JP4274379B2 - ホウ素中性子捕獲療法用ターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホウ素中性子捕獲療法において使用するターゲットの製造方法に関する。本発明は、具体的には、加速器を利用したホウ素中性子捕獲療法において使用するリチウムターゲットの製造方法、並びに、薄膜ベリリウムの外被覆構造を有するリチウムターゲット及びその製造方法に関する。

ホウ素中性子捕獲療法は、癌細胞に集まりやすく、正常組織に集まりにくいホウ素化合物による^１０Ｂ（ｎ，α）^７Ｌｉ核反応を利用して、ホウ素が中性子を捕獲した際に発生するα線で癌細胞を選択的に破壊する治療法である。従来、このホウ素中性子捕獲療法は、研究用原子炉を改良して実施されてきた。しかし、ウラン燃料や施設の維持管理の問題から原子炉が閉鎖される傾向にあること、また、そのような問題を伴わず、より利便性の高い代替施設に対する必要性があることから、近年、中性子発生装置としての小型加速器の利用が検討されている。陽子線をターゲットに照射して、核破砕反応等により高密度の中性子を多量に発生させ利用する中性子発生装置は、原子炉に比べて設備が簡素であるという利点がある。

一般に、中性子発生装置に使用するターゲット材料としては、ウラン、タンタル、タングステン、鉛ビスマス、水銀などの固体重金属や、リチウム、ベリリウムなどの軽金属が知られている（例えば、特許文献１参照）。特に、ホウ素中性子捕獲療法への応用としては、加速器を用いた中性子発生装置において、真空蒸着法により製造したリチウムターゲットに陽子線を照射し、^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させる検討がなされている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２０００−１８０６００号公報 菅慎治、外７名，「真空蒸着装置を用いたＨＩＲＲＡＣ中性子発生用ターゲットの製作」，広島大学原爆放射能医学研究年報，広島大学放射能医学研究所，１９９６年，第３７号，１９１−１９６ページ

ホウ素中性子捕獲療法のために使用する、加速器を用いた中性子発生装置のリチウムターゲットは、従来、真空蒸着法により製造されたものが検討されている。リチウムターゲットは、ターゲットの基盤となる銅板の一方の面にリチウムを少なくとも数十ミクロン以上の厚みにコーティングすることにより製造される。しかし、真空蒸着法によるリチウムターゲットの製造においては、数十ミクロン以上の厚みをコーティングするのに、数回以上繰り返して蒸着するか、あるいは重量計算から見込んだリチウム重量を蒸発させ銅板に蒸着させる必要があることから、精度が安定しづらく、厚み等にバラツキが発生して高精度（高品質）が得られないという不都合がある。また、要求厚みを得るためには数個の製作品から所定厚みに近いものを選定せざるを得ず、歩留りも悪く、製作工数が増して、製造コストが高くなるという不都合もある。したがって、これらの不都合を伴わないリチウムターゲットの製造方法に対する必要性が望まれる。

一方、加速器を用いた中性子発生装置において、リチウムターゲットは、被照射面であるリチウムコーティングに陽子線が照射され、基盤用銅板は冷却媒体により冷却される。しかし、冷却にも拘わらず、陽子線の照射によりターゲットが過熱されると、リチウムは温度上昇し融点に達するとリチウム面からリチウム蒸発が生じ、ターゲットの寿命が短くなり、装置側系統内等にリチウムが付着堆積するなど装置健全性にも不都合が生じる。したがって、かかる不都合を伴わないリチウムターゲットに対する必要性が望まれる。

したがって、本発明の目的は、加速器を利用したホウ素中性子捕獲療法において使用するリチウムターゲットの製造方法であって、リチウムと基盤用銅板との接触熱伝導を保ったまま、リチウム接合方法の簡素化及びリチウム厚みの均一性を向上させた高精度なリチウムターゲットの製造方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、加速器を利用したホウ素中性子捕獲療法において使用するリチウムターゲットであって、リチウムの寿命を向上させたリチウムターゲット及びその製造方法を提供することにある。

