JP6947933B2 - 中性子捕捉療法システム - Google Patents

Description

本発明は、放射性放射線照射システムに関し、特に中性子捕捉療法システムに関する。

原子科学の発展に従って、コバルト６０、線形加速器、電子ビームなどの放射線療法は、すでにがん治療の主な手段の１つとなった。しかし、従来の光子又は電子療法は、放射線そのものの物理的条件の制限で腫瘍細胞を殺すとともに、ビーム経路上の数多くの正常組織に損傷を与え、また、腫瘍細胞により放射線に対する感受性の度合いが異なっており、従来の放射線療法では、放射線耐性の高い悪性腫瘍（例えば、多形神経膠芽腫（ｇｌｉｏｂｌａｓｔｏｍａ ｍｕｌｔｉｆｏｒｍｅ）、黒色腫（ｍｅｌａｎｏｍａ））に対する治療効果が良くない。

腫瘍の周囲の正常組織の放射線損傷を軽減するすために、化学療法（ｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ）における標的療法概念は、放射線療法に用いられ、また、放射線耐性の高い腫瘍細胞に対し、現在では生物学的効果比（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ、ＲＢＥ）の高い放射線源が積極的に開発され、例えば、陽子線治療、重粒子治療、中性子捕捉療法などがある。このうち、中性子捕捉療法は、上記２つの構想を結びつけたものであり、例えば、ホウ素中性子捕捉療法では、ホウ素含有薬物が腫瘍細胞に特異的に集まり、高精度な中性子ビームの制御と合わせることで、従来の放射線と比べて、より良い癌治療オプションを提供する。

ホウ素中性子捕捉療法の効果は、腫瘍細胞のある箇所でのホウ素含有薬物の濃度と熱中性子数によって決まるので、二元放射線癌治療（ｂｉｎａｒｙ ｃａｎｃｅｒ ｔｈｅｒａｐｙ）とも呼ばれ、このことから分かるように、ホウ素含有薬物の開発のほかに、中性子源の放射束と品質の向上も、ホウ素中性子捕捉療法の研究において非常に重要な役割がある。

また、放射線治療中に様々な放射線が生成し、ホウ素中性子捕捉治療中のように、低エネルギーから高エネルギーまでの中性子、光子が生成し、これらの放射線が生体の正常組織に異なるレベルの損傷を与える可能性がある。したがって、放射線治療の分野において、以下に効果的な治療を達成するとともに、外界環境、医療従事者又は患者の正常組織に対する放射線汚染を低減するかは非常に重要な課題である。

したがって、上記課題を解決するために、新たな技術手段を提供する必要がある。

上記問題を解決するために、本願の１つの実施例が一種の中性子捕捉療法システムを提供し、中性子捕捉療法システムは、ビーム整形体と、ビーム整形体内に設けられた真空管とを含み、ビーム整形体は、ビーム入口と、真空管を収容する収容キャビティと、収容キャビティの端部に隣接した減速体と、減速体を囲む反射体と、ビーム整形体内に設けられた放射線遮蔽体と、ビーム出口とを含み、真空管の端部にターゲットが設けられ、ターゲットは、ビーム入口から入射した荷電粒子ビームと原子核反応が発生して中性子を生成し、中性子は、中性子ビームを形成し、中性子ビームは、ビーム出口から射出し、かつ１本の中性子ビーム軸線を規定し、減速体は、ターゲットにより生成された中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、反射体は、逸脱した中性子を減速体に導いて熱外中性子ビーム強度を向上させ、放射線遮蔽体は、漏れた中性子及び光子を遮蔽して非照射領域の正常組織の線量を減少させ、減速体は、外径が異なる２つの円柱状減速体を少なくとも含み、ビーム入口に近い第１の端部と、ビーム出口に近い第２の端部とを有し、ターゲットは、第１の端部と第２の端部との間に収容される。

従来技術に比べて、本実施例に記載の技術手段の有益な効果は、減速体が、外径が異なる２つの円柱状減速体を含み、かつターゲットが減速体内に収容され、材料コストを低減し、高速中性子の強度を大幅に低減し、中性子ビーム品質を改善できることである。

さらに、減速体は、ビーム入口に近い第１の減速体と、第１の減速体に密着しビーム出口に近い第２の減速体とを含み、第１の減速体は、外径が異なる２つの円柱状減速体を少なくとも含み、ビーム出口、減速体及びビーム出口は、いずれも中性子ビーム軸線に沿って延伸し、ターゲットからビーム出口までの距離は、第１の端部からビーム出口までの距離より小さい。

好ましくは、第１の減速体は、外径が異なる３つの円柱状減速体を含み、すなわち、ビーム入口に近い第１の減速部、第１の減速部に密着する第２の減速部及び前記第２の減速部に密着する第３の減速部を含み、第１、第２、第３の減速部は、中性子ビーム軸線の方向に沿って順に配列され、第１、第２、第３の減速部及び第２の減速体の外径は、それぞれ第１、第２、第３、第４の外径であり、第１の外径が第２の外径より小さく、第２の外径が第３の外径より小さく、第３の外径が第４の外径に等しい。

さらに、第１の減速部は、ビーム入口に近い第１の前端面と、ビーム出口に近い第１の後端面と、第１の外周面とを有し、第２の減速部は、第１の後端面に密着する第２の前端面と、ビーム出口に近い第２の後端面と、第２の外周面とを有し、第３の減速部は、第２の後端面に密着する第３の前端面と、ビーム出口に近い第３の後端面と、第３の外周面とを有し、第２の減速体は、第３の後端面に密着する第４前端面と、ビーム出口に近い第４の後端面と、第４の外周面とを有し、第１、第２、第３、第４の前端面と第１、第２、第３、第４の後端面とは互いに平行で、いずれも中性子ビーム軸線と垂直であり、中性子ビーム軸線を通る切断面と第１の外周面との交線は、第２の前端面と垂直であり、中性子ビーム軸線を通る切断面と第２の外周面との交線は、第３の前端面と垂直である。

さらに、中性子ビーム軸線を通る切断面内において、第１の前端面と第１の外周面とが交差して第１の交点を取得し、第２の前端面と第２の外周面とが交差して第２の交点を取得し、第３の前端面と第３の外周面とが交差して第３の交点を取得し、第１、第２、第３の交点が同一の直線に位置する。

好ましくは、収容キャビティと真空管との間に、鉛又はＡｌ又はテフロン（登録商標）又はＣである反射補償体が充填される。

好ましくは、第１の端部は、中性子ビーム軸線に沿ってビーム入口の方向に向かってターゲットから突出し、第２の端部は、中性子ビーム軸線に沿ってビーム出口の方向に向かってターゲットから突出する。

さらに、反射体は、中性子ビーム軸線の両側に、いずれも減速体より突出し、収容キャビティは、反射体で囲まれて形成された反射体収容キャビティと、反射体収容キャビティから延伸し減速体で囲まれて形成された減速体収容キャビティとを含み、真空管は、反射体収容キャビティ内に収容された延伸部と、延伸部から延伸し減速体収容キャビティ内に収容された嵌入部とを含み、ターゲットは、嵌入部の端部に設けられる。

さらに、中性子捕捉療法システムは、少なくとも１つの冷却装置をさらに含み、ビーム整形体内に冷却装置を収容する少なくとも１つの収容管路が設けられ、冷却装置と収容管路の内壁との間に鉛合金又はアルミニウム合金が充填されている。

さらに、中性子捕捉療法システムは、ビーム入口に設けられ、ビーム整形体に密着して設けられた遮蔽体をさらに含む。

本願の実施例に記載されている「円錐体」又は「円錐状体」とは、図面に示されている方向に沿って片側から他側まで、その外輪郭の全体的な傾向が次第に小さくなる構造を意味し、外輪郭の表面全体は、滑らかな遷移のものであってもよく、また滑らかではない遷移のものであってもよく、例えば円錐状体の表面に多くの突起及び溝が形成される。

