KR20140067428A - Target for generating proton, method of fabricating the same and treatment apparatus using the same - Google Patents

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KR20140067428A
KR20140067428A KR1020120134649A KR20120134649A KR20140067428A KR 20140067428 A KR20140067428 A KR 20140067428A KR 1020120134649 A KR1020120134649 A KR 1020120134649A KR 20120134649 A KR20120134649 A KR 20120134649A KR 20140067428 A KR20140067428 A KR 20140067428A
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Abstract

Provided are a target for generating a proton and a treatment apparatus using the same. The treatment apparatus comprises: a target for generating a proton which includes a bearing substrate having a through-hole; a first graphene layer provided on one side of the bearing substrate, a liquid state hydrogen droplet provided on the first graphene layer above the through-hole part and generates the proton with a laser beam which is injected, and a second graphene layer provided on the first graphene layer to surround the liquid state hydrogen droplet not to evaporate; and a laser generating a proton from the hydrogen droplet and projecting to a tumor region of a patient for making the laser beam be irradiated into the hydrogen droplet of the target for generating a proton.

Description

양성자 발생용 타깃, 그 제조 방법 및 이를 이용한 치료 장치{Target for Generating Proton, Method of Fabricating the Same and Treatment Apparatus Using the Same}Technical Field [0001] The present invention relates to a target for generating protons, a method for manufacturing the same, and a therapeutic apparatus using the same.

본 발명은 양성자 발생용 타깃, 그 제조 방법 및 이를 이용한 치료 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 액체 상태의 수소 액적을 이용한 양성자 발생용 타깃, 그 제조 방법 및 이를 이용한 이온 빔 치료 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a target for generating protons using hydrogen droplets in a liquid state, a method for manufacturing the target, and an ion beam treatment apparatus using the target.

방사선 치료 방법들에는 엑스선(X-ray), 전자선(electron beam) 및 이온 빔(ion beam) 치료법들이 있다. 엑스선 치료법은 가장 간단한 장치를 이용하여 구현될 수 있는 가장 저렴한 방법이기 때문에, 방사선 치료법들 중에서 현재 가장 보편적으로 사용되고 있다. 전자를 가속기로 가속하여 종양(tumor)에 주입할 경우 종양을 치료할 수 있음이 1950년대에 증명되었지만, 전자선 치료는 1980년대에 전자 가속기의 소형화가 실현됨으로써, 본격적으로 방사선 치료의 한 방법으로 자리를 잡게 되었다. 한편, 엑스선 치료 또는 전자선 치료는 암 세포 내의 수소 결합을 끊음으로써, 암의 디엔에이(DNA)를 파괴하지만, 진행 경로 상에 존재하는 건강한 세포들을 심각하게 손상시키는 부작용을 수반하였다. 이러한 정상 세포에 대한 피폭의 문제를 줄이기 위한 방법으로 아이엠알티(Intensity-Modulated Radiation Therapy : IMRT) 또는 단층 치료기(Tomo Therapy), 사이버 나이프(Cyber Knife) 등의 기술이 개발되었지만, 이들은 상술한 부작용을 완전하게 해결하지 못하였다.There are X-ray, electron beam and ion beam therapies in radiation treatment methods. X-ray therapy is currently the most commonly used radiotherapy method because it is the cheapest method that can be implemented using the simplest devices. Although electron accelerating accelerators have been shown to be able to treat tumors when injected into tumors in the 1950s, electron beam therapy has become one of the methods of radiation therapy in earnest by realizing miniaturization of electron accelerators in the 1980s. I was caught. On the other hand, X-ray therapy or electron beam therapy has disrupted hydrogen bonds in cancer cells by breaking hydrogen bonds in cancer cells, but it has accompanied side effects that seriously damage healthy cells present in the pathway. Techniques such as Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or tomotherapy (Tomo Therapy) and Cyber Knife have been developed as methods for reducing the exposure problem to these normal cells. However, It was not completely resolved.

이온 빔 치료법은 엑스선 치료 또는 전자선 치료에서의 부작용을 경감시킬 수 있는 치료 수단으로 주목받고 있다. 이온 빔이 물질을 투과하기 위해서는 전자와 마찬가지로 가속되어 빠른 속도를 가져야 한다. 비록 이온 빔이 어떤 물질을 투과하게 될 경우 점차 속도가 감소하게 되지만, 이온 빔은 정지하기 직전에 가장 많은 전리 에너지 손실(energy loss of ionizing radiation)을 경험한다. 이러한 현상은, 1903년에 이를 발견한 윌리엄 헨리 브래그(William Henry Bragg)의 이름을 따, 브래그 피크(Bragg Peak)라고 불린다. 따라서, 이온 빔 치료법의 경우, 이온들의 속도를 정확하게 제어할 경우, 악성 종양들에 대한 선택적이면서 국소적인 치료가 가능하다. 몸속 깊은 곳에 종양이 위치할 경우 몸 밖에서 매우 큰 에너지의 양성자(proton) 혹은 이온을 가속시켜야 한다. 이러한 양성자 혹은 이온을 가속시키는 방법 중에 레이저 유도 이온 가속(laser driven ion acceleration) 방법이 있다. 고출력 레이저 빔을 박막에 조사하면 타깃 정상 쉬스 가속 모델(Target Normal Sheath Acceleration model : TNSA model) 혹은 방사압 가속 모델(Radiation Pressure Acceleration model : RPA model) 등에 의해 박막 중의 이온 혹은 양성자가 가속 에너지를 가지고 박막 밖으로 탈출하게 된다. 탈출한 이온들은 각각 가지고 있는 에너지만큼 환자의 몸을 투과하여 종양이 위치한 일정한 깊이에서 정지하게 되고, 정지된 영역에서 활성 산소(free oxygen radical)가 다량 발생하면서 종양 세포가 괴사하게 되는 것이 일반적인 이온 빔 치료의 원리가 된다.Ion beam therapy is attracting attention as a treatment tool to alleviate side effects in x-ray therapy or electron beam therapy. In order for the ion beam to penetrate the material, it must accelerate as fast as the electrons and have a high speed. Although the ion beam will gradually decrease in speed when it passes through certain materials, the ion beam experiences the most energy loss of ionizing radiation just before stopping. This phenomenon is called Bragg Peak, in the name of William Henry Bragg, who discovered it in 1903. Therefore, in the case of ion beam therapy, selective and local treatment of malignant tumors is possible when the velocity of ions is precisely controlled. When a tumor is located deep in the body, it is necessary to accelerate proton or ion with a very large energy outside the body. One of the methods of accelerating such protons or ions is laser driven ion acceleration. When a high-power laser beam is irradiated onto a thin film, ions or protons in the thin film are accelerated by a target normal sheath acceleration model (TNSA model) or a radiation pressure acceleration model (RPA model) And escape out. The escaped ions pass through the patient's body as much energy as they have and stop at a certain depth at which the tumor is located. It is known that a large amount of free oxygen radicals are generated in the stationary region, It becomes the principle of treatment.

