WO2017063407A1 - 中子缓速材料 - Google Patents

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WO2017063407A1
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retarding material
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weight
neutron retarding
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刘渊豪
陈韦霖
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南京中硼联康医疗科技有限公司
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Definitions

  • the invention relates to a radioactive ray retarding material, in particular to a neutron retarding material. Background technique
  • boron neutron capture therapy With the generation of accelerators, the boron neutron capture therapy (BNCT) technology enters a stage of rapid development.
  • the principle of boron neutron capture therapy is: The proton generated by the accelerator collides with the target to generate or generate a neutron with different energy through the nuclear reaction. These neutrons of different energies are adjusted by the beam shaping body into superheated neutrons with energy kev, and further incident into the human body will become thermal neutrons, react with boron-containing drugs in tumor cells, and their radiation The energy can destroy the tumor cells, the scope of killing is limited to the cells, and almost no damage to normal tissues.
  • the neutrons produced from the target have a wide range of energy distribution, including thermal neutrons, epithermal neutrons, and fast neutrons. They also contain gamma rays, which are not helpful for treatment and will cause normal tissue. The proportion of non-selective dose deposition becomes larger, so the damage to normal tissue is greater.
  • One application of retarding materials in beam shaping bodies as neutron retarding materials is to improve beam quality and reduce the criticality of treating unwanted ray content. Therefore, beam shaping neutron retardation material has become a hotspot in the field of BNCT technology.
  • the advantages and disadvantages of neutron retardation materials are mainly reflected by the neutron beam quality. The quality of neutron beam is divided into air beam quality and false.
  • Body beam quality where air beam quality can be achieved with superheated neutron beam flux, fast neutron contamination, gamma ray contamination, thermal neutron to superthermal neutron flux ratio, and neutron forwardness Comprehensive evaluation is performed, and the quality of the prosthetic beam is reflected by the dose distribution of the beam in the prosthesis and the therapeutic effect of the beam in the prosthesis.
  • the prosthetic beam quality factor is in addition to the effective treatment depth (AD) and effective treatment depth.
  • AD effective treatment depth
  • AR effective therapeutic dose ratio
  • the depth of treatment with 30.0RBE-Gy can reflect the effective maximum depth of the tumor.
  • Still another object of the present invention is to reduce gamma ray contamination in an epithermal neutron beam by adding a certain amount of Li-containing material to the neutron retarding material.
  • the present invention provides a neutron retarding material comprising a Mg element, an A1 element, and an F element, wherein the three elements of Mg, Al, and F are The weight of the neutron retarder
  • the weight percentage of the material is: 3.5% ⁇ Mg ⁇ 37.1%, 5.0% ⁇ A1 ⁇ 90.4%, 5.8% ⁇ F ⁇ 67.2%, and the sum of the weights of the three elements of Mg, Al, F accounts for the neutron retarding material. 100% of the total weight.
  • the neutron retarding material is added with a substance containing 6 Li to reduce gamma ray pollution, wherein a substance containing 6 Li is added in an amount of the neutron retarding material. 0.1% to 10% of the total weight.
  • the neutron retarding material is added with natural LiF to reduce gamma ray pollution, wherein the amount of LiF added is 0.1% to 10% of the total weight of the neutron retarding material.
  • the density of the neutron retardation material is 60% to 100% of the theoretical density.
  • the material composition form of the neutron retarding material is MgF 2 and Al.
  • the relationship between the density of the neutron retarding material and the theoretical density ratio and the weight of the A1 element in the weight percentage of the neutron retarding material is in the following group.
  • the weight of the A1 element accounts for the weight of the neutron retarding material: 35% ⁇ A1 ⁇ 70%;
  • the weight of the A1 element accounts for the weight of the neutron retarding material: 50% ⁇ A1 ⁇ 80% ;
  • the neutron retarding material density is the theoretical density,
  • the weight of the A1 element as a percentage of the weight of the neutron retarding material is: 65% ⁇ A1 ⁇ 90.
  • the relationship between the density of the neutron retarding material and the theoretical density ratio and the weight ratio between A1 and MgF 2 is selected in the following groups: When the density of the retarding material is 60%, the weight ratio of A1 to MgF 2 is 11:9; when the density of the neutron retarding material is 80%, the weight ratio of A1 to MgF 2 is 13:7; When the density of the neutron retarding material is the theoretical density, the weight ratio of A1 to MgF 2 is 4:1.
  • the neutron retarding material is disposed in the beam shaping body in the form of a laminated or mixed powder compact or mixed powder sintering to serve as a slowing speed of the beam shaping body. body.