本願の実施例１に係る中性子捕捉療法システムの概略図であり、冷却装置の第２の冷却部及び第３の冷却部は、中性子ビーム軸線と平行である。 本願の実施例１に係る反射補償体及び反射補償物が充填されていない中性子捕捉療法システムの概略図である。 本願の実施例１に係る図１中の中性子ビーム軸線と垂直で、第２の減速部を通る中性子捕捉療法システムの断面図である。 本願の実施例２に係る中性子捕捉療法システムの概略図であり、減速体は、二重円錐状減速体として設けられる。 本願の実施例１、２に係る中性子捕捉療法システムの冷却装置の部分拡大概略図である。 本願の実施例３に係る中性子捕捉療法システムの概略図であり、冷却装置の第２の冷却部及び第３の冷却部は、中性子ビーム軸線と垂直である。 本願の実施例に係る中性子捕捉療法システムにおけるターゲットの構造概略図である。 本願の実施例４に係る冷却装置が取り外され、ターゲットが減速体に入り込まない中性子捕捉療法システムの概略図である。 本願の実施例５に係る冷却装置が取り外され、第１の減速体が段差なしの減速体である中性子捕捉療法システムの概略図である。 本願の実施例６に係る冷却装置が取り外され、第１の減速体が２段差の減速体である中性子捕捉療法システムの概略図である。 本願の実施例７に係る冷却装置が取り外され、第１の減速体が４段差の減速体である中性子捕捉療法システムの概略図である。 本願の実施例８に係る冷却装置が取り外され、第１の減速体が１０段差の減速体である中性子捕捉療法システムの概略図である。

中性子捕捉療法は、効果的ながん治療の手段として、近年ではその適用が増加しており、そのうち、ホウ素中性子捕捉療法が最も一般的なものとなり、ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子は原子炉又は加速器で供給できる。本願の実施例は、加速器ホウ素中性子捕捉療法を例とし、加速器ホウ素中性子捕捉療法の基本モジュールは、一般的に荷電粒子（陽子、重陽子など）の加速に用いられる加速器、中性子生成部、熱除去システム及びビーム整形体を含む。加速後の荷電粒子と金属中性子生成部との作用により中性子が生成され、適切な原子核反応は、必要な中性子収率及びエネルギー、提供可能な加速荷電粒子のエネルギー及び電流、金属中性子生成部の物理的・化学的特性などにより選定される。よく検討されている原子核反応は、^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅと^９Ｂｅ（ｐ，ｎ）^９Ｂであり、この両方はすべて吸熱反応であって、エネルギー閾値がそれぞれ１．８８１ＭｅＶと２．０５５ＭｅＶである。ホウ素中性子捕捉療法の理想的中性子源はｋｅＶエネルギーレベルの熱外中性子であるため、理論的には、エネルギーが閾値よりやや高い陽子による金属リチウム中性子生成部への衝撃で、比較的低いエネルギーの中性子が生成され、あまり多くの減速処理を要することなく臨床適用が可能になり、しかし、リチウム（Ｌｉ）金属及びベリリウム（Ｂｅ）金属の２種の中性子生成部は、閾値エネルギーの陽子と作用する断面が大きくないので、十分な中性子束を確保するために、一般的には比較的高いエネルギーを持つ陽子で原子核反応を引き起こす。

理想的なターゲットには、中性子収率が高く、生成した中性子のエネルギー分布が熱外中性子エネルギー領域（後ほど詳細に説明）に近く、強い透過性のある放射線をあまり多く生成せず、安全かつ簡単で操作しやすく、耐高温性を持つなどの特性が必要とされるが、実際にすべての要件を満たす原子核反応は見つからない。本願の実施例では、リチウム金属で製造されたターゲットを採用する。ただし、当業者に知られているように、ターゲットの材料に、上記の金属材料以外のその他の金属材料を採用できる。

熱除去システムの要件は、選定された原子核反応により異なり、例えば、^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅの場合、金属ターゲット（リチウム金属）の低い融点と低い熱伝導率により、熱除去システムに対する要求は^９Ｂｅ（ｐ，ｎ）^９Ｂより厳しくなる。本願の実施例では、^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅの原子核反応を採用する。このことから分かるように、高エネルギーレベルの荷電粒子ビームによって照射されたターゲットの温度は必然的に著しく上昇するため、ターゲットの耐用年数に影響を与える。

ホウ素中性子捕捉療法の中性子源は、原子炉或いは加速器による荷電粒子とターゲットとの原子核反応によるものに係わらず、生成するのはすべて混合放射場であり、すなわち、ビームは低エネルギーから高エネルギーまでの中性子及び光子を含む。深部腫瘍のホウ素中性子捕捉療法に対して、熱外中性子を除くその他の放射線の含有量が多ければ多いほど、正常組織での非選択的線量沈着の割合も大きくなるため、これらの不必要な線量を引き起こす放射線をできる限り低減する必要がある。エアビームの品質要素の他に、中性子による人体における線量分布をさらに理解するために、本願の実施例は、人間の頭部組織の人工器官を用いて線量を算出し、そして人工器官におけるビームの品質要素を中性子ビーム設計の参考とし、後ほど詳細に説明する。

国際原子力機関（ＩＡＥＡ）は、臨床ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子源について、エアビームの品質要素に関する５提案を出している。この５提案は異なる中性子の長所と短所を比較するために利用できる他、中性子生成経路の選定及びビーム整形体の設計をする時の参考として利用できる。この５提案はそれぞれ、次の通りである。
熱外中性子束（ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｘ）＞１×１０^９ｎ／ｃｍ^２ｓ
高速中性子汚染（ｆａｓｔ ｎｅｕｔｒｏｎ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）＜２×１０^−１３Ｇｙ−ｃｍ^２／ｎ
光子汚染（ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）＜２×１０^−１３Ｇｙ−ｃｍ^２／ｎ
熱中性子束と熱外中性子束との比（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｏ ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｘ ｒａｔｉｏ）＜０．０５
中性子流とフラックスとの比（ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ ｆｌｕｘ ｒａｔｉｏ）＞０．７
注：熱外中性子エネルギー領域は０．５ｅＶ〜４０ｋｅＶであり、熱中性子エネルギー領域は０．５ｅＶより小さく、高速中性子エネルギー領域は４０ｋｅＶより大きい。

１、熱外中性子束：
中性子束と腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度とで臨床治療の時間が決まる。腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が十分に高ければ、中性子束への要求を緩められる。それに対し、腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が低ければ、高フラックスの熱外中性子で腫瘍に十分な線量を与える必要がある。ＩＡＥＡの提案では、熱外中性子束について、平方センチメートル当たり１秒の熱外中性子が１０^９個より多いことを求めている。既存のホウ素含有薬物にとって、このフラックスでの中性子ビームで治療時間を大体１時間以内に抑えられる。短い治療時間で、患者に対する位置決めと快適さの改善、及び、腫瘍におけるホウ素含有薬物の限られた滞留時間の効果的利用に貢献できる。

２、高速中性子汚染：
高速中性子は、正常組織への不必要な線量を引き起こすので、汚染とみなされ、この線量と中性子エネルギーとには、正の相関関係があるので、中性子ビームの設計において、できる限り高速中性子の含有量を減らす必要がある。高速中性子汚染は、単位熱外中性子束に伴う高速中性子の線量と定義されて、ＩＡＥＡは、高速中性子汚染を２×１０^−１３Ｇｙ−ｃｍ^２／ｎより小さくすることを推奨している。

３、光子汚染（γ線汚染）：
γ線は強い透過性の放射線に属し、非選択的にビーム経路にあるすべての組織で線量沈着を引き起こすので、γ線の含有量を減らすことも中性子ビームの設計の必要条件であり、γ線汚染は、単位熱外中性子束に伴うγ線の線量と定義され、ＩＡＥＡは、γ線汚染を２×１０^−１３Ｇｙ−ｃｍ^２／ｎより小さくすることを推奨している。

