Estos ejemplos también tienen el beneficio de minimizar la cantidad de litio necesaria como objetivo de fuente de neutrones. Dado que el refrigerante se hace circular a través de líneas o canales que se extienden desde el buje central hasta los segmentos de base, el calor se elimina por ello del objetivo sólido a medida que gira, minimizando el sobrecalentamiento y la formación de ampollas y permitiendo que objetivos sólidos más delgados se usen en comparación con los métodos que usan un objetivo estacionario. El calor generado se extiende sobre un área grande a medida que gira el objetivo, al tiempo que también se mantiene la fuente de neutrones en una región pequeña, como es deseable para la mayoría de las aplicaciones. Además, la estructura giratoria en forma de disco se puede colocar verticalmente, horizontalmente o en cualquier ángulo deseado, dependiendo de la posición del objetivo del haz de neutrones generado. Esto dota al presente sistema con una considerable flexibilidad de diseño. Además, los segmentos de base se pueden eliminar individualmente de la estructura giratoria para eliminación robótica rápida del material de fuente de neutrones para su sustitución o mantenimiento del sistema. Por ejemplo, se podría usar un objetivo de litio sólido segmentado en segmentos de base separados pero unidos, como se muestra en la FIG. 15C y la FIG. 15D. La separación de los segmentos de, por ejemplo, la parte de la base que comprende los canales de alimentación y refrigerante permite una extracción y sustitución rápida y sencilla, minimizando el tiempo de inactividad para el mantenimiento o la sustitución de la fuente de neutrones y también reduciría significativamente el riesgo de radiación al personal de mantenimiento. También son posibles beneficios adicionales, dado el beneficio de la presente descripción.

Los neutrones producidos por los sistemas y métodos de la presente descripción se pueden usar en una variedad de aplicaciones diferentes. Por ejemplo, los neutrones resultantes se pueden usar para la producción de isótopos, la detección de materiales explosivos y/o fisibles, para el ensayo de minerales de metales preciosos o en diversas técnicas médicas y de formación de imágenes. Como ejemplo específico, los neutrones se pueden incluir como parte de una terapia de captura de neutrones por boro (BNCT) para el tratamiento del cáncer.

Un esquema general de una realización del presente sistema y método de BNCT se muestra en la FIG. 16, así como, en parte, en la FIG. 15A. Por ejemplo, con referencia a la FIG. 16, que no está dibujada a escala, el sistema de BNCT 1600 incluye el sistema de generación de neutrones 1650 y el sistema de posicionamiento y tratamiento del paciente 1680. El sistema de generación de neutrones 1650 incluye un generador de haz de protones 1610 y un objetivo de fuente de neutrones 1620, que se proporciona en una estructura giratoria (no mostrada). Puede usar cualquiera de las estructuras giratorias de la presente descripción y descritas anteriormente. El generador de haz de protones 1610 se puede proporcionar en una variedad de posiciones diferentes con relación al objetivo de fuente de neutrones 1620, dependiendo, por ejemplo, del tamaño y diseño de la instalación en la que se ponen. Se pueden usar diversos imanes de flexión o enfoque conocidos para dirigir el haz de protones generado hacia el objetivo.