  • the beam shaping body further includes a reflector surrounding the retarding body, a thermal neutron absorber adjacent to the retarding body, and a radiation shield disposed in the beam shaping body.
  • the beam shaping body is for an accelerator neutron capture therapy device, the accelerator neutron capture therapy device comprising an accelerator, a charged particle beam accelerated by the accelerator, and a charge for passing the charged particle beam a particle beam inlet, a neutron generating unit that generates a neutron beam by nuclear reaction with the charged particle beam, a beam shaping body for adjusting a neutron beam flux and quality generated by the neutron generating unit, and Adjacent to the beam exit of the beam shaping body, wherein the neutron generating portion is housed within the beam shaping body.
  • the accelerator neutron capture therapy device comprising an accelerator, a charged particle beam accelerated by the accelerator, and a charge for passing the charged particle beam a particle beam inlet, a neutron generating unit that generates a neutron beam by nuclear reaction with the charged particle beam, a beam shaping body for adjusting a neutron beam flux and quality generated by the neutron generating unit, and Adjacent to the beam exit of the beam shaping body, wherein the neutron generating portion is housed within the beam shaping
  • the present invention at least includes the following beneficial effects:
  • the neutron retarding material comprising three elements of Al, Mg and F enables the neutron beam to have a better prosthetic beam quality, such as an effective therapeutic depth value and 30RBE-Gy.
  • Effective treatment of depth values enables an effective treatment of BNCT to increase tumor depth; in addition, if the neutron retardation material is added with a certain amount of 6 LiF, the neutron retardation material can effectively reduce the epithermal neutron beam.
  • Medium gamma ray pollution, effective on the basis of not affecting the quality of the prosthetic beam Improve the quality of the air beam.
  • Figure 1 is a schematic plan view of an accelerator based BNCT.
  • the beam quality of the prosthesis 8 directly affects the therapeutic effect, wherein the elemental composition of the prosthesis 8 affects the neutron flow and the therapeutic dose, and the prosthesis used in the present invention is a Modified Snyder head phantom.
  • the following three parameters can be used to evaluate the therapeutic effect of the neutron beam -
  • the tumor dose is equal to the depth of the maximum dose of normal tissue. At this post-depth, the tumor cells receive a dose that is less than the maximum dose of normal tissue, ie, the advantage of boron neutron capture is lost. This parameter represents the penetrating ability of the neutron beam. The greater the effective treatment depth, the deeper the tumor depth that can be treated, in cm.
  • the effective dose rate of tumor treatment is also equal to the maximum dose rate of normal tissues. Because the total dose received by normal tissues is a factor that affects the total dose of tumor, the parameters affect the length of treatment. The greater the effective dose rate, the shorter the irradiation time required to give a tumor dose, the unit is cGy/mA. -min.
  • the effective therapeutic dose ratio received by the tumor and normal tissue is called the effective therapeutic dose ratio; the calculation of the average dose can be obtained by integrating the dose-depth curve.
  • the relative neutron, thermal neutron and photon dose terms should be multiplied by the relative biological effects (RBE) of different tissues to obtain the equivalent dose.
  • the invention selects the treatment depth in the beam quality of the prosthesis 8 as the evaluation standard, and when the dose is 30.0 RBE-Gy, it can ensure the elimination of cancer cells, so we also adopt the parameter of 30.0 RBE-Gy to treat the depth, as More than effective treatment depth Add the direct judgment basis, the parameters used to evaluate the quality of the prosthetic 8 beam are as follows:
  • AD Effective treatment depth
  • centimeters cm
  • the tumor dose in the axial direction of the beam in the prosthesis can reach the maximum depth of 30.0 RBE-Gy, in centimeters (cm), and the dose of 30.0 RBE-Gy can ensure a fatal blow to cancer cells.
  • the neutron retarding material comprises a Mg element, an A1 element, and an F element, wherein the weight percentages of the three elements of Mg, Al, and F respectively account for the weight percentage of the neutron retarding material: 3.5% ⁇ Mg ⁇ 37.1%, 5.0% ⁇ A1 ⁇ 90.4%, 5.8% ⁇ F ⁇ 67.2%, and the sum of the weights of the three elements of Mg, Al, and F accounts for 100% of the total weight of the neutron retarding material.
  • This combination and ratio can increase the effective treatment depth and the 30.0 RBE-Gy treatable depth, so that the beam passing through the neutron retarding material has a better prosthetic 8 beam quality.