레이저 유도 이온 가속 방법을 이용한 이온 빔 치료법에 있어서, 이온들이 가져야 할 성질은 크게 두 가지이다. 몸속 깊이 이온을 주입하기 위해서는 고에너지 상태의 이온일 것 그리고 대부분의 이온들이 같은 에너지를 가지고 있어야 한다. 양성자의 경우 250 MeV의 에너지에서 인체의 20 cm를 투과한다. 안구암 치료의 경우 70 MeV 정도의 고에너지의 이온들이, 그리고 몸속 깊은 곳의 암 치료에는 200 MeV 이상의 고에너지 이온들이 필요하다.In ion beam therapy using laser induced ion acceleration method, ions have two properties. In order to inject deeper ions into the body, it must be a high energy ion and most of the ions must have the same energy. Proton penetrates 20 cm of the body at an energy of 250 MeV. High energy ions, such as 70 MeV, are required for treatment of cancer of the organs, and high energy ions of more than 200 MeV are needed for treatment of deep cancer.

또한, 펨토(femto) 초 레이저에 의해 유도되는 대부분의 양성자 혹은 이온들의 에너지가 균일해야 한다. 균일하지 않으면 종양의 위치에만 이온들이 집적되지 못하여, 정상 조직이 이온들에 의해 피폭될 가능성이 있기 때문이다.Also, the energy of most proton or ions induced by the femto second laser must be uniform. If it is not uniform, ions can not accumulate only at the tumor site, and normal tissues may be exposed to ions.

이러한 두 가지의 이유들을 만족하기 위해서는 이온의 원천(source)으로서의 타깃의 두께가 매우 작아야 한다. 따라서, 타깃은 초박막(ultra thin film)이어야 한다.In order to satisfy these two reasons, the thickness of the target as a source of ions must be very small. Therefore, the target should be an ultra thin film.

위와 같은 이온들을 가속시키기 위한 레이저의 에너지는 1019~1021 W/cm2의 매우 큰 에너지를 가져야 한다. 이는 매우 큰 레이저 시스템을 의미하며 큰 예산이 소요됨을 의미한다.The energy of the laser for accelerating these ions should have a very large energy of 10 19 to 10 21 W / cm 2 . This means a very large laser system and means a large budget.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고에너지의 양성자를 생성할 수 있는 양성자 발생용 타깃을 제공하는 데 있다.The object of the present invention is to provide a target for generating a proton capable of generating a high-energy proton.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 고에너지의 양성자를 생성할 수 있는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a proton-generating target capable of generating high-energy protons.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 고에너지의 양성자를 생성할 수 있는 양성자 발생용 타깃을 이용하는 이온 빔 치료 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an ion beam treatment apparatus using a proton-generating target capable of generating a high-energy proton.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 양성자 발생용 타깃을 제공한다. 이 타깃은 관통 홀을 갖는 지지 기판, 지지 기판의 일면 상에 제공된 제 1 그래핀층, 관통 홀 부위의 제 1 그래핀층 상에 제공되되, 입사되는 레이저 빔에 의해 양성자를 발생시키는 액체 상태 수소 액적 및 액체 상태 수소 액적이 증발되지 않게 둘러싸도록, 제 1 그래핀층 상에 제공된 제 2 그래핀층을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a target for generating a proton. The target includes a support substrate having a through hole, a first graphene layer provided on one surface of the support substrate, a liquid state hydrogen droplet provided on the first graphene layer in the region of the through hole, for generating protons by an incident laser beam, And a second graphene layer provided on the first graphene layer so as to surround the liquid state hydrogen droplet without evaporation.

관통 홀은 레이저 빔의 진행 경로로 사용될 수 있다.The through hole can be used as the path of the laser beam.

관통 홀은 제 1 그래핀층으로부터 멀어질수록 점진적으로 넓어지는 폭을 가질 수 있다.The through-hole may have a width that gradually increases as the distance from the first graphene layer increases.

관통 홀 측의 제 1 그래핀층 상에 제공되는 금속 나노 입자를 더 포함할 수 있다. 금속 나노 입자는 금, 은, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.And the metal nanoparticles provided on the first graphene layer on the through hole side. The metal nanoparticles may comprise gold, silver, copper or aluminum.

액체 상태 수소 액적은 수 나노리터에서 수 마이크로리터 범위의 부피를 가질 수 있다.Liquid state hydrogen droplets can have volumes ranging from a few nanometers to a few microliters.

제 1 및 제 2 그래핀층들 각각은 단일에서 수십 원자층으로 이루어질 수 있다.Each of the first and second graphene layers may comprise a single to several tens of atomic layers.

또한, 상기한 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 양성자 발생용 타깃의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 관통 홀을 갖는 지지 기판의 일면 상에 제 1 그래핀층을 형성하는 단계, 관통 홀 부위의 제 1 그래핀층 상에 고체 상태 수소 액적을 제공하는 단계 및 제 1 그래핀층 상에 고체 상태 수소 액적을 둘러싸도록 제 2 그래핀층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 고체 상태 수소 액적은 액체 상태 수소 액적으로 바뀔 수 있다. 액체 상태 수소 액적은 입사되는 레이저 빔에 의해 양성자를 발생시킬 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a target for generating protons. The method includes forming a first graphene layer on one side of a support substrate having a through hole, providing a solid state hydrogen droplet on the first graphene layer in the region of the through hole, and forming a solid state hydrogen And forming a second graphene layer to surround the droplet. The solid state hydrogen droplets can be converted into liquid state hydrogen droplets. A liquid state hydrogen droplet can generate protons by the incident laser beam.