４、熱中性子束と熱外中性子束との比：
熱中性子は、減衰速度が速く、透過性も弱く、人体に入ると大部分のエネルギーが皮膚組織に沈着するので、黒色腫など皮膚腫瘍にホウ素中性子捕捉療法の中性子源として熱中性子を使用する場合以外、例えば脳腫瘍などの深部腫瘍の場合、熱中性子の含有量を減らす必要がある。ＩＡＥＡは、熱中性子束と熱外中性子束との比を０．０５より小さくすることを推奨している。

５、中性子流とフラックスとの比：
中性子流とフラックスとの比は、ビームの方向性を示し、その比が大きいほど、ビームの前向性が強くなり、強い前向性を持つ中性子ビームでは、中性子の発散による周辺の正常組織への線量を減らせる他、治療可能デプス及び位置決め姿勢の柔軟性を向上させることができる。ＩＡＥＡは、中性子流とフラックスとの比を０．７より大きくすることを推奨している。

中性子捕捉療法システムのビーム整形体の製造コストを低減するとともに、高い品質の中性子ビームを得るために、図１を参照すると、本願の実施例１が一種の中性子捕捉療法システム１提供し、中性子捕捉療法システム１は、ビーム整形体１０と、ビーム整形体１０内に設けられた冷却装置２０と、真空管３０と、ビーム整形体１０の外に設けられビーム整形体に密着して設けられた遮蔽体４０とを含む。

図１及び図２に示すように、ビーム整形体１０は、ビーム入口１１と、真空管３０を収容するための収容キャビティ１２と、冷却装置２０を収容する収容管路１３と、収容キャビティ１２の端部に隣接した減速体１４と、減速体１４を囲む反射体１５と、減速体１４に隣接した熱中性子吸収体１６と、ビーム整形体１０内に設けられた放射線遮蔽体１７と、ビーム出口１８とを含む。真空管３０の端部にターゲット３１が設けられ、ターゲット３１は、ビーム入口１１から入射し、かつ真空管３０を通った荷電粒子ビームと原子核反応が発生して中性子を生成し、中性子は、中性子ビームを形成し、中性子ビームは、ビーム出口１８から射出し、かつ真空管３０の中心軸線と重なる１本の中性子ビーム軸線Ｘ１を規定する。減速体１４は、ターゲット３１により生成された中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、反射体１５は、中性子ビーム軸線Ｘ１から逸脱した中性子を減速体１４に導いて熱外中性子ビーム強度を向上させる。反射体１５は、中性子ビーム軸線Ｘ１の両側に、いずれも減速体１４より突出する。熱中性子吸収体１６は、熱中性子を吸収して治療時に浅い正常組織への過度の線量を回避する。放射線遮蔽体１７は、漏れた中性子及び光子を遮蔽して非照射領域の正常組織の線量を減少する。

加速器中性子捕捉療法システムは、加速器により荷電粒子ビームを加速し、好ましい実施例として、ターゲット３１は、リチウム金属で製造され、具体的には、^７Ｌｉ含有量が９８％で、^６Ｌｉ含有量が２％のリチウム金属で製造され、荷電粒子ビームがターゲットの原子核のクーロン反発力に打ち勝つのに十分なエネルギーを有するまで加速され、ターゲット３１との^７Ｌｉ（ｐ，ｎ）^７Ｂｅ原子核反応により中性子を生成し、ビーム整形体１０は、中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、かつ熱中性子及び高速中性子の含有量を低減することができる。減速体１４は、高速中性子の作用断面が大きく、熱外中性子の作用断面が小さい材料で製造され、反射体１５は、中性子反射能力が強い材料で製造され、熱中性子吸収体１６は、熱中性子との作用断面が大きい材料で製造される。好ましい実施例として、減速体１４は、ＭｇＦ_２と、ＭｇＦ_２の重量パーセントの４．６％を占めるＬｉＦとを混合して製造され、反射体１５は、Ｐｂで製造され、熱中性子吸収体１６は、^６Ｌｉで製造される。放射線遮蔽体１７は、光子遮蔽体１７１及び中性子遮蔽体１７２を含み、好ましい実施例として、放射線遮蔽体１７は、鉛（Ｐｂ）で製造された光子遮蔽体１７１と、ポリエチレン（ＰＥ）で製造された中性子遮蔽体１７２とを含む。図７に示すように、ターゲット３１は、リチウムターゲット層３１１と、リチウムターゲット層３１１の片側に位置してリチウムターゲット層３１１の酸化を防止する酸化防止層３１２とを含む。ターゲット３１の酸化防止層３１２は、Ａｌ又はステンレス鋼で製造される。

図１〜２に示すように、減速体１４は、ビーム入口１１に近い第１の減速体１４０と、第１の減速体１４０に密着してビーム出口１８に近い第２の減速体１４４とを含み、減速体１４は、ビーム入口１１に近い第１の端部１４６と、ビーム出口１８に近い第２の端部１４８と、第１の端部１４６と第２の端部１４８との間に位置する第３の端部１４７とを有し、第３の端部１４７は、第１の減速体１４０と第２の減速体１４４との間に位置する。ビーム入口１１、減速体１４及びビーム出口１８は、いずれも中性子ビーム軸線Ｘ１に沿って延伸し、ターゲット３１からビーム出口１８までの距離は、第１の端部１４６からビーム出口１８までの距離より小さく、言い換えると、第１の端部１４６は、中性子ビーム軸線Ｘに沿ってビーム入口１１の方向に向かってターゲット３１から突出し、第２の端部１４８は、中性子ビーム軸線Ｘ１に沿ってビーム出口１８の方向に向かってターゲット３１から突出している。第１の減速体１４０は、外径が異なり、内径が同じである少なくとも２つの中空円柱状減速体で構成される。図１〜２、図６及び図８に示すように、実施例１、実施例３、実施例４では、第１の減速体１４０は、外径が異なり、内径が同じである３つの中空円柱状減速体で構成され、第１の減速体１４０及び第２の減速体１４４は、対応する寸法の金型で成形された複数枚の減速体を仕上げ、研磨などのプロセスにより処理して積層して接合することで製造される。具体的には、第１の減速体１４０は、ビーム入口１１に近い第１の減速部１４１と、第１の減速部１４１の右側に位置し、第１の減速部１４１に密着する第２の減速部１４２と、第２の減速部１４２の右側に位置し、第２の減速部１４２に密着する第３の減速部１４３とを含み、すなわち、第１、第２、第３の減速部１４１、１４２、１４３は、中性子ビーム軸線Ｘ１の方向に沿って順に配列される。第１、第２、第３の減速部１４１、１４２、１４３及び第２の減速体１４４の外径は、それぞれ第１、第２、第３、第４の外径であり、第１の外径が第２の外径より小さく、第２の外径が第３の外径より小さく、第３の外径が第４の外径に等しく、第１、第２、第３の減速部１４１、１４２、１４３の内径が等しい。第１、第２、第３の減速部１４１、１４２、１４３の中心軸線は、第２の減速体１４４の中心線と重なっており、該中心軸線が中性子ビーム軸線Ｘ１にも重なっている。第１の減速部１４１は、左側に位置する第１の前端面１４１１と、右側に位置する第１の後端面１４１２と、第１の外周面１４１３と、第１の内周面１４１４とを有し、第２の減速部１４２は、左側に位置する第２の前端面１４２１と、右側に位置する第２の後端面１４２２と、第２の外周面１４２３と、第２の内周面１４２４とを有し、第３の減速部１４３は、左側に位置する第３の前端面１４３１と、右側に位置する第３の後端面１４３２と、第３の外周面１４３３と、第３の内周面１４３４とを有し、第２の減速体１４４は、左側に位置する第４の前端面１４４１と、右側に位置する第４の後端面１４４２と、第４の外周面１４４３とを有する。第１、第２、第３、第４の前端面１４１１、１４２１、１４３１、１４４１と第１、第２、第３、第４の後端面１４２２とは互いに平行であり、いずれも中性子ビーム軸線Ｘ１と垂直であり、第１の減速部１４１の第１の後端面１４１２は、第２の減速部１４２の第２の前端面１４２１に密着し、第２の減速部１４２の第２の後端面１４２２は、第３の減速部１４３の第３の前端面１４３１に密着し、第３の減速部１４３の第３の後端面１４３２は、第２の減速体１４４の第４の前端面１４４１に密着する。中性子ビーム軸線Ｘ１を通る切断面と第１の外周面１４１３との交線は、第２の前端面１４２１と垂直であり、中性子ビーム軸線Ｘ１を通る切断面と第２の外周面１４２３との交線は、第３の前端面１４３１と垂直であり、第３の減速部の第３の外周面１４３３と第２の減速体１４４の第４の外周面１４４３との間が滑らかな遷移である。図２に示すように、中性子ビーム軸線Ｘ１を通る切断面内において、第１の減速部１４１の第１の前端面１４１１と第１の外周面１４１３とが交差して第１の交点１４１０を取得し、第２の減速部１４２の第２の前端面１４２１と第２の外周面１４２３とが交差して第２の交点１４２０を取得し、第３の減速部１４３の第３の前端面１４３１と第３の外周面１４３３とが交差して第３の交点１４３０を取得し、第１、第２、第３の交点１４１０、１４２０、１４３０が同一の直線Ｘ２に位置し、該直線Ｘ２と中性子ビーム軸線Ｘ１との間の夾角が９０度より小さい。反射体１５は、減速体１４を囲む内表面１５０を有し、該内表面１５０は、減速体１４の第１の前端面１４１１、第１の外周面１４１３、第２の前端面１４２１、第２の外周面１４２３、第３の前端面１４３１、第３の外周面１４３３、第４の後端面１４４２及び第４の外周面１４４３に密着する。