  • the neutron retarding material is added with a 6 Li substance to reduce ⁇ ray contamination, wherein the 6 Li substance is added in an amount of 0.1% of the total weight of the neutron retarding material. 10%, the addition of 6 Li-containing material can effectively reduce ⁇ -ray pollution while ensuring that the neutron retarding material has better prosthetic beam quality.
  • the density of the neutron retarding material is 60% to 100% of the theoretical density, and if the theoretical density of the density is less than 60%, the volume of the slowing body composed of the retarding material becomes large. The beam flux through the slowing body is reduced, which in turn leads to an extension of the treatment time.
  • the material composition form of the neutron retarding material may be MgF 2 and Al.
  • the relationship between the density of the neutron retarding material and the theoretical density ratio and the weight of the A1 element in the weight percentage of the neutron retarding material is selected in the following groups: When the density of the neutron retarding material is 60%, the weight of the A1 element accounts for the weight of the neutron retarding material: 35% ⁇ 1 ⁇ 70%; when the density of the neutron retarding material is At 80% of the theoretical density, the weight of the A1 element as a percentage of the weight of the neutron retarding material is: 50% ⁇ ⁇ 1 ⁇ 80% ; when the neutron retarding material density is the theoretical density, the weight of the A1 element The percentage of the weight of the neutron retarding material is: 65% ⁇ ⁇ 1 ⁇ 90 ; under the above conditions, 30.0 RBE-Gy can reach a depth greater than 7 cm.
  • the relationship between the density of the neutron retarding material and the theoretical density ratio and the weight ratio between A1 and MgF 2 is selected among the following groups: when the neutron retarding material When the density is 60% of the theoretical density, the weight ratio of A1 to MgF2 is 11:9; when the density of the neutron retarding material is 80%, the weight ratio of A1 to MgF 2 is 13:7; When the density of the neutron retarding material is the theoretical density, the weight ratio of A1 to MgF 2 is 4: 1, and under the above conditions, the neutron retarding material can reach a maximum at 30.0 RBE-Gy at the corresponding density.
  • the neutron retarding material is disposed in the beam shaping body 3 in the form of a laminated or mixed powder compact or mixed powder sintered.
  • the retarding body 6 is used as the beam shaping body 3.
  • the beam shaping body 3 further includes a reflector 2 surrounding the retarding body 6, a thermal neutron absorber 5 adjacent to the retarding body 6, and a beam absorbing body 3 disposed in the beam shaping body 3. Radiation shield 4.
  • the beam shaping body 3 is used for an accelerator neutron capture treatment device comprising an accelerator 1, a charged particle beam accelerated by the accelerator 1, and charged particles for passing the charged particle beam a beam entrance, a neutron generating portion 7 that generates a neutron beam by nuclear reaction with the charged particle beam, and a beam shaping body for adjusting the neutron beam flux and quality generated by the neutron generating portion 7. 3 and a beam exit adjacent to the beam shaping body 3, wherein the neutron generating portion 7 is housed in the beam shaping body 3.
  • substances containing three elements of Al, Mg and F can effectively improve the quality of the prosthetic beam as the neutron retarding material of the beam shaping body 3 in BNCT.
  • the substance composition types containing these three elements are but not limited to The following: 1, A1 and MgF 2 ; 2, AIF3 and MgF 2 ; 3, Al, AIF3 and MgF 2 ; 4, containing three elements of Al, Mg, F sintered body. These materials containing three elements of Al, Mg and F may be a mixture of uniformly mixed materials or may be formed by stacking different substances.
  • the following examples 1, 2, 3, and 6 are in the thickness of the neutron retarding material.
  • the remaining embodiment was completed on the basis of 72.5 cm, and the thickness of the neutron retarding material was 60 cm.
  • the thickness of the reference neutron retarding material is only for explaining the beneficial effects of the neutron retarding material, and is not intended to limit the thickness of the neutron retarding material.
  • A1F 3 and MgF 2 Different weight parts of A1F 3 and MgF 2 are selected to make A1F 3 and MgF 2 form a neutron retarding material in a laminated form.
  • the density of the neutron retarding material is theoretical density, it is effectively calculated by MC P simulation.
  • the depth of treatment and the depth of tumor 30RBE-Gy the results are shown in Table 5: Table 5: Prosthetic beam quality tumor 30RBE- when A1F 3 and MgF 2 are laminated in a density of theoretical density neutron retardation material Gy depth
  • ⁇ Ray pollution is defined as the dose of gamma radiation associated with a unit of superheated neutron flux, in units of Gy-cm7n.
  • 6 Li-containing substances can effectively reduce the content of gamma rays in the neutron beam without reducing the quality of the prosthetic beam.