관통 홀은 제 1 그래핀층으로부터 멀어질수록 점진적으로 넓어지는 폭을 가질 수 있다.The through-hole may have a width that gradually increases as the distance from the first graphene layer increases.

관통 홀 측의 제 1 그래핀층 상에 금속 나노 입자를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 금속 나노 입자는 금, 은, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.And forming metal nanoparticles on the first graphene layer on the through hole side. The metal nanoparticles may comprise gold, silver, copper or aluminum.

고체 상태 수소 액적은 수 나노리터에서 수 마이크로리터 범위의 부피를 가질 수 있다.The solid state hydrogen droplets may have a volume ranging from a few nanometers to a few microliters.

제 1 및 제 2 그래핀층들 각각은 단일에서 수십 원자층으로 이루어질 수 있다.Each of the first and second graphene layers may comprise a single to several tens of atomic layers.

이에 더하여, 상기한 또 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 이온 빔 치료 장치를 제공한다. 이 치료 장치는 앞서 서술된 양성자 발생용 타깃 및 양성자 발생용 타깃의 수소 액적으로부터 양성자를 발생시켜 환자의 종양 부위로 투사하기 위해, 수소 액적으로 레이저 빔을 입사시키기 위한 레이저를 포함할 수 있다.In addition, in order to achieve the above-mentioned further object, the present invention provides an ion beam treatment apparatus. The treatment device may include a laser for introducing a laser beam into the hydrogen droplet to generate a proton from the hydrogen droplet of the target for proton generation and the proton generating target described above and project it to the tumor area of the patient.

레이저는 제 1 그래핀층에 대향하는 지지 기판의 타 측에 배치될 수 있다.The laser may be disposed on the other side of the support substrate opposite to the first graphene layer.

레이저 빔은 펨토초 레이저 빔일 수 있다.The laser beam may be a femtosecond laser beam.

레이저 빔의 파장은 800~1,000 나노미터 범위일 수 있다.The wavelength of the laser beam may range from 800 to 1,000 nanometers.

관통 홀 측의 제 1 그래핀층 상에 제공되는 금속 나노 입자를 더 포함할 수 있다. 금속 나노 입자로 입사된 레이저 빔은 표면 플라즈몬 공명을 형성하고, 표면 플라즈몬 공명에 의해 레이지 빔의 세기보다 증강된 근접장이 형성되고, 근접장에 의해 액체 상태 수소 액적으로부터 양성자가 방출될 수 있다.And the metal nanoparticles provided on the first graphene layer on the through hole side. The laser beam incident on the metal nanoparticles forms a surface plasmon resonance, an enhanced near field is formed by the surface plasmon resonance than the intensity of the laser beam, and a proton is emitted from the liquid state hydrogen droplet by the near field.

근접장의 세기는 상기 레이저 빔의 세기보다 수십~수만 배일 수 있다.The intensity of the near field may be several tens to tens of thousands times greater than the intensity of the laser beam.

금속 나노 입자는 금, 은, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.The metal nanoparticles may comprise gold, silver, copper or aluminum.

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 양성자 발생용 타깃이 그래핀층(graphene layer)들에 의해 감싸진 수소 액적을 가짐으로써, 수소 액적으로 입사된 레이저 빔에 의해 고에너지의 양성자를 생성할 수 있다. 이에 따라, 초박막을 제조하기 위한 반도체 가공 공정 등과 같은 높은 공정 기술을 필요로 하지 않고, 그리고 그에 수반되는 높은 비용을 소요하지 않으면서 고에너지의 양성자를 발생시킬 수 있는 양성자 발생용 타깃이 제공될 수 있다.As described above, according to the solution of the problem of the present invention, the proton-generating target has a hydrogen droplet surrounded by graphene layers, whereby a high energy proton is generated by the laser beam incident on the hydrogen droplet. Can be generated. Accordingly, it is possible to provide a target for generating a proton capable of generating a high-energy proton without requiring a high process technology such as a semiconductor processing process for manufacturing an ultra-thin film, have.

또한, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 양성자 발생용 타깃의 그래핀층들이 수소 액적을 감쌈으로써, 수소 액적으로 입사된 레이저 빔에 의해 고에너지 양성자가 생성될 수 있다. 이에 따라, 초박막을 제조하기 위한 반도체 가공 공정 등과 같은 높은 공정 기술을 필요로 하지 않고, 그리고 그에 수반되는 높은 비용을 소요하지 않으면서 고에너지의 양성자를 발생시킬 수 있는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법이 제공될 수 있다.Further, according to a solution to the problem of the present invention, a high-energy proton can be generated by a laser beam incident on a hydrogen droplet by wrapping a hydrogen droplet on the graphene layers of a target for generating a proton. Accordingly, a method for producing a proton-generating target which can generate a high-energy proton without requiring a high-process technology such as a semiconductor processing process for manufacturing an ultra-thin film, Can be provided.

이에 더하여, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 이온 빔 치료 장치가 수소 액적을 갖는 양성자 발생용 타깃을 이용함으로써, 고에너지의 양성자를 환자의 종양 부위로 투사할 수 있다. 이에 따라, 낮은 비용으로 환자의 종양을 치료할 수 있는 이온 빔 치료 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to a solution to the problem of the present invention, the ion beam therapy apparatus can project a high-energy proton to a tumor site of a patient by using a proton-generating target having a hydrogen droplet. Thus, an ion beam therapy apparatus capable of treating a patient's tumor at a low cost can be provided.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법을 설명하기 공정 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 양성자 발생용 타깃에서 양성자가 발생하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 양성자 발생용 타깃에서 일어나는 현상에 의해 이온이 가속되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 다른 양성자 발생용 타깃에서 양성자가 발생하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a target for proton generation used in an ion beam therapy apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining generation of protons in a target for generating protons used in an ion beam therapy apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining that ions are accelerated by a phenomenon occurring in a target for generating a proton used in an ion beam therapy apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining generation of a proton in another target for generating a proton used in the ion beam therapy apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG.
5 is a conceptual diagram for explaining an ion beam treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order. In addition, in this specification, when it is mentioned that a film is on another film or substrate, it means that it may be formed directly on another film or substrate, or a third film may be interposed therebetween.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective description of the technical content. Thus, the shape of the illustrations may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in the shapes that are generated according to the manufacturing process. For example, the etched area shown at right angles may be rounded or may have a shape with a certain curvature. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific types of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법을 설명하기 공정 단면도들이다.FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a target for proton generation used in an ion beam therapy apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 양성자 발생용 타깃을 제조하기 위해 관통 홀(115)을 갖는 지지 기판(110)이 준비된다. 지지 기판(110)은 반도체 기판, 유리 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 관통 홀(115)은 지지 기판(110)의 일면으로부터 이에 대향하는 타면으로 갈수록 점진적으로 넓어지는 폭을 갖는 형태일 수 있다. 즉, 관통 홀(115)은 콘(cone) 형태일 수 있다.Referring to FIG. 1A, a support substrate 110 having through-holes 115 is prepared for manufacturing a proton-generating target. The support substrate 110 may be a semiconductor substrate, a glass substrate, or a metal substrate. The through hole 115 may have a width gradually widening from one surface of the support substrate 110 to the other surface thereof. That is, the through hole 115 may be in the form of a cone.