図１〜２、図６及び図８に示すように、実施例１、実施例３、実施例４では、第１の減速体１４０は、外径が異なり、内径が同じである３つの同心的な中空円柱状減速体で構成され、中性子ビーム軸線Ｘ１に垂直な方向から見ると、第１、第２、第３の減速部１４１、１４２、１４３の外輪郭が組み合わせられると、段差状を呈し、これにより、第１の減速体１４０は、３段差の減速体と命名される。図１０〜１２に示すように、実施例６〜実施例８では、第１の減速体１４０は、外径が異なり、内径が同じである２つ、４つ、１０の中空円柱状減速体で構成され、すなわち、第１の減速体１４０は、２段差、４段差、１０段差の減速体であってよく、他の実施形態では、第１の減速体１４０は、さらに、外径が異なり、内径が同じである他の数、例えば、１２個、１５個などの中空円柱状減速体で構成されてもよい。他の実施形態では、第２の減速体１４４を段差状減速体として設けてもよく、円柱の代わりに多角柱を用いて減速体を成形してもよく、また、第１、第２、第３の交点１４１０、１４２０、１４３０は、同一の直線に位置しなくてもよく、１つの円弧線に位置してもよく、また、実際の必要に応じて、第１の減速体１４０を構成する減速部は、一部が非中空の構造として設けられてよく、第１の減速体１４０の各減速部の中心軸線と第２の減速体１４の中心軸線は、互いに重ならなくてよい。

一般的に、減速体は、対応する寸法の金型で成形された複数枚の減速体を仕上げ、研磨などのプロセスにより処理して積層して接合することで製造され、研磨工具で成形された減速体は円盤状であり、減速体の全体が円柱状又は円錐体状に設計される場合、消耗された減速体材料の体積は、減速体の中性子ビーム軸線Ｘ１方向における寸法と円盤の底面積との積であり、なお、円錐体状減速体は、円柱状減速体で研磨されて製造され、すなわち、減速体を円柱状又は円錐体状に設計することに必要な材料の体積が同じである。本願では、第１の減速体１４０を段差状減速体として設計し、減速体の中性子ビーム軸線Ｘ１方向における寸法と減速体の最大の直径が変化しない前提で、各段差状減速体を構成する円盤状減速体の底面積が徐々に増大するため、本願における減速体を段差状減速体に設計することに必要な減速体材料は、減速体の全体を円柱状又は円錐体状減速体に設計することに必要な材料より少ない。このことからわかるように、本願の段差状減速体は、減速体を製造する材料を大幅に低減できるため、製造コストを低減する。

図２に示すように、収容キャビティ１２は、反射体１５及び減速体１４の第１の減速体１４０で囲まれて形成された円柱状キャビティである。収容キャビティ１２は、反射体１５で囲まれて形成された反射体収容キャビティ１２１と、反射体収容キャビティ１２１から延伸し、減速体１４の第１の減速体１４０で囲まれて形成された減速体収容キャビティ１２２とを含み、すなわち、減速体収容キャビティ１２２は、第１、第２、第３の減速部１４１、１４２、１４３の第１、第２、第３の内周面１４１４、１４２４、１４３４で囲まれて形成される。真空管３０は、反射体で囲まれた延伸部３２と、延伸部３２から延伸して減速体１４に嵌入された嵌入部３４とを含み、延伸部３２は、反射体収容キャビティ１２１内に収容され、嵌入部３４は、減速体収容キャビティ１２２内に収容される。ターゲット３１は、真空管３０の嵌入部３４の端部に設けられ、該端部は、第１の減速体１４０の第３の後端面１４３２と面一である。実施例１〜３及び実施例５〜８では、真空管３０の一部が減速体１４内に嵌設され、すなわち、ターゲット３１が減速体１４内に設けられる。ターゲット３１が減速体１４に入り込む深さをＸと表記し、Ｘの値は、中性子ビーム軸線Ｘ１の方向における減速体収容キャビティ１２２の寸法、すなわち、中性子ビーム軸線Ｘ１方向における第１の減速体１４０の寸法に等しい。

他の実施形態では、ターゲット３１が減速体１４に入り込む深さＸは、第１の減速体１４０の中性子ビーム軸線Ｘ１方向における寸法より小さいか又は大きくてもよい、すなわち、ターゲット３１は、中性子ビーム軸線Ｘ１方向に延伸して第１の減速体１４０を超えないか、又は延伸して第１の減速体１４０を超えて第２の減速体１４４に入るように設けられてよく、これに応じて、ターゲット３１が中性子ビーム軸線Ｘ１方向に延伸して第１の減速体１４０を超えないように設けられる場合、第１の減速体１４０は、一部が非中空の構造となるように設けられ、ターゲット３１が中性子ビーム軸線Ｘ１方向に延伸して第１の減速体１４０を超えて第２の減速体１４４に入るように設けられる場合、第１の減速体１４０は、中空構造であり、第２の減速体１４４は、一部が中空の構造となる。

図１、図２及び図３に示すように、収容キャビティ１２と真空管３０との間に隙間があり、該隙間内に中性子を吸収又は反射できるＰｂ又はＡｌ又はテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）又はＣである反射補償体５０が充填されている。反射補償体５０は、該隙間内に反射又は散乱した中性子を減速体１４又は反射体１５内に反射することにより、熱外中性子の強度を向上させて、被照射体の必要な照射時間を減少させることができる。一方、中性子がビーム整形体１０の外部に漏れて中性子捕捉療法システムの器械に悪影響を及ぼすことを回避し、放射安全性を向上させる。