このような目的は以下の本発明により達成される。
本発明のリチウムターゲットの製造方法は、ホウ素中性子捕獲療法において陽子線を照射して^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させるためのリチウムターゲットの製造方法であって、基盤用銅板及びリチウム薄板を、不活性雰囲気内において、押圧手段により圧延圧着することを特徴とする。

本発明のリチウムターゲットの製造方法では、押圧手段が、少なくとも一対のローラーであることが好ましい。また、上記押圧手段が樹脂製であることが好ましい。
本発明のリチウムターゲットの製造方法では、更に、リチウム薄板を被覆するようにベリリウム薄膜を基盤用銅板に接合することを含むことが好ましい。また、上記ベリリウム薄膜の基盤用銅板への接合が、機械的接合、エポキシ樹脂接合、又は薄膜蒸着のいずれかの方法により行われることが好ましい。

本発明のリチウムターゲットは、ホウ素中性子捕獲療法において陽子線を照射して^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させるためのリチウムターゲットであって、基盤用銅板と、該基盤用銅板の一方の面上に圧延圧着されたリチウム薄板とを備えることを特徴とする。

また、本発明のリチウムターゲットは、ホウ素中性子捕獲療法において陽子線を照射して^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させるためのリチウムターゲットであって、基盤用銅板と、該基盤用銅板の一方の面上に圧延圧着されたリチウム薄板と、該リチウム薄板を被覆するベリリウム薄膜とを備えることを特徴とする。

本発明のリチウムターゲットの製造方法によれば、不活性雰囲気内において、適する厚みを有するリチウム薄板を必要なサイズに切り出し、押圧手段により基盤用銅板と圧延圧着することにより、寸法が制御された高精度（高品質）のリチウムターゲットを容易に提供することができる。また、外観、寸法検査も容易にでき、将来の製品（量産）化にあたり不良品を少なくして生産性を上げることが可能となり、互換性の優れた歩留りの良い製品を供給できるとともに、製作工数も少なく、製造・設備コストも安価となる。

更に、本発明のリチウムターゲットによれば、薄膜ベリリウム外被覆構造を有することにより、ホウ素中性子捕獲療法用加速器の陽子線により照射されるターゲットであるリチウム面からのリチウム蒸発を抑制防止することができ、リチウムの寿命や装置の健全性を向上させること、また冷却装置能力を軽減小型化させることが可能となる。

以下、本発明のリチウムターゲットの製造方法及びリチウムターゲットの好適な実施形態について説明する。
まず、本発明のリチウムターゲットの製造方法について説明する。

本発明のリチウムターゲットの製造方法は、ホウ素中性子捕獲療法において陽子線を照射して^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させるためのリチウムターゲットの製造方法であって、基盤用銅板及びリチウム薄板を、不活性雰囲気内において、押圧手段により圧延圧着することを特徴とする。

本発明のリチウムターゲットの製造方法においては、基盤用銅板とリチウム薄板とを接触させた状態で、押圧手段により負荷をかけることにより、基盤用銅板とリチウム薄板は圧延されて互いに圧着形成される。

基盤用銅板及びリチウム薄板を押圧手段により圧延圧着することにより、従来検討されてきた真空蒸着法に起因する問題を解消することができ、基盤用銅板へのリチウム接合方法を簡素化することができる。更に、リチウム厚みの均一性を確保したターゲット製品を歩溜まり良く安定して供給することが可能となる。

リチウムは、大気中で容易に酸化され、また、水分があると常温でも窒素と反応し窒化リチウム（Ｌｉ_２Ｎ）を生ずるなど、高い反応性を示すため、本発明のリチウムターゲットの製造方法は不活性雰囲気内にて行うものとする。不活性雰囲気は、リチウムが反応性を示さない雰囲気であればよく、好ましくは、アルゴンガス雰囲気が挙げられる。