El haz de protones 1690, producido por el generador de haz de protones 1610, pasa a través del sistema de transporte de haz 1615, que puede incluir, por ejemplo, diversos tipos de imanes de enfoque, y reacciona con el objetivo de fuente de neutrones 1620, generando por ello neutrones, que generalmente se producen en múltiples direcciones alrededor de la fuente dependiendo de su energía - neutrones de mayor energía que se mueven hacia delante del objetivo y neutrones de menor energía que se dispersan perpendicularmente hacia o hacia atrás de la fuente. Para generar el haz de neutrones 1670 que tiene la energía y la dirección deseadas para el tratamiento con BNCT, el sistema de generación de neutrones 1650 incluye además el reflector 1626, el moderador de haz 1691 y el colimador de haz 1692. Se puede usar cualquier reflector de haz de neutrones, moderador o colimador/delimitador de haz conocido en la técnica, y cada uno se puede colocar alrededor del objetivo como se desee con el fin de capturar neutrones que tengan el intervalo de energía deseado. Por ejemplo, el reflector 1626 se puede colocar alrededor de los lados y detrás del objetivo, como se muestra en la FIG. 16 (así como en la FIG. 15A, en 1526), y puede comprender cualquier material conocido en la técnica que sea relativamente no absorbente de neutrones, tal como material de alto número atómico (incluyendo plomo, bismuto o alúmina) o materiales carbonosos (incluyendo grafito). De esta forma, los neutrones dispersados hacia atrás de baja energía se reflejan de nuevo al sistema, protegiendo o blindando por ello los componentes circundantes, así como al paciente 1699. Los neutrones de energía relativamente más alta, dirigidos hacia adelante, se pueden capturar por el moderador 1691 (que también comprende materiales que son relativamente no absorbentes de neutrones), con el fin de reducir su energía a un intervalo epitérmico deseado. De esta forma, por ejemplo, los neutrones que tienen una energía inicial de aproximadamente 500 keV se pueden reducir a una energía final de alrededor de 1 eV a alrededor de 10 keV, que es un intervalo deseable para el tratamiento con BNCT. Los materiales moderadores adecuados son conocidos en la ^{técnica e incluyen, por ejemplo, D}2^{O, MgF, LiF, AF}3^{, Al, Teflón y mezclas de los mismos. Finalmente, como se} muestra, el colimador de haz 1692 se puede colocar después del moderador 1691 para producir y enfocar el haz de neutrones deseado sobre el objetivo 1698 en el paciente 1699.

Como se muestra en la FIG. 16, el sistema de BNCT 1600 incluye además un sistema de posicionamiento y tratamiento del paciente 1680 que incluye equipos y controles para entregar el haz de neutrones al paciente. Por ejemplo, se usa un sistema de entrega de boro y un protocolo en el que el agente de tratamiento que contiene boro elegido se entrega al paciente 1699 en la dosis prescrita con el fin de producir el objetivo 1698. Los sistemas de control se usan para colocar con precisión el objetivo para que coincida con la trayectoria esperada del haz de neutrones, y tales sistemas de control serían conocidos por un experto en la técnica. También se pueden usar equipos y componentes adicionales según sea necesario y también serían bien conocidos en el campo.

Como se usa en la presente memoria, los términos “alrededor de” y “aproximadamente” generalmente significan más o menos el 10 % del valor indicado, por ejemplo, un valor de alrededor de 250 incluiría de 225 a 275, y alrededor de 1000 incluiría de 900 a 1100.

La descripción anterior de realizaciones preferidas de la presente descripción se ha presentado con propósitos de ilustración y descripción. No se pretende que sea exhaustiva ni que limite la invención a las formas precisas descritas. Son posibles modificaciones y variaciones a la luz de las enseñanzas anteriores, o se pueden adquirir a partir de la práctica de la invención. Las realizaciones presentadas en la presente memoria fueron elegidas y descritas con el fin de explicar los principios de la invención y su aplicación práctica para permitir a un experto en la técnica utilizar la invención en diversas realizaciones y con diversas modificaciones que sean adecuadas al uso particular contemplado. Se pretende que el alcance de la invención sea definido por las reivindicaciones adjuntas a la misma.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato, que comprende:

un dispositivo giratorio (112) que incluye una entrada de refrigerante (112A) y una salida de refrigerante (112B); y una pluralidad de segmentos de producción de neutrones (104A-104D),

cada segmento de producción de neutrones (104A-104D) de la pluralidad de segmentos de producción de neutrones (104A-104D) acoplado de manera desmontable al dispositivo giratorio (112),

cada segmento de producción de neutrones (104A-104D) de la pluralidad de segmentos de producción de neutrones (104A-104D) que comprende:

un sustrato (106A-D) que tiene un circuito de canal de refrigerante (110A-D) definido dentro del mismo, el circuito de canal de refrigerante (110A-D) en comunicación fluida con la entrada de refrigerante (112A) y la salida de refrigerante (112B); y

una capa de fuente de neutrones sólida (108A-D), dispuesta en una superficie del sustrato (106A-D).