지지 기판(110)의 일면 상에 제 1 그래핀층(120a)이 형성된다. 관통 홀(115) 부위의 제 1 그래핀층(120a) 상에 고체 상태 수소 액적(solid state hydrogen droplet, 130)이 제공된다. 고체 상태 수소 액적(130)은 수 나노리터(nℓ)에서 수 마이크로리터(μℓ) 범위의 부피를 가질 수 있다. 제 1 그래핀층(120a) 상에 고체 상태 수소 액적(130)을 둘러싸도록 제 2 그래핀층(120b)이 형성된다. 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)은 단일에서 수십 원자층으로 이루어진 것일 수 있다. 원자층은 육각형들이 서로 연결된 벌집 형태일 수 있다.A first graphene layer 120a is formed on one side of the supporting substrate 110. [ A solid state hydrogen droplet 130 is provided on the first graphene layer 120a in the region of the through hole 115. [ The solid state hydrogen droplet 130 may have a volume in the range of a few nanometers to several microliters. A second graphene layer 120b is formed on the first graphene layer 120a to surround the solid-state hydrogen droplet 130. [ The first and second graphene layers 120a and 120b may be composed of single to several tens of atomic layers. The atomic layer may be in the form of honeycomb interconnected by hexagons.

도 1b를 참조하면, 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)에 의해 둘러싸인 고체 상태 수소 액적(130)은 액체 상태 수소 액적(130a)으로 바뀔 수 있다. 즉, 고체 상태 수소 액적(130)을 둘러싸는 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b) 부위에 열을 가하는 동시에, 압축하는 것으로 납작한 모양의 액체 상태 수소 액적(130a) 및 이를 둘러싸는 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)을 포함하는 양성자 발생용 타깃이 제조될 수 있다. 이때, 액체 상태 수소 액적(130a)의 부피는 고체 상태 수소 액적(130)의 부피와 크게 차이는 없는 수 나노리터에서 수 마이크로리터 범위일 수 있다.Referring to FIG. 1B, the solid state hydrogen droplet 130 surrounded by the first and second graphene layers 120a and 120b may be replaced with a liquid state hydrogen droplet 130a. That is, heat is applied to the portions of the first and second graphene layers 120a and 120b surrounding the solid-state hydrogen droplet 130, and at the same time, the flat liquid-state hydrogen droplets 130a and the surrounding 1 and second graphene layers 120a and 120b can be manufactured. At this time, the volume of the liquid state hydrogen droplet 130a may be in the range of several nanometers to several microliters, which is not significantly different from the volume of the solid state hydrogen droplet 130. [

그래핀은 강도가 높으면서, 특유의 잘 구부러지는 특성이 있기 때문에, 어떠한 형태의 액적이라 하더라도 잘 감쌀 수 있는, 마치 진공 포장 용기처럼 형태가 변할 수 있다. 즉, 그래핀은 마치 물고기를 잡는 그물처럼, 대상물에 대해 매우 쉽게 형태가 구부러져 그 대상물을 감쌀 수 있다. 또한, 그래핀을 구성하는 탄소(C) 원자들 사이는 어떠한 원자도 통과할 수 없을 정도로 작기 때문에, 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)에 의해 감싸진 액체 상태 수소 액적(130a) 내의 수소 분자 또는 수소 원자는 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b) 외부로 누출될 수 없다. 즉, 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)에 의해 감싸진 액체 상태 수소 액적(130b)은 증발되지 않는다.Because graphene has a high strength and a unique bending characteristic, it can be shaped like a vacuum packaging container, which can be wrapped with any type of droplet. In other words, graphene can bend over the object very easily, like a net catching fish, very easily. In addition, the liquid-state hydrogen droplet 130a surrounded by the first and second graphene layers 120a and 120b can be easily removed because the carbon between the carbon atoms constituting the graphene is so small that no atoms can pass through it. The hydrogen molecules or hydrogen atoms in the first and second graphene layers 120a and 120b can not leak out of the first and second graphene layers 120a and 120b. That is, the liquid state hydrogen droplet 130b surrounded by the first and second graphene layers 120a and 120b is not evaporated.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 양성자 발생용 타깃에서 일어나는 현상에 의해 가속된 양성자가 발생하는 것을 설명하기 위한 개념도들이다.FIGS. 2 and 3 are conceptual diagrams illustrating the generation of protons accelerated by a phenomenon occurring in a target for generating a proton used in an ion beam therapy apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 양성자 발생용 타깃(100)의 수소 분자들로 이루어진 수소 액적(130a)은 집속(focusing)되는 고출력의 레이저 빔(145)에 의해 양성자들(210)을 발생시킬 수 있다. 즉, 세기가 1019 W/Cm2 이상인 레이저 빔(145)이 지지 기판(110)의 관통 홀(115)을 통해 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)에 의해 감싸진 수소 액적(130a)으로 집속되면, 레이저 빔(145)의 에너지에 의해 수소 액적(130a) 내의 수소 원자들로부터 양성자들과 전자들로 분리되는 플라즈마(plasma) 상태로 변화하고, 이 과정에서 전자들이 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)의 외부로 양성자들보다 더 멀리 방출되어 나와 전자 구름층(205)을, 그리고 양성자들이 수소 액적(130a) 부근에서 양성자 구름층(203)을 형성함으로써, 양성자 구름층(203)과 전자 구름층(205) 사이의 커패시터(capacitor) 효과에 의해 강력한 전기장(207)이 발생하고, 그리고 이 전기장(207)에 의해 양성자 구름층(203)의 양성자들이 전자 구름층(205) 쪽으로 가속됨으로써, 가속된 양성자들(210)이 발생할 수 있다. 가속된 양성자들(210)은 환자의 체외에서 체내의 종양 부위(도 5의 340 참조)로 투사될 수 있는 만큼의 충분한 에너지를 갖도록 가속될 수 있다.2 and 3, the hydrogen droplet 130a made of the hydrogen molecules of the proton-generating target 100 generates the protons 210 by the laser beam 145 of high power to be focused . That is, the laser beam 145 having an intensity of 10 19 W / cm 2 or more passes through the through hole 115 of the supporting substrate 110, and the hydrogen droplet 130a, it changes from a hydrogen atom in the hydrogen droplet 130a to a plasma state separated by protons and electrons by the energy of the laser beam 145. In this process, The electron cloud layer 205 is emitted farther from the proton than the second graphene layers 120a and 120b and the protons form the proton cloud layer 203 in the vicinity of the hydrogen droplet 130a, A strong electric field 207 is generated by the capacitor effect between the cloud layer 203 and the electron cloud layer 205 and the protons of the proton cloud layer 203 are generated by the electric field 207 Accelerated protons 210 can be generated. Accelerated protons 210 may be accelerated to have sufficient energy to be able to be projected into the body's tumor site (see 340 in FIG. 5) outside the patient's body.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 다른 양성자 발생용 타깃에서 양성자가 발생하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining generation of a proton in another target for generating a proton used in the ion beam therapy apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG.