図１及び図２に示すように、収容管路１３は、中性子ビーム軸線Ｘ１の方向に沿って延伸し収容キャビティ１２の両側に位置し、かつ１８０°を隔てて設けられた第２、第３の収容管路１３２、１３３と、中性子ビーム軸線Ｘ１に垂直な平面内に設置され、かつターゲット３１と減速体１４との間に位置する第１の収容管路１３１とを含む。第２、第３の収容管路１３２、１３３は、中性子ビーム軸線Ｘ１の方向に延伸して収容キャビティ１２を超え、かつそれぞれ第１の収容管路１３１に連通する。すなわち、第１の収容管路１３１は、収容キャビティ１２の端部に位置し、かつターゲット３１と減速体１４との間に位置し、第２の収容管路１３２と第３の収容管路１３３は、それぞれ収容キャビティ１２の両側に位置し、かつそれぞれ第１の収容管路１３１に連通することにより、収容管路３０の全体は「コ」字型構造として設けられる。図２に示すように、第２、第３の収容管路１３２、１３３は、それぞれ反射体収容キャビティ１２１の外側に位置する第２、第３の反射体収容管路１３２１、１３３１と、それぞれ第２、第３の反射体収容管路１３２１、１３３１から延伸して減速体収容キャビティ１２２の外側に位置する第２、第３の減速部収容管路１３２２、１３３２とを含む。本実施形態では、第２、第３の収容管路１３２、１３３は、中性子ビーム軸線Ｘ１の方向に沿って延伸し、かつ中性子ビーム軸線Ｘ１と平行であり、すなわち、第２、第３の収容管路１３２、１３３と中性子ビーム軸線Ｘ１との間の夾角が０°である。

実施例１、２では、第２、第３の収容管路１３２、１３３は、収容キャビティ１２に連通せず、すなわち、第２、第３の収容管路１３２、１３３と収容キャビティ１２との間は、反射体１５と減速体１４により隔てられる。他の実施形態では、第２、第３の収容管路１３２、１３３は、収容キャビティ１２に連通してよく、すなわち、収容キャビティ１２内に収容された真空管３０の外面部分が第２、第３の収容管路１３２、１３３内に露出し、以上より、第２、第３の収容管路１３２、１３３は、収容キャビティ１２の内壁の外に位置する。本願の実施形態では、第２、第３の収容管路１３２、１３３は、真空管３０の軸線方向に沿って延伸した円弧状管路として設けられ、他の実施形態では、方形、三角形又は他の多角形の管路で代替されてよい。本願の実施形態では、第２、第３の収容管路１３２、１３３は、収容キャビティ１２の円周方向に隔てられ、互いに独立した２つの収容管路であり、他の実施形態では、第２、第３の収容管路１３２、１３３は、収容キャビティ１２の円周方向に連通し、すなわち、収容キャビティ１２を囲む１つの収容管路で代替される。

図５に示すように、冷却装置２０は、鉛直方向に沿って配置され、かつターゲット３１の前方に位置し、ターゲット３１を冷却するための第１の冷却部２１と、中性子ビーム軸線Ｘ１の方向に沿って延伸して真空管３０の両側に位置し、かつ中性子ビーム軸線Ｘ１に平行な第２の冷却部２２及び第３の冷却部２３とを含み、第１の冷却部２１は、第２、第３の冷却部２２、２３の間に接続される。第１の冷却部２１は、中性子ビーム軸線Ｘ１に垂直な方向に沿って配置された第１の収容管路１３１内に収容され、第２、第３の冷却部２２、２３は、それぞれ中性子ビーム軸線Ｘ１の方向に沿って配置された第２、第３の収容管路１３２、１３３内に収容される。第２の冷却部２２は、第１の冷却部２１に冷却媒体を流入させ、第３の冷却部２３は、第１の冷却部中の冷却媒体を流出させる。第１の冷却部２１は、ターゲット３１と減速体１４との間に位置し、第１の冷却部２１の片側は、ターゲット３１と直接接触し、他側は減速体１４と接触する。第２の冷却部２２及び第３の冷却部２３は、それぞれ反射体収容キャビティ１２１の外側に位置する第１、第２の冷却セグメント２２１、２３１と、第１、第２の冷却セグメント２２１、２３１から延伸し、かつ減速体収容キャビティ１２２の外側に位置する第３、第４の冷却セグメント２２２、２３２とを含む。第３、第４の冷却セグメント２２２、２３２は、それぞれ第１の冷却部２１に連通する。すなわち、第１の冷却部２１は、真空管３０の嵌入部１２１の端部に位置し、かつターゲット３１の片側に位置してターゲット３１と直接接触し、第２の冷却部２２及び第３の冷却部２３は、それぞれ収容キャビティ１２内の真空管３０の上下両側に位置し、かつそれぞれ第１の冷却部２１に連通することにより、冷却装置２０の全体は「コ」字型構造として設けられる。本実施形態では、第１の冷却部２１は、ターゲット３１と面接触し、第２の冷却部２２及び第３の冷却部２３は、いずれも銅製の管状構造であり、かつ第２の冷却部２２及び第３の冷却部２３は、中性子ビーム軸線Ｘ１の方向に沿って延伸し、かつ中性子ビーム軸線Ｘ１と平行であり、すなわち、第２の冷却部２２及び第３の冷却部２３と中性子ビーム軸線Ｘ１との間の夾角は０°である。

第１の冷却部２１は、第１の接触部２１１と、第２の接触部２１２と、第１の接触部２１１と第２の接触部２１２との間に位置する、冷却媒体が通過する冷却槽２１３とを含む。第１の接触部２１１は、ターゲット３１と直接接触し、第２の接触部２１２は、減速体１４と直接接触してもよく、空気による間接接触してもよい。冷却槽２１３は、第２の冷却部２２に連通する流入槽２１４と、第３の冷却部２３に連通する流出槽２１５とを有する。第１の接触部２１１は、熱伝導性材料で製造される。流入槽２１４の上縁は、第２の冷却部２２の上縁の上方に位置し、流出槽２１５の下縁は、第３の冷却部２３の下縁の下方に位置する。このように配置する利点は、冷却装置２０において、冷却水を冷却槽２１３によりスムーズに流入させ、かつターゲット１３をタイムリーに冷却させ、加熱された冷却水を冷却槽２１３からスムーズに流出させることができるとともに、冷却槽２１３内の冷却水の水圧をある程度で低下させることができる。

第１の接触部２１１は、熱伝導性材料（例えばＣｕ、Ｆｅ、Ａｌなどの熱伝導性の高い材料）又は熱伝導性を有し、かつ発泡を抑制できる材料で製造され、第２の接触部２１２は、発泡を抑制する材料で製造され、発泡を抑制する材料又は熱伝導性を有し、かつ発泡を抑制できる材料は、Ｆｅ、Ｔａ又はＶのいずれか１種で製造される。ターゲット３１は、高エネルギーレベルの加速照射を受けて温度が上昇して発熱し、第１の接触部２１１は、熱を放出し、かつ冷却槽２１３中に流れる冷却媒体によって熱を放出することにより、ターゲット１３を冷却する。本実施形態では、冷却媒体は水である。

図２に示すように、遮蔽体４０は、ビーム整形体１０の左端面を覆って該端面に密着し、ターゲット３１に形成された中性子ビーム及びγ線がビーム整形体１０の左端面から漏れることを防止する。遮蔽体４０は、ＰｂとＰＥで構成され、具体的には、少なくとも２層のＰｂと少なくとも１層のＰＥで構成される。本実施例では、遮蔽体４０は、ビーム整形体１０の左端面に密着する第１のＰｂ層４１と、第１のＰｂ層４１に密着するＰＥ層４２と、ＰＥ層４２を覆ってＰＥ層４２に密着する第２のＰｂ層４３とを含む。Ｐｂは、ビーム整形体１０から漏れるγ線を吸収し、ビーム整形体１０から漏れる中性子を減速体１４に反射して熱外中性子ビーム強度を向上させることができる。