本発明において使用する基盤用銅板の厚みは、耐圧上、真空下で耐え得る厚みであれば特に限定されないが、熱的には薄いものが好ましい。
リチウム薄板は、リチウムターゲットとして適する厚みを有するものを必要なサイズに切り出して使用することができる。リチウム薄板の厚みは、特に限定されないが、２．５ＭｅＶ以上の陽子加速器により患者に１時間以上中性子照射を施す場合には、２５０μｍ以上の厚みが好ましい。

リチウム薄板及び基盤用銅板の大きさ、形状は、特に限定されず、使用する照射装置との適合性や製作コスト等を有効かつ筒便に設定することができる。
押圧手段は、基盤用銅板とリチウム薄板とを接触させ、これらに押圧をかけて圧延圧着できるものであればよく、好ましくは、少なくとも一対のローラーが挙げられる。このとき、リチウム薄板がローラーに付着するのを避けるため、押圧手段は、例えば、ポリエチレンなどの樹脂製のものであることが好ましい。

本発明のリチウムターゲットの製造方法は、更に、リチウム薄板を被覆するようにベリリウム薄膜を基盤用銅板に接合形成することが好ましい。これにより、リチウムターゲットに薄膜ベリリウム外被覆構造を一体形成して付与することができる。

ベリリウム薄膜の厚みは、特に限定されないが、ベリリウムが抵抗となること及び加速器電圧を上昇させる必要が生じることを避けるため、好ましくは約２０ミクロン以下である。ベリリウム薄膜の基盤用銅板への接合は、機械的接合、エポキシ樹脂接合、又は薄膜蒸着のいずれかの方法により行うことができる。機械的接合としては、嵌合施工法で例えば、カシメ、エンボス等の接合法が挙げられる。

次に、本発明のリチウムターゲットの好適な実施形態について説明する。
本発明のリチウムターゲットは、ホウ素中性子捕獲療法において陽子線を照射して^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させるためのリチウムターゲットであって、基盤用銅板と、該基盤用銅板の一方の面上に圧延圧着されたリチウム薄板とを備えることを特徴とする。かかるリチウムターゲットは、上記説明した本発明のリチウムターゲットの製造方法にしたがって製造することができる。

また、別の実施形態において、本発明のリチウムターゲットは、ホウ素中性子捕獲療法において陽子線を照射して^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させるためのリチウムターゲットであって、基盤用銅板と、該基盤用銅板の一方の面上に圧延圧着されたリチウム薄板と、該リチウム薄板を被覆するベリリウム薄膜とを備えることを特徴とする。

ホウ素中性子捕獲療法において、薄膜ベリリウム外被覆構造を有するリチウムターゲットを使用すれば、加速器からの陽子線の照射により、ターゲットであるリチウム面が過熱され温度が上昇して溶融しても、薄膜ベリリウム外被覆構造により、溶融したリチウムの蒸発及び流出を防止することができる。また、ベリリウムはリチウムと同様に陽子線の照射により中性子を発生するため、薄膜ベリリウム外被覆構造により、リチウムターゲットからの中性子発生量をベリリウムから発生した中性子で補うことができる。かかるリチウムターゲットは、上記説明した本発明のリチウムターゲットの製造方法にしたがって製造することができる。

以下、更に本発明の実施例を従来技術とともに図面を参照しながら説明する。なお、図２の従来装置に関する図面を含む全図面にわたり、同一の構成要素には同一の符号を付すこととする。

まず、図１に、リチウムターゲットを含む中性子発生装置を部分断面図で示す。
図１を参照すると、小型加速器から生成された陽子線１が陽子線導入管１１に導かれリチウムターゲット１４の左側から入射する。陽子線１が高エネルギー（２．５ＭｅＶ以上）でリチウムターゲット１４に入射すると、^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子が発生する。このとき、リチウムターゲット１４は発熱する。発生した中性子は、減速材としての重水等で減速させられ、ホウ素中性子捕獲療法に使用される。一方、リチウムターゲット１４で発生する熱は、リチウムが取り付けられた基盤用銅板１３に伝えられ、冷却ジャケット付ターゲット固定装置１２において、出入りする冷却水２，３との熱交換により冷却される。リチウムの融点は約１８０℃であり、基盤用銅板１３を介した冷却が不十分だとリチウムの溶融が起こりターゲット材としての機能を果たさなくなる。特に、リチウムと基盤用銅板との接触面での熱抵抗はないことが望まれる。