도 4를 참조하면, 양성자 발생용 타깃(100)은 지지 기판(110)의 관통 홀(115) 측의 제 1 그래핀층(120a) 상에 제공된 금속 나노 입자(metal nano particle, 125)를 더 포함할 수 있다. 금속 나노 입자는 전기 전도도가 매우 큰 물질인 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.4, the proton-generating target 100 further includes metal nano particles 125 provided on the first graphene layer 120a on the side of the through hole 115 of the support substrate 110 can do. The metal nanoparticles may include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), or aluminum (Al), which are highly electrically conductive materials.

금속 나노 입자(125)에 레이저 빔(145)이 입사되면, 금속 나노 입자(125)의 가장자리에서 나노플라즈모닉스(nanoplasmonics) 현상이 발생한다. 나노플라즈모닉스 현상은 나노미터(nm)의 선폭을 갖는 금속 나노 입자(125)의 가장자리 부근에서 레이저 빔(145)의 주파수에 공명된 금속 나노 입자들(125) 내의 자유 전자들(free electron)이 집단적으로 움직이면서 표면파(surface wave)를 생성한 결과로서, 빛이 금속 나노 입자(125)의 표면에서 갇히는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이 발생한다. 이러한 표면 플라즈몬 공명의 결과로서, 금속 나노 입자(125)의 표면에서 전자기장의 세기가 증폭되는 것이다. 즉, 금속 나노 입자(125)의 가장자리에서 10~104 이상의 매우 큰 전자기장인 강한 근접장(near field, 150)이 발생한다. 이러한 근접장(150)은 금속 나노 입자(125) 내의 자유 전자들의 가속 운동에 의해 발생한다.When the laser beam 145 is incident on the metal nanoparticles 125, nanoplasmonics occurs at the edges of the metal nanoparticles 125. The nanoplasmonics phenomenon is caused by free electrons in the metal nanoparticles 125 resonated at the frequency of the laser beam 145 near the edge of the metal nanoparticle 125 having a line width of nanometer (nm) As a result of collectively moving surface waves, a surface plasmon resonance occurs in which the light is trapped at the surface of the metal nanoparticles 125. As a result of such surface plasmon resonance, the intensity of the electromagnetic field at the surface of the metal nanoparticles 125 is amplified. That is, a strong near field 150, which is a very large electromagnetic field of 10 to 10 4 or more, occurs at the edge of the metal nanoparticles 125. This near field 150 is generated by the acceleration movement of the free electrons in the metal nanoparticles 125.

이러한 근접장(150)의 세기(200)는 공명이 일어나는 지점, 즉, 금속 나노 입자(125)의 가장자리에서 가장 크다. 근접장(150)의 세기(200)는 금속 나노 입자(125)의 가장자리로부터 멀어질수록 급격히 감소한다. 근접장(150)의 세기(200)는 금속 나노 입자(125)로 입사되는 레이저 빔(145)의 세기보다 수십~수만 배일 수 있다. 즉, 근접장(150)의 세기(200)는 금소 나노 입자(125)로 입사되는 레이저 빔(145)의 세기보다 증강되었음을 의미한다.The intensity 200 of this near field 150 is greatest at the point where resonance occurs, i.e., at the edge of the metal nanoparticles 125. The intensity 200 of the near field 150 decreases sharply as the distance from the edge of the metal nanoparticles 125 increases. The intensity 200 of the near field 150 may be several tens to tens of thousands times greater than the intensity of the laser beam 145 incident on the metal nanoparticles 125. That is, the intensity 200 of the near field 150 means that the intensity of the laser beam 145 incident on the noble metal nanoparticles 125 is increased.

이에 따라, 수소 액적(130a)이 금속 나노 입자(125)로 입사된 레이저 빔(145)의 세기보다 수십~수만 배로 증강된 세기를 갖는 근접장(150) 하에 노출되면, 수소 액적(130a) 내의 수소 원자들은 이온화 과정을 겪으면서 고에너지의 양성자들(210)이 되어, 인체 내의 종양 부위(도 5의 340 참조)에 투사될 수 있다.Accordingly, when the hydrogen droplet 130a is exposed under the near field 150 having the intensity increased to tens or tens of thousands times that of the laser beam 145 incident on the metal nanoparticles 125, The atoms undergo ionization and become high energy protons 210, which can be projected onto the tumor site (see 340 in FIG. 5) in the body.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치를 설명하기 위한 개념도이다.5 is a conceptual diagram for explaining an ion beam treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 이온 빔 치료 장치는 레이저(140) 및 양성자 발생용 타깃(100)을 포함한다.Referring to FIG. 5, the ion beam therapy apparatus includes a laser 140 and a target 100 for generating a proton.