図１〜２、図６、図８及び図１０〜１２に示すように、実施例１、実施例３、実施例４及び実施例６〜８では、減速体１４の一部は、多段差の減速体で構成され、実施例５では、図９に示すように、減速体１４は、円柱状減速体の全体で構成され、他の実施形態では、減速体１４は、１つの円錐体状減速体と１つの円柱状減速体で構成されてもよく、図４に示す実施例２における２つの円錐状体減速体で構成されてもいい。実施例２では、減速体１４’は、２つの逆向きの円錐状体で構成され、本願では、実施例２における減速体１４’は、二重円錐状減速体と呼ばれる。図４を参照すると、減速体１４’は、第１の端部１４１’と、第２の端部１４２’と、第１の端部１４１’と第２の端部１４２’との間に位置する第３の端部１４３’とを有する。第１、第２、第３の端部１４１’、１４２’、１４３’の横断面は円形であり、かつ第１の端部１４１’と第２の端部１４２’の直径は、第３の端部１４３’の直径より小さい。第１の端部１４１’と第３の端部１４３’との間に一つ目の円錐状体１４６’が形成され、第３の端部１４３’と第２の端部１４２’との間に二つ目の円錐状体１４８’が形成される。ターゲット３１は、一つ目の円錐状体１４２’内に収容される。

実施例２では、第２、第３の収容管路１３２、１３３及び第２、第３の冷却部２２、２３と中性子ビーム軸線Ｘ１との間の夾角は０°である。他の実施形態では、第２、第３の収容管路１３２、１３３及び第２、第３の冷却部２２、２３と中性子ビーム軸線Ｘ１との間の夾角は、０°より大きく１８０°以下の他の任意の夾角であってもよく、例えば、図６に示すように、第２、第３の収容管路１３２’、１３３’及び第２、第３冷却部２２’、２３’と中性子ビーム軸線Ｘ１との間の夾角が９０°である。

図６は、本願の実施例３における中性子捕捉療法システム１’’を示し、冷却装置２０’の第２の冷却部２２’及び第３の冷却部２３’は中性子ビーム軸線Ｘ１と垂直であり、すなわち、冷却装置２０’は、「Ｉ」字型構造として設けられて、嵌入式の真空管３０’中のターゲット３１’を冷却する。「Ｉ」字型冷却装置２０’における第１の冷却部２１’は、コ字型冷却装置２０の第１の冷却部２１と同じように設けられるが、「Ｉ」字型冷却装置２０’の第２の冷却部２２’及び第３の冷却部２３’と第１の冷却部２１’が中性子ビーム軸線Ｘ１’に垂直な同じ平面内に位置し、かつ第２の冷却部２２’及び第３の冷却部２３’がそれぞれ中性子ビーム軸線Ｘ１に垂直な方向に沿って減速体１４’から穿設され、すなわち、第２の冷却部２２’及び第３の冷却部２３’と中性子ビーム軸線Ｘ１との間の夾角が９０°であることにより、冷却装置の全体が矩形、すなわち上記「Ｉ」字型構造として設けられる点で相違する。引き続き図６を参照すると、これに応じて、収容管路３０’も「Ｉ」字型構造として設けられ、「Ｉ」字型収容管路３０’における第１の収容管路１３１’は、コ字型冷却管路３０の第１の収容管路１３１と同じように設けられるが、「Ｉ」字型収容管路３０’の第２の収容管路１３２’及び第３の収容管路１３３’と第１の収容管路１３１’が中性子ビーム軸線Ｘ１に垂直な同じ平面内に位置し、かつ第２の収容管路１３２’と第３の収容管路１３３’がそれぞれ中性子ビーム軸線Ｘ１に垂直な方向に沿って減速体１４’から穿設され、すなわち、第２、第３の収容管路１３２’、１３３’と中性子ビーム軸線Ｘ１との間の夾角が９０°であることにより、収容管路の全体が矩形、すなわち上記「Ｉ」字型構造として設けられる点で相違する。図４及び図９に示す構成において、冷却装置２０及び収容管路３０も「Ｉ」字型構造として設けられることが容易に想到できる。

図８は、図１又は図６に示した冷却装置２０、２０’が取り外され、ターゲット３１が減速体１４に入り込まない中性子捕捉療法システム１、１’の概略図であり、図８に示した中性子捕捉療法システム１は、図１又は図６に示した中性子捕捉療法システム１、１’’に比べて、ターゲット３１が減速体１４の外に設けられるものに過ぎず、すなわち、真空管３０を収容する収容キャビティ１２が減速体１４に入り込まず、反射体１５のみで囲まれて形成されるものである。減速体１４、反射体１５、遮蔽体４０、冷却装置２０、２０’、熱中性子吸収体１６、放射線遮蔽体１７などの構造は、図１又は図６に示した構造と同じであり、関連説明は、関連構造に関する以上の説明を参照し、ここで説明を省略する。

図９は、本願の冷却装置２０、２０’が取り外され、第１の減速体が段差なしの減速体である中性子捕捉療法システム１の概略図であり、図９に示した中性子捕捉療法システム１は、図１又は図６に示した中性子捕捉療法システム１、１’’に比べて、第１の減速体１４０が３段差の減速体から段差なしの減速体に置き換えられるものに過ぎず、すなわち、第１の減速体１４０が、外径が円柱状減速体１４４の外径に等しい１つの中空円柱状の第２の減速体で構成されるものである。反射体１５、遮蔽体４０、冷却装置２０、２０’、熱中性子吸収体１６、放射線遮蔽体１７などの構造は、図１又は図６に示した構造と同じであり、関連説明は、関連構造に関する以上の説明を参照し、ここで説明を省略する。

図１０は、本願の冷却装置２０、２０’が取り外され、第１の減速体が段差なしの減速体である中性子捕捉療法システム１の概略図であり、図１０に示した中性子捕捉療法システム１は、図１又は図６に示した中性子捕捉療法システム１、１’’に比べて、第１の減速体１４０が３段差の減速体から２段差の減速体に置き換えられるものに過ぎず、反射体１５、遮蔽体４０、冷却装置２０、２０’、熱中性子吸収体１６、放射線遮蔽体１７などの構造は、図１又は図６に示した構造と同じであり、関連説明は関連構造に関する以上の説明を参照し、ここで説明を省略する。

図１１は、本願の冷却装置２０、２０’が取り外され、第１の減速体が段差なしの減速体である中性子捕捉療法システム１の概略図であり、図１１に示した中性子捕捉療法システム１は、図１又は図６に示した中性子捕捉療法システム１、１’’に比べて、第１の減速体１４０が３段差の減速体から４段差の減速体に置き換えられるものに過ぎず、反射体１５、遮蔽体４０、冷却装置２０、２０’、熱中性子吸収体１６、放射線遮蔽体１７などの構造は、図１又は図６に示した構造と同じであり、関連説明は関連構造に関する以上の説明を参照し、ここで説明を省略する。

図１２は、本願の冷却装置２０、２０’が取り外され、第１の減速体が段差なしの減速体である中性子捕捉療法システム１の概略図であり、図１２に示した中性子捕捉療法システム１は、図１又は図６に示した中性子捕捉療法システム１、１’’に比べて、第１の減速体１４０が３段差の減速体から１０段差の減速体に置き換えられるものに過ぎず、反射体１５、遮蔽体４０、冷却装置２０、２０’、熱中性子吸収体１６、放射線遮蔽体１７などの構造は、図１又は図６に示した構造と同じであり、関連説明は関連構造に関する以上の説明を参照し、ここで説明を省略する。

図１、図２、図４及び図６に示すように、第２、第３の冷却部２２、２３；２２’、２３’と第２、第３の収容管路１３２、１３３；１３２’、１３３’の内壁との間にそれぞれ隙間があり、該隙間内に、中性子を吸収又は反射できる鉛合金又はアルミニウム合金などの物質である反射補償物８０；８０’が充填されている。反射補償物８０；８０’は、該隙間内に反射又は散乱した中性子を減速体１４又は反射体１５内に反射することにより、熱外中性子の収率を向上させ、さらに被照射体の必要な照射時間を減少させることができる。一方、中性子がビーム整形体１０の外部に漏れて中性子捕捉療法システムの器械に悪影響を及ぼすことを回避し、放射安全性を向上させる。本願の実施例では、鉛合金中の鉛の含有量は、８５％以上であり、アルミニウム合金中のアルミニウムの含有量は、８５％以上である。