図２に、従来のリチウムターゲット製造用の真空蒸着装置を概略図で示す。
この装置３５は、日本電子社製ＪＥＥ−４００相当品を広島大学原爆放射線医科学研究所で改良して使用しているものである。図２を参照すると、支持台３１に固定した基盤用銅板１３の上に、真空雰囲気内でリチウムが蒸着される。具体的には、リチウム蒸着用シャッター３３を開放することにより、シャッター下部においてヒーター３４により加熱されガスミスト化したリチウムがシャッター３３の上部雰囲気へと導かれ、支持台３１に固定された銅板１３の上に蒸着される。ヒーター３４は、タングステン製皿に入れられたリチウムを加熱しガスミスト化するとともに、リチウム固着するのを防止するためシャッター３３等を予熱する役割を果たす。装置支持用スカート３６は、ステンレス製円筒形部品であり、下部チャンバーを構成する。所定のリチウム厚みを得るために、校正された膜厚センサー３２が利用される。蒸着後の取り出しの際には、ガス導入口３７から乾燥用窒素ガス３８が導入され、蒸着雰囲気のガス置換が実施される。

しかし、真空蒸着の場合、１回の蒸着操作により蒸着することができる膜厚は薄く、リチウムターゲットとして必要とされる２５０μｍ程度の膜厚を得るためには、数回以上の真空蒸着を繰り返すか、あるいは重量計算から見込んだリチウム重量を蒸発させ銅板に蒸着させる必要がある。また、リチウムは、大気中の水分や酸素と反応して水酸化物になりやすいため、この繰り返しの蒸着の間に蒸着雰囲気を十分に制御する必要がある。このように、従来の真空蒸着法による銅板へのリチウム蒸着は、厚みのバラツキや精度の不安定さのため、製品としての安定供給及び量産性が困難である。また、ガス置換装置や厚みの校正装置等の付加設備が必要となり、設備が大規模化し高価なものとなりうる。

図３に、本発明のリチウムターゲットの製造方法の一実施形態を概略図で示す。
図３を参照すると、本発明のリチウムターゲットの製造方法は、リチウムと外気との接触を避けるため、内部が不活性雰囲気で充填されたアルゴンガスボックス２３内で実施される。リチウム１４は、リチウムターゲットとして適する所定の厚みを有するものが使用され、基盤用銅板１３と接触した状態でポリエチレン製の圧延用ローラー２１、２２に送られ、リチウムと基盤用銅板とが圧延圧着される。本発明の方法によれば、予め所定の厚みに計測されたリチウムを使用するため厚みのバラツキや精度の不安定さがなく、製品として安定してリチウムターゲットを供給することが可能になる。また、設備も一般的なリチウム取扱アルゴンガスボックス内で全ての操作を実施することができるため、従来の真空蒸着法よりも安価になる。

図４に、本発明のリチウムターゲットの一実施形態を概略図で示す。
図４を参照すると、図３を参照しながら説明した本発明のリチウムターゲットの製造方法にしたがい、横１４０ｍｍ×縦８０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの基盤用銅板１３の中心部に、直径２０ｍｍ、厚み１００μｍのリチウム１４を圧延圧着することにより製造したリチウムターゲットが示されている。本発明の製造方法に従がえば、従来の真空蒸着法による製造方法と比べて、リチウム厚みが１００μｍ以上で厚くなればなるほど、品質（精度）及び作業効率の向上が顕著となる。また、リチウムターゲットの製造と、厚みや外観等の製造後検査とを連続してアルゴンガスボックス２３内で容易に実施することができる。