레이저(140)는 양성자 발생용 타깃(100)으로부터 가속된 양성자들(330)을 발생시켜 환자의 종양 부위(340)로 투사하기 위한 것일 수 있다. 레이저(140)는 양성자 발생용 타깃(100)으로 레이저 빔(145)을 제공할 수 있다. 레이저(140)는 양성자 발생용 타깃(100)의 제 1 그래핀층(120a)에 대향하는 지지 기판(110)의 타 측에 배치될 수 있다. 레이저 빔(145)은 펨토 초 레이저 빔일 수 있다. 레이저 빔(145)의 파장은 800~1,000 나노미터 범위일 수 있다. 이는 레이저 빔(145)의 주파수에 의해 양성자 발생용 타깃(100)의 금속 나노 입자(도 4의 125 참조) 내의 자유 전자들이 공명되어 가속 운동을 할 수 있기 때문이다.The laser 140 may be for generating accelerated protons 330 from the proton generating target 100 and projecting it to the patient's tumor region 340. The laser 140 may provide a laser beam 145 to the target 100 for generating protons. The laser 140 may be disposed on the other side of the supporting substrate 110 opposite to the first graphene layer 120a of the proton generating target 100. [ The laser beam 145 may be a femtosecond laser beam. The wavelength of the laser beam 145 may range from 800 to 1,000 nanometers. This is because the free electrons in the metal nanoparticles (see 125 in FIG. 4) of the target 100 for generating protons can resonate and accelerate due to the frequency of the laser beam 145.

양성자 발생용 타깃(100)은 레이저(140)로부터 레이저 빔(145)을 제공받아 가속된 양성자들(330)을 발생시킬 수 있다. 양성자 발생용 타깃(100)은 관통 홀(115)을 갖는 지지 기판(110) 및 지지 기판(110)의 일면 상에 배치되어 수소 액적(130a)을 감싸는 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)을 포함할 수 있다. 지지 기판(110)의 관통 홀(115)은 입사되는 레이저 빔(145)의 진행 경로로 사용될 수 있다.The proton generating target 100 may generate a laser beam 145 from the laser 140 to generate accelerated protons 330. The proton-generating target 100 includes a support substrate 110 having a through-hole 115 and first and second graphene layers 120a and 120b disposed on one side of the support substrate 110 and surrounding the hydrogen droplet 130a. 120b. The through hole 115 of the supporting substrate 110 can be used as a path of the laser beam 145 to be incident.

레이저 빔(145)이 양성자 발생용 타깃(100)의 수소 액적(130a)으로 입사되면, 레이저 빔(145)의 에너지에 의해 수소 액적(130a) 내의 수소 원자들로부터 양성자들과 음이온들로 분리되는 플라즈마 상태로 변화하고, 이 과정에서 전자들이 제 1 및 제 2 그래핀층들(120a 및 120b)의 외부로 양성자들보다 더 멀리 방출되어 나와 전자 구름층( 도 3의 205 참조)을, 그리고 양성자들이 수소 액적(130a) 부근에서 양성자 구름층(도 3의 203 참조)을 형성함으로써, 양성자 구름층과 전자 구름층 사이의 커패시터 효과에 의해 강력한 전기장(도 3의 207 참조)이 발생하고, 그리고 이 전기장에 의해 양성자 구름층의 양성자들이 전자 구름층 쪽으로 가속됨으로써, 가속된 양성자들(330)이 발생할 수 있다. 이에 따라, 양성자들(330)이 환자의 체외에서 체내의 종양 부위(340)로 투사될 수 있을 만큼의 충분한 에너지를 갖도록 가속될 수 있다. 즉, 양성자 발생용 타깃(100)의 수소 액적(130a)으로부터 발생하는 가속된 양성자들(330)은 수십~수백 MeV의 고에너지를 가질 수 있다. 결과적으로, 양성자 발생용 타깃(100)의 수소 액적(103a)으로부터 발생하는 가속된 양성자들(330)은 레이저 빔(145)의 세기에 의해 조절된 에너지를 가질 수 있으므로, 환자의 체내에 있는 종양 부위(340)에서 정지되고, 그리고 이와 충돌할 수 있다.When the laser beam 145 is incident on the hydrogen droplet 130a of the proton generating target 100, it is separated from the hydrogen atoms in the hydrogen droplet 130a by the energy of the laser beam 145 into protons and anions And in this process electrons are emitted farther out of the first and second graphene layers 120a and 120b than the protons to form an electron cloud layer (see 205 in FIG. 3), and protons By forming the proton cloud layer (see 203 in Fig. 3) near the hydrogen droplet 130a, a strong electric field (see 207 in Fig. 3) is generated by the capacitor effect between the proton cloud layer and the electron cloud layer, The protons of the proton cloud layer are accelerated toward the electron cloud layer, so that the accelerated protons 330 can be generated. Thus, the proton (s) 330 can be accelerated to have sufficient energy to be projected from the patient's body to the tumor site 340 in the body. That is, the accelerated protons 330 generated from the hydrogen droplet 130a of the proton generating target 100 may have a high energy of several tens to several hundreds of meV. As a result, the accelerated protons 330 generated from the hydrogen droplets 103a of the proton generating target 100 can have the energy adjusted by the intensity of the laser beam 145, It may be stopped at the site 340 and may collide with it.

가속된 양성자들(330)은 환자의 종양 부위(340)를 진단하는데 사용되는 장비인 자기공명영상 촬영장치(Magnetic Resonance Imaging : MRI), 컴퓨터 단층촬영장치(Computer Tomography : CT), 양전자 방출 단층촬영장치(Positron Emission Tomography : PET), 초음파(ultrasonics wave) 기기 등과 같은 영상진단기기로부터 얻어진 종양 부위(340)의 위치에 설정되어 투사될 수 있다.The accelerated proton 330 may be a magnetic resonance imaging (MRI) device, a computer tomography (CT), a positron emission tomography And may be set and projected at the location of the tumor site 340 obtained from an imaging device such as a device (Positron Emission Tomography: PET), an ultrasonic wave device or the like.