以下、シミュレーション実験により本願の関連構造における熱外中性子束、高速中性子束及び熱外中性子前向性参照値、γ線強度を統計し、分析し、本願のすべてのシミュレーション実験において、荷電粒子源エネルギーが２．５ＭｅＶ、１０ｍＡであり、熱外中性子束、高速中性子束の計数面がビーム整形体１０のビーム出口１８に位置し、ビーム出口１８の直径が１４ＣＭであり、γ線強度の計数面がビーム整形体１０の左端面である。

図１及び図２に示すように、実施例１におけるターゲット３１が減速体１４内に収容され、図８に示すように、実施例４におけるターゲット３１が減速体１４の外に設けられ、実施例１及び実施例４におけるターゲット３１の設置位置が熱外中性子束、高速中性子及び中性子前方性に対する影響を比較するために、シミュレーション実験により表１のデータを取得し、比較し、分析する。本願において、減速体１４の厚さとは、減速体１４の中性子ビーム軸線Ｘ１方向の寸法を指す。

表１から分かるように、ターゲット３１が減速体１４の内に収容されることは、減速体１４の外に設けられることに比べて、中性子の前向性が顕著に変化せず、高速中性子の強度が１２．５２％低下し、熱外中性子ビームの強度が１．８３％低下し、これにより、ターゲット３１が減速体１４の内に収容される方式は、ターゲット３１が減速体１４の外に設けられる方式よりも優れている。なお、熱外中性子前向性参照値が１に近いほど、熱外中性子前向性が高くなる。

図１、図２に示すように、実施例１では、第１の減速体１４０は３段差の減速体であり、図９〜１２に示すように、実施例５〜実施例８では、第１の減速体１４０は、それぞれ段差なし、２段差、３段差、４段差、１０段差の減速体として設けられ、異なる段差数を有する第１の減速体１４０の熱外中性子束、高速中性子束及び中性子前向性への影響を比較するために、本願では、夾角θとターゲット３１が減速体１４に入り込む深さＸを変化しないように保持する前提で、第１の減速体１４０は、それぞれ段差なし、２段差、３段差、４段差、１０段差の減速体として設けられ、シミュレーション実験により表２のデータを取得して比較し、分析する。

表２から分かるように、第１の減速体１４０の段差なし（円柱状減速体）又は多段差の減速体が熱外中性子、高速中性子強度及び中性子前向性に対する影響が大きくないが、段差なしの減速体に比べて、多段差の減速体の製造に必要な減速体材料が少なく、材料コスト及び製造プロセスのコストを総合的に考慮すると、好ましくは、第１の減速体１４０が３段差又は４段差の減速体として設けられる。

図１〜４、図８及び図１０〜１２に示すように、収容キャビティ１２と真空管３０との間に、反射補償体５０が充填される隙間がある。該隙間に反射補償体５０が充填される場合、又は反射補償体５０が充填されない場合の熱外中性子、高速中性子強度及び熱外中性子前向性に対する影響を比較するために、表３を挙げて詳細に比較、分析する。

表３から分かるように、収容キャビティ１２と真空管３０との間の隙間に反射補償体５０が充填されることは、反射補償体５０が充填されないことに比べて、熱外中性子ビーム強度が７．３３％〜７．４６％向上する。中性子前向性は、顕著に変化しない。

本願では、減速体１４０の一部を複数段差の減速体として設けてシミュレーション実験を行って取得されたデータのみを挙げるが、研究により、減速体１４を図９に示す円柱状減速体全体として設ける場合、又は図４に示す二重円錐状減速体として設ける場合、又は１つの円錐体状減速体及び１つの円柱状減速体で構成された減速体として設ける場合、又は多段差の減速体及び円錐体状減速体で構成された減速体として設ける場合、収容キャビティ１２と真空管３０との間の隙間に反射補償体５０が充填されることは、いずれも熱外中性子の強度を異なる程度に向上させることができ、かつ中性子の前向性に明らかな影響を与えない。

図１〜２及び図８〜１２を参照すると、本願のビーム整形体１０の左端、すなわち荷電粒子ビーム入口の一端に、ターゲット３１の箇所で形成された中性子ビーム及びγ線がビーム整形体１０の左端面から漏れることを防止する遮蔽体４０が設けられる。以下、第１の減速体１４０がそれぞれ、段差なし、２段差、３段差、４段差、１０段差の減速体である場合、それぞれ遮蔽体４０及び／又は反射補償体５０を設ける場合、又は遮蔽体４０及び／又は反射補償体５０を設けない場合のビーム整形体１０の左端の中性子、γ線強度及びビーム整形体１０のビーム出口１８における熱外中性子、高速中性子の強度及び熱外中性子前向性参照値のデータを挙げて、遮蔽体４０及び反射補償体５０がビーム整形体１０の左端の中性子、γ線強度及びビーム整形体１０のビーム出口１８における熱外中性子、高速中性子の強度及び熱外中性子前向性に与える影響を分析する。中性子、γ線、熱外中性子、高速中性子の単位は、いずれもｎ／ｃｍ^２／ｓｅｃである。

表４から分かるように、遮蔽体４０を増加させることにより、ビーム整形体１０の後方のγ線及び中性子ビーム強度を顕著に低減でき、遮蔽体４０がビーム出口１８における熱外中性子及び高速中性子強度に与える影響が顕著ではなく、反射補償体５０を増加させることにより、ビーム出口１８における熱外中性子強度を顕著に向上させることができる。

本願では、減速体１４０の一部を段差なし又は複数段差の減速体として設けてシミュレーション実験を行って取得されたデータのみを挙げるが、研究により、減速体１４を図４に示す二重円錐状減速体として設ける場合、又は１つの円錐体状減速体及び１つの円柱状減速体で構成された減速体として設ける場合、又は多段差の減速体及び円錐体状減速体で構成された減速体として設ける場合、収容キャビティ１２と真空管３０との間の隙間に反射補償体５０が充填されること、及びビーム整形体１０の左端に遮蔽体４０が設けられることは、いずれも熱外中性子の強度を異なる程度に向上させ、ビーム整形体１０の後方のγ線及び中性子ビーム強度を低減することができ、かつ中性子の前向性に明らかな影響を与えない。

以下、実験シミュレーションデータにより、θ角が変化しないように保持する前提で、ターゲット３１が減速体１４に入り込む深さＸを変更し、すなわち、第１の減速体１４０の中性子ビーム軸線Ｘ１の方向における寸法を変更すると、熱外中性子束、高速中性子及び中性子前向性に与える影響を分析する。

表５から分かるように、ターゲット３が減速体１４に入り込む深さの増加に伴い、熱外中性子ビーム強度が（約２％）低下し、高速中性子強度が約６％低下し、熱外中性子前向性が顕著に変化せず、熱外中性子と高速中性子束との比が向上する。

本願では、減速体１４０の一部を段差なし又は複数段差の減速体として設けてシミュレーション実験を行って取得されたデータのみを挙げるが、研究により、減速体１４を図４に示す二重円錐状減速体として設ける場合、又は１つの円錐体状減速体及び１つの円柱状減速体で構成された減速体として設ける場合、又は多段差の減速体及び円錐体状減速体で構成された減速体として設ける場合、ターゲット３１が減速体１４に入り込む深さの増加に伴い、熱外中性子ビーム強度がわずか低下し、高速中性子強度が低下し、熱外中性子前向性が顕著に変化せず、熱外中性子と高速中性子束との比が向上する。

反射補償物８０がそれぞれ鉛合金又はアルミニウム合金であり、冷却装置２０、２０’と収容管路１３、１３’との隙間に反射補償物８０がない（すなわち、空気が充填される）場合の熱外中性子の収率、高速中性子汚染量及び照射時間に与える影響を比較するために、表６〜表８を挙げて詳細に比較する。