図５に、本発明のリチウムターゲット製作の一実施形態を写真で示す。
図５のリチウムターゲットは、図４において概略図で示したものであり、図３を参照しながら説明した本発明のリチウムターゲットの製造方法にしたがって製造したものである。

図６に、本発明のリチウムターゲットの別の実施形態を断面図で示す。
図６のリチウムターゲットは、図３を参照しながら説明した本発明のリチウムターゲットの製造方法において、更に、２０μｍ程度の厚みを有するベリリウム１５を接合部１６にて基盤用銅板１３に接合し、リチウム１４の表面上に外被覆することにより製造されたものである。

ホウ素中性子捕獲療法において、薄膜ベリリウム外被覆構造を有するリチウムターゲットを使用すれば、照射中のリチウム面からのリチウム蒸発を抑制防止するとともに、初期の設置時にもリチウムと外気との接触を防止してリチウムターゲットの寿命の向上を図ることができる。また、ベリリウムを使用することにより、リチウムターゲットからの中性子発生量をベリリウムから発生した中性子で補うことができ、中性子発生への寄与も見込むことが可能となる構造である。

本発明は、将来、病院施設にて実施可能な、加速器を利用したホウ素中性子捕獲療法において、ターゲットであるリチウムターゲットを容易に高精度化し安定的に歩溜まり良く製品化（量産）させ、また、リチウムターゲットの寿命を向上させるものである。

図１は、リチウムターゲットを含む中性子発生装置を示す部分断面図である。 図２は、従来のリチウムターゲット製造用の真空蒸着装置の一例を示す概略図である。 図３は、本発明のリチウムターゲットの製造方法の一実施形態を示す概略図である。 図４は、本発明のリチウムターゲットの一実施形態を示す概略図である。 図５は、本発明のリチウムターゲット製作の一実施形態を示す写真である。 図６は、本発明のリチウムターゲットの別のベリリウム外被覆し一体形成する実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 陽子線； ２ 冷却水入口； ３ 冷却水出口； １１ 陽子線導入管； １２ 冷却ジャケット付ターゲット固定装置； １３ 基盤用銅板； １４ リチウムターゲット； １５ ベリリウム外被覆； １６ 接合部； １７ リチウムターゲット固定用ボルト穴； ２１ 上部圧延用ローラー； ２２ 下部圧延用ローラー； ２３ アルゴンガスボックス； ３１ リチウムターゲット基盤用銅板固定支持台； ３２ 膜厚センサー； ３３ リチウム蒸着用シャッター； ３４ ヒーター； ３５ 日本電子社製ＪＥＥ−４００相当品 真空蒸着装置ベルジャー； ３６ 装置支持用スカート； ３７ 真空パージ用ガス導入口； ３８ 乾燥用窒素ガス

Claims (6)

1. ホウ素中性子捕獲療法において陽子線を照射して^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させるためのリチウムターゲットの製造方法であって、基盤用銅板及びリチウム薄板を、不活性雰囲気内において、押圧手段により圧延圧着することを特徴とする、前記製造方法。
2. 押圧手段が少なくとも一対のローラーである、請求項１記載の製造方法。
3. 押圧手段が樹脂製である、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 更に、リチウム薄板を被覆するようにベリリウム薄膜を基盤用銅板に接合することを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. ベリリウム薄膜の基盤用銅板への接合が、機械的接合、エポキシ樹脂接合、又は薄膜蒸着のいずれかの方法により行われる、請求項４記載の方法。
6. ホウ素中性子捕獲療法において陽子線を照射して^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ反応により中性子を発生させるためのリチウムターゲットであって、基盤用銅板と、該基盤用銅板の一方の面上に圧延圧着されたリチウム薄板と、該リチウム薄板を被覆するベリリウム薄膜とを備えることを特徴とする、前記リチウムターゲット。