이온 빔 치료 장치의 치료 원리는 레이저(140)로부터 제공되는 레이저 빔(145)이 양성자 발생용 타깃(100)의 수소 액적(130a)에 집속되고, 레이저 빔(145)의 에너지에 의해 수소 액적(130a)으로부터 가속된 양성자들(330)이 발생하여 환자의 체내를 향하여 투사되고, 환자의 체내로 투사된 가속된 양성자들(330)은, 도시된 것과 같이, 브래그 피크의 원리에 의해 환자의 체내에 있는 종양 부위(340)에서 정지되고, 그리고 이와 충돌함으로써, 가속된 양성자들(330)은 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(340)의 종양 세포들을 교란시키는 것일 수 있다.The treatment principle of the ion beam treatment apparatus is such that the laser beam 145 provided from the laser 140 is focused on the hydrogen droplet 130a of the proton generating target 100 and the hydrogen droplet 130a are generated and projected toward the patient's body and the accelerated protons 330 projected into the patient's body are guided by the principle of Bragg peak to the patient's body The accelerated protons 330 may generate reactive oxygen species to disturb the tumor cells of the tumor site 340. In this regard,

즉, 가속된 양성자들(330)이 종양 부위(340)와 충돌하여, 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(340)의 종양 세포들을 교란시킴으로써, 종양 세포들의 성장을 저해하거나, 또는 종양 세포들을 괴사시키는 것일 수 있다. 가속된 양성자들(330)이 종양 부위(340)의 종양 세포들을 교란시키는 것은 종양 세포의 DNA 이중 나선을 교란하거나, 또는 종양 세포의 핵 내의 대사 과정을 교란하는 것일 수 있다.That is, accelerated protons 330 collide with tumor site 340 and produce active oxygen species to disturb tumor cells in tumor site 340, thereby inhibiting the growth of tumor cells, or necrosing tumor cells Lt; / RTI > It may be that the accelerated proton 330 disturbing the tumor cells of the tumor site 340 disturbs the DNA double helix of the tumor cell or disturbs the metabolic process in the nucleus of the tumor cell.

가속된 양성자들(330)은 환자의 체내에 있는 종양 부위(340)와 충돌하여, 활성 산소를 발생시켜 종양 부위(340)의 종양 세포들을 교란시킴으로써, 종양 세포들의 성장을 저해하거나, 또는 종양 세포들을 괴사시키는 것일 수 있다. 이에 따라, 환자의 체내에 있는 종양 부위(340)가 치료되는 효과가 나타날 수 있다.The accelerated protons 330 collide with the tumor site 340 in the patient's body and produce reactive oxygen to disturb the tumor cells of the tumor site 340 thereby inhibiting the growth of the tumor cells, It can be necrotizing. Accordingly, the effect of treating the tumor region 340 in the patient's body may be exhibited.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 양성자 발생용 타깃은 그래핀층들에 의해 감싸진 수소 액적을 가짐으로써, 수소 액적으로 입사된 레이저 빔에 의해 고에너지의 양성자를 생성할 수 있다. 이에 따라, 초박막을 제조하기 위한 반도체 가공 공정 등과 같은 높은 공정 기술을 필요로 하지 않고, 그리고 그에 수반되는 높은 비용을 소요하지 않으면The proton-generating target according to an embodiment of the present invention has a hydrogen droplet surrounded by graphene layers, so that a high-energy proton can be generated by a laser beam incident on a hydrogen droplet. This eliminates the need for a high process technology such as a semiconductor processing process for manufacturing an ultra-thin film, and if the high cost associated therewith is not required

또한, 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 양성자 발생용 타깃은 그래핀층들이 수소 액적을 감싸도록 형성됨으로써, 수소 액적으로 입사된 레이저 빔에 의해 고에너지 양성자가 생성될 수 있다. 이에 따라, 초박막을 제조하기 위한 반도체 가공 공정 등과 같은 높은 공정 기술을 필요로 하지 않고, 그리고 그에 수반되는 높은 비용을 소요하지 않으면서 고에너지의 양성자를 발생시킬 수 있는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법이 제공될 수 있다.In addition, the target for generating protons produced according to the embodiments of the present invention is formed such that the graphene layers surround the hydrogen droplet, so that a high energy proton can be generated by the laser beam incident on the hydrogen droplet. Accordingly, a method for producing a proton-generating target which can generate a high-energy proton without requiring a high-process technology such as a semiconductor processing process for manufacturing an ultra-thin film, Can be provided.

이에 더하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이온 빔 치료 장치가 수소 액적을 갖는 양성자 발생용 타깃을 이용함으로써, 고에너지의 양성자를 환자의 종양 부위로 투사할 수 있다. 이에 따라, 낮은 비용으로 환자의 종양을 치료할 수 있는 이온 빔 치료 장치가 제공될 수 있다.In addition, the ion beam therapy apparatus according to embodiments of the present invention can project a high-energy proton to a tumor site of a patient by using a proton-generating target having a hydrogen droplet. Thus, an ion beam therapy apparatus capable of treating a patient's tumor at a low cost can be provided.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

100 : 양성자 발생용 타깃
110 : 지지 기판
115 : 관통 홀
120a, 120b : 그래핀층
125 : 금속 나노 입자
130 : 고체 상태 수소 액적
130a : 액체 상태 수소 액적
140 : 레이저
145 : 레이저 빔
150 : 근접장
200 : 근접장의 세기
203 : 양성자 구름층
205 : 전자 구름층
207 : 전기장
210, 330 : (가속된) 양성자
340 : 종양 부위
100: Target for generating protons
110: Support substrate
115: Through hole
120a, 120b: graphene layer
125: metal nanoparticles
130: solid state hydrogen droplet
130a: liquid state hydrogen droplet
140: laser
145: laser beam
150: near-by
200: Strength of near field
203: Proton cloud layer
205: electron cloud layer
207: Electric field
210, 330: (accelerated) protons
340: tumor site

Claims (20)