表６は、異なる収容キャビティの孔径で、それぞれ空気、アルミニウム合金、鉛合金が充填される場合の熱外中性子の収率（ｎ／ｃｍ^２ｍＡ）を示す。

表７は、異なる収容キャビティの孔径で、それぞれ空気、アルミニウム合金、鉛合金が充填される場合の高速中性子汚染量（Ｇｙ−ｃｍ^２／ｎ）を示す。

表８は、異なる収容キャビティの孔径で、それぞれ空気、アルミニウム合金、鉛合金が充填される場合の被照射体の必要な照射時間（分間）を示す。

表６〜表８から分かるように、収容キャビティの孔径が同じである場合に、空気が充填される場合に比べて、鉛合金又はアルミニウム合金が充填される場合に、熱外中性子の収率が高く、高速中性子汚染量及び必要な照射時間が少ない。

本願に開示された中性子捕捉療法システムは、以上の実施例に係る内容及び図面に示す構造に限定されるものではない。例えば、減速体は、円錐状又は多角柱として設けられてよく、冷却装置は、複数設けられてよく、収容管路は、これに応じて複数有する。本願の基礎上で、そのうちの部材の材料、形状及び位置に対して行われる明らかな変更、代替又は修正は、いずれも本願の特許請求の範囲内にある。

Claims (14)

1. ビーム整形体と、ビーム整形体内に設けられた真空管とを含み、前記ビーム整形体は、ビーム入口と、前記真空管を収容する収容キャビティと、前記収容キャビティの端部に隣接した減速体と、前記減速体を囲む反射体と、前記ビーム整形体内に設けられた放射線遮蔽体と、ビーム出口とを含み、前記真空管の端部にターゲットが設けられ、前記ターゲットは、前記ビーム入口から入射した荷電粒子ビームと原子核反応が発生して中性子を生成し、前記中性子は、中性子ビームを形成し、前記中性子ビームは、ビーム出口から射出し、かつ１本の中性子ビーム軸線を規定し、前記減速体は、前記ターゲットにより生成された中性子を熱外中性子エネルギー領域に減速させ、前記反射体は、逸脱した中性子を前記減速体に導いて熱外中性子ビーム強度を向上させ、前記放射線遮蔽体は、漏れた中性子及び光子を遮蔽して非照射領域の正常組織の線量を減少させ、前記減速体は、外径が異なる２つの円柱状減速体を少なくとも含み、ビーム入口に近い第１の端部と、ビーム出口に近い第２の端部とを有し、前記ターゲットは、前記第１の端部と前記第２の端部との間に収容され、
   前記中性子捕捉療法システムは、少なくとも１つの冷却装置をさらに含み、前記ビーム整形体内に冷却装置を収容する少なくとも１つの収容管路が設けられ、前記冷却装置と収容管路の内壁との間に鉛合金又はアルミニウム合金が充填されている、ことを特徴とする中性子捕捉療法システム。
2. 前記減速体は、ビーム入口に近い第１の減速体と、第１の減速体に密着しビーム出口に近い第２の減速体とを含み、前記第１の減速体は、外径が異なる２つの円柱状減速体を少なくとも含み、前記ビーム入口、前記減速体及び前記ビーム出口は、いずれも前記中性子ビーム軸線に沿って延伸し、前記ターゲットから前記ビーム出口までの距離は、前記第１の端部から前記ビーム出口までの距離より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
3. 前記第１の減速体は、外径が異なる３つの円柱状減速体を含み、すなわち、ビーム入口に近い第１の減速部、第１の減速部に密着する第２の減速部、及び前記第２の減速部に密着する第３の減速部を含み、第１、第２、第３の減速部は、中性子ビーム軸線の方向に沿って順に配列され、第１、第２、第３の減速部及び第２の減速体の外径は、それぞれ第１、第２、第３、第４の外径であり、第１の外径が第２の外径より小さく、第２の外径が第３の外径より小さく、第３の外径が第４の外径に等しい、ことを特徴とする請求項２に記載の中性子捕捉療法システム。
4. 第１の減速部は、ビーム入口に近い第１の前端面と、ビーム出口に近い第１の後端面と、第１の外周面とを有し、第２の減速部は、第１の後端面に密着する第２の前端面と、ビーム出口に近い第２の後端面と、第２の外周面とを有し、第３の減速部は、第２の後端面に密着する第３の前端面と、ビーム出口に近い第３の後端面と、第３の外周面とを有し、第２の減速体は、第３の後端面に密着する第４の前端面と、ビーム出口に近い第４の後端面と、第４の外周面とを有し、第１、第２、第３、第４の前端面と第１、第２、第３、第４の後端面とは互いに平行で、いずれも中性子ビーム軸線と垂直であり、中性子ビーム軸線を通る切断面と第１の外周面との交線は、第２の前端面と垂直であり、中性子ビーム軸線を通る切断面と第２の外周面との交線は、第３の前端面と垂直である、ことを特徴とする請求項３に記載の中性子捕捉療法システム。
5. 中性子ビーム軸線を通る切断面内において、第１の前端面と第１の外周面とが交差して第１の交点を取得し、第２の前端面と第２の外周面とが交差して第２の交点を取得し、第３の前端面と第３の外周面とが交差して第３の交点を取得し、第１、第２、第３の交点が同一の直線に位置する、ことを特徴とする請求項４に記載の中性子捕捉療法システム。
6. 前記収容キャビティと前記真空管との間に、鉛又はＡｌ又はテフロン（登録商標）又はＣである反射補償体が充填される、ことを特徴とする請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
7. 前記第１の端部は、前記中性子ビーム軸線に沿って前記ビーム入口の方向に向かって前記ターゲットから突出し、前記第２の端部は、前記中性子ビーム軸線に沿って前記ビーム出口の方向に向かって前記ターゲットから突出する、ことを特徴とする請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
8. 前記反射体は、中性子ビーム軸線の両側に、いずれも減速体より突出し、前記収容キャビティは、反射体で囲まれて形成された反射体収容キャビティと、反射体収容キャビティから延伸し減速体で囲まれて形成された減速体収容キャビティとを含み、前記真空管は、反射体収容キャビティ内に収容された延伸部と、延伸部から延伸し減速体収容キャビティ内に収容された嵌入部とを含み、前記ターゲットは、前記嵌入部の端部に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
9. 前記中性子捕捉療法システムは、ビーム入口に設けられ、ビーム整形体に密着して設けられた遮蔽体をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
10. 前記第２の減速体は、円錐体状又は円柱状又は段差状である、ことを特徴とする請求項２に記載の中性子捕捉療法システム。
11. 中性子ビーム軸線を通る切断面内において、第１の前端面と第１の外周面とが交差して第１の交点を取得し、第２の前端面と第２の外周面とが交差して第２の交点を取得し、第３の前端面と第３の外周面とが交差して第３の交点を取得し、第１、第２、第３の交点が１本の円弧線に位置する、ことを特徴とする請求項４に記載の中性子捕捉療法システム。
12. 前記ターゲットが減速体に入り込む深さは、第１の減速体の中性子ビーム軸線方向における寸法以下である、ことを特徴とする請求項２に記載の中性子捕捉療法システム。
13. 前記ターゲットが減速体に入り込む深さは、第１の減速体の中性子ビーム軸線方向における寸法より大きい、ことを特徴とする請求項２に記載の中性子捕捉療法システム。
14. 前記冷却装置は、ターゲットの前方にターゲットに沿って配置され、ターゲットを冷却するための第１の冷却部と、中性子ビーム軸線方向に沿って延伸して真空管の両側に位置する第２、第３の冷却部とを含み、第１の冷却部は、第２、第３の冷却部の間に接続され、第２の冷却部は、第１の冷却部に冷却媒体を流入させ、第３の冷却部は、第１の冷却部中の冷却媒体を流出させる、ことを特徴とする請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
    

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