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde cada capa de fuente de neutrones sólida (108A-D) tiene una superficie principal que está dispuesta en un ángulo fijo con respecto a un eje de rotación del dispositivo giratorio (112).

3. El aparato de la reivindicación 2, en donde el ángulo fijo es de alrededor de 90 grados, o en donde el ángulo fijo es de alrededor de 0 grados.

4. El aparato de la reivindicación 1, en donde;

(i) la capa de fuente de neutrones sólida (108A-D) comprende uno de litio o berilio o carbono; o

(ii) el sustrato (106A-D) comprende al menos uno de cobre, aluminio, titanio y acero inoxidable.

5. El aparato de la reivindicación 1, en donde el dispositivo giratorio (112) incluye un sello de vacío (433).

6. El aparato de la reivindicación 1, en donde;

(i) el circuito de canal de refrigerante (110A-D) comprende un microcanal (510), y opcional o preferiblemente (ii) en donde el microcanal (510) tiene una dimensión de entre alrededor de 0,5 mm y alrededor de 3 mm.

7. El aparato de la reivindicación 6 (parte ii), en donde el microcanal (510) tiene una forma en sección transversal sustancialmente circular o en donde el microcanal (510) tiene una forma en sección transversal sustancialmente rectangular.

8. El aparato de la reivindicación 1, en donde el circuito de canal de refrigerante (110A-D) comprende una pluralidad de canales sustancialmente lineales orientados sustancialmente paralelos a una superficie principal de la capa de fuente de neutrones sólida (108A-D), y opcional o preferiblemente en donde los canales de la pluralidad de canales están definidos por una pluralidad de paredes, cada pared de la pluralidad de paredes que está dispuesta entre dos canales adyacentes de la pluralidad de canales, cada pared de la pluralidad de paredes que tiene una anchura que es alrededor de dos veces la anchura de cada canal de la pluralidad de canales.

9. El aparato de la reivindicación 1, en donde el grosor de la capa de fuente de neutrones sólida (108A-D) está entre alrededor de 0,01 mm y alrededor de 3 mm, o está entre alrededor de 0,09 mm y alrededor de 2 mm.

10. El aparato de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de segmentos de producción de neutrones (104A-104D) y el dispositivo giratorio (112), colectivamente, definen un disco o tambor que tiene un diámetro externo de alrededor de 1 metro.

11. El aparato de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de segmentos de producción de neutrones (104A-104D) comprende al menos 3 segmentos de producción de neutrones (104A-104D).

12. Un método, que comprende:

girar una pluralidad de segmentos (104A-104D) acoplados de forma desmontable a un dispositivo giratorio (112) a una frecuencia entre alrededor de 100 RPM y 1800 RPM, los segmentos (104A-104D) de la pluralidad de segmentos (104A-104D) que incluyen una capa de fuente de neutrones sólida (108A-D), dispuesta sobre una superficie de un sustrato 106A-D);

hacer fluir un refrigerante a través de circuitos de canales de refrigerante (110A-D) de la pluralidad de segmentos (104A-104D); y

dirigir un haz de protones a la capa de fuente de neutrones sólida de manera que el haz de protones contacte con una superficie de cada una de una secuencia de segmentos (104A-104D) de la pluralidad de segmentos (104A-104D) secuencialmente a medida que gira el disco, para causar la emisión de neutrones desde el disco.

13. El método de la reivindicación 12, en donde el haz de protones tiene una energía de entre alrededor de 1,88 MeV y alrededor de 3 MeV, y/o en donde el haz de protones tiene una corriente de entre alrededor de 10 mA y alrededor de 100 mA.

14. El método de la reivindicación 12, en donde el haz de protones contacta con las superficies de cada una de la secuencia de segmentos (104A-104D) de la pluralidad de segmentos (104A-104D) con un tamaño de punto de haz de alrededor de 10 cm.

15. El método de la reivindicación 12, en donde la rotación de la pluralidad de segmentos (104A-104D) comprende la rotación de la pluralidad de segmentos (104A-104D) a una velocidad de alrededor de 1000 RPM.