관통 홀을 갖는 지지 기판;
상기 지지 기판의 일면 상에 제공된 제 1 그래핀층;
상기 관통 홀 부위의 상기 제 1 그래핀층 상에 제공되되, 입사되는 레이저 빔에 의해 양성자를 발생시키는 액체 상태 수소 액적; 및
상기 액체 상태 수소 액적이 증발되지 않게 둘러싸도록, 상기 제 1 그래핀층 상에 제공된 제 2 그래핀층을 포함하는 양성자 발생용 타깃.
A support substrate having a through hole;
A first graphene layer provided on one side of the supporting substrate;
A liquid state hydrogen droplet that is provided on the first graphene layer in the region of the through hole and generates a proton by an incident laser beam; And
And a second graphene layer provided on the first graphene layer so as to surround the liquid state hydrogen droplet without evaporation.
제 1항에 있어서,
상기 관통 홀은 상기 레이저 빔의 진행 경로로 사용되는 양성자 발생용 타깃.
The method according to claim 1,
Wherein the through hole is used as a path of travel of the laser beam.
제 1항에 있어서,
상기 관통 홀은 상기 제 1 그래핀층으로부터 멀어질수록 점진적으로 넓어지는 폭을 갖는 양성자 발생용 타깃.
The method according to claim 1,
And the through-hole has a width that gradually increases as the distance from the first graphene layer increases.
제 1항에 있어서,
상기 관통 홀 측의 상기 제 1 그래핀층 상에 제공되는 금속 나노 입자를 더 포함하는 양성자 발생용 타깃.
The method according to claim 1,
And a metal nanoparticle provided on the first graphene layer on the side of the through hole.
제 3항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리 또는 알루미늄을 포함하는 양성자 발생용 타깃.
The method of claim 3,
Wherein the metal nanoparticles include gold, silver, copper, or aluminum.
제 1항에 있어서,
상기 액체 상태 수소 액적은 수 나노리터에서 수 마이크로리터 범위의 부피를 갖는 양성자 발생용 타깃.
The method according to claim 1,
Wherein said liquid hydrogen droplet has a volume in the range of a few nanometers to a few microliters.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 그래핀층들 각각은 단일에서 수십 원자층으로 이루어진 양성자 발생용 타깃.
The method according to claim 1,
Wherein each of the first and second graphene layers is a single to a tens of atomic layer.
관통 홀을 갖는 지지 기판의 일면 상에 제 1 그래핀층을 형성하는 단계;
상기 관통 홀 부위의 상기 제 1 그래핀층 상에 고체 상태 수소 액적을 제공하는 단계; 및
상기 제 1 그래핀층 상에 상기 고체 상태 수소 액적을 둘러싸도록 제 2 그래핀층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 고체 상태 수소 액적은 액체 상태 수소 액적으로 바뀌고,
상기 액체 상태 수소 액적은 입사되는 레이저 빔에 의해 양성자를 발생시키는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법.
Forming a first graphene layer on one surface of a support substrate having a through-hole;
Providing a solid state hydrogen droplet on the first graphene layer in the region of the through hole; And
Forming a second graphene layer on the first graphene layer to surround the solid state hydrogen droplet,
The solid state hydrogen droplet is converted into a liquid state hydrogen droplet,
Wherein the liquid state hydrogen droplet generates protons by an incident laser beam.
제 8항에 있어서,
상기 관통 홀은 상기 제 1 그래핀층으로부터 멀어질수록 점진적으로 넓어지는 폭을 갖는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the through-hole has a width gradually widened away from the first graphene layer.
제 8항에 있어서,
상기 관통 홀 측의 상기 제 1 그래핀층 상에 금속 나노 입자를 형성하는 단계를 더 포함하는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
And forming metal nanoparticles on the first graphene layer on the side of the through hole.
제 8항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리 또는 알루미늄을 포함하는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the metal nanoparticles include gold, silver, copper, or aluminum.
제 8항에 있어서,
상기 고체 상태 수소 액적은 수 나노리터에서 수 마이크로리터 범위의 부피를 갖는 양성자 발생용 타깃의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the solid state hydrogen droplets have a volume in the range of a few nanometers to a few microliters.
제 8항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 그래핀층들 각각은 단일에서 수십 원자층으로 이루어진 양성자 발생용 타깃의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein each of the first and second graphene layers comprises a single to several tens of atomic layers.
제 1항의 양성자 발생용 타깃; 및
상기 수소 액적으로부터 양성자를 발생시켜 환자의 종양 부위로 투사하기 위해, 상기 수소 액적으로 레이저 빔을 입사시키기 위한 레이저를 포함하는 이온 빔 치료 장치.
A target for generating a proton of claim 1; And
And a laser for introducing a laser beam into the hydrogen droplet so as to generate a proton from the hydrogen droplet and project it to a tumor site of the patient.
제 14항에 있어서,
상기 레이저는 상기 제 1 그래핀층에 대향하는 상기 지지 기판의 타 측에 배치되는 이온 빔 치료 장치.
15. The method of claim 14,
And the laser is disposed on the other side of the support substrate facing the first graphene layer.
제 14항에 있어서,
상기 레이저 빔은 펨토초 레이저 빔인 이온 빔 치료 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein the laser beam is a femtosecond laser beam.
제 14항에 있어서,
상기 레이저 빔의 파장은 800~1,000 나노미터 범위인 이온 빔 치료 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein the laser beam has a wavelength ranging from 800 to 1,000 nanometers.
제 14항에 있어서,
상기 관통 홀 측의 상기 제 1 그래핀층 상에 제공되는 금속 나노 입자를 더 포함하고,
상기 금속 나노 입자로 입사된 상기 레이저 빔은 표면 플라즈몬 공명을 형성하고, 상기 표면 플라즈몬 공명에 의해 상기 레이지 빔의 세기보다 증강된 근접장이 형성되고, 상기 근접장에 의해 상기 액체 상태 수소 액적으로부터 상기 양성자가 방출되는 이온 빔 치료 장치.
15. The method of claim 14,
Further comprising metal nanoparticles provided on the first graphene layer on the through hole side,
Wherein the laser beam incident on the metal nanoparticles forms a surface plasmon resonance and an enhanced near field is formed by the surface plasmon resonance to the intensity of the lasing beam and the proton is removed from the liquid state hydrogen droplet by the near field The emitted ion beam therapy device.
제 18항의 있어서,
상기 근접장의 세기는 상기 레이저 빔의 세기보다 수십~수만 배인 이온 빔 치료 장치.
19. The method of claim 18,
Wherein the intensity of the near field is several tens to several tens of times greater than the intensity of the laser beam.
제 14항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리 또는 알루미늄을 포함하는 이온 빔 치료 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein the metal nanoparticles include gold, silver, copper, or aluminum.
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