  • the substances containing 6 Li include, but are not limited to, 6 Li elemental, LiF, Li 2 C0 3 , L12O and Li 2 C 2 , this experiment uses natural LiF as an example to illustrate the effect of adding 6 Li substance on the beam quality and ⁇ -ray content of the prosthesis.
  • the inventors here only use natural LiF as an example and do not limit the content of 6 Li in LiF.
  • Table 6 is the addition of 0.1%, 5%, and 10% of LiF of the mass of the neutron retarding material to the 80% theoretical density of the A1 and MgF 2 mixed powder compacts in ⁇ Example 2>. Prosthetic beam quality and the effects of gamma ray contamination.
  • E-Gy pollution depth Gy-cm 2 depth (Gy-cm 2 depth (Gy-cm 2 (cm) depth depth
  • Al is not added to the compact having a theoretical density of 60%, that is, when the mass fraction of aluminum is 0%, the effective treatment depth is 12.24 cm, and the depth of the tumor 30RBE-Gy is 5.39. Cm.
  • the addition of aluminum can significantly improve the quality of the prosthetic beam, which is effectively improved by the effective treatment depth and the depth of the tumor 30RBE-Gy, and with the aluminum element.
  • the increase in the content of the effective treatment depth is on the rise, while the depth of the tumor 30RBE-Gy increases first and then decreases.
  • ⁇ Example 6> was completed on the basis of ⁇ Example 2>, and it can be seen from the comparison of the two examples that the prosthetic beam quality of the neutron retarding material is improved after adding different amounts of LiF, and As the amount of LiF added increases, the degree of improvement in the quality of the prosthetic beam also increases.

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Abstract

一种用于BNCT射束整形体的中子缓速材料，该中子缓速材料包括Mg、Al、F三种元素，其中Mg元素的质量分数为3.5％～37.1％、Al元素的质量分数为5％～90.4％，F元素的质量分数为5.8％～67.2％，Mg、Al、F三种元素的重量总和占所述中子缓速材料的总重量的100％。该中子缓速材料可以掺杂少量含 6Li的物质，含 6Li物质的添加有效降低了超热中子射束中的γ射线含量。

Description

中子缓速材料 技术领域
本发明涉及一种放射性射线缓速材料， 尤其是一种中子缓速材料。 背景技术
随着加速器的产生， 硼中子捕获治疗（BNCT)技术的进入飞速发展的阶段， 硼中子捕获 治疗的原理是： 加速器产生的质子与靶材撞击生成或通过核反应产生有不同能量的中子， 这 些不同能量的中子经过射束整形体调整为能量为 kev的超热中子后， 更进一步的入射人体中将 成为热中子后， 与肿瘤细胞内的含硼药物进行反应， 其辐射的能量能够消灭肿瘤细胞， 杀伤 范围仅局限于细胞內， 而对正常组织几乎无伤害。
从靶材产生的中子、 其能量分布范围较大， 同时包含热中子、 超热中子及快中子， 此外 也包含了伽马射线， 这些对于治疗没有帮助的辐射， 将致使正常组织非选择性剂量沉积的比 例变大， 因此对正常组织的伤害也就越大。 射束整形体中的缓速材料作为中子缓速材料的一 种应用是提高射束质量并降低对治疗无益射线含量的关键。 因此射束整形体中子缓速材料成 为 BNCT技术领域研究的热点， 中子缓速材料的优劣主要通过中子射束品质来体现， 中子射 束的品质分为空气射束品质和假体射束品质，其中，空气射束品质可以用超热中子射束通量、 快中子污染、 伽马射线污染、 热中子与超热中子通量比值以及中子前向性来进行综合评价， 而假体射束品质是通过射束在假体内的剂量分布和假体内射束的治疗效果来体现的， 假体射 束品质因素除了有效治疗深度（AD)、有效治疗深度剂量率（ADDR)和有效治疗剂量比（AR) 及治疗时间外， 利用 30.0RBE-Gy可治疗深度更可以体现出可以治疗肿瘤的有效最大深度。
目前尚未发现针对假体射束品质对中子缓速材料的筛选。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有较好的假体射束品质， 尤其是具有较好有效治疗肿瘤 深度的中子缓速材料。
本发明还有一个目的是通过在所述中子缓速材料里添加一定量的含 Li的物质来降低超热 中子射束里的伽马射线污染。
为实现本发明的目的和其他优点， 本发明提供了一种中子缓速材料， 所述中子缓速材料 包含 Mg元素、 A1元素以及 F元素， 其中， Mg、 Al、 F三种元素的重量分别占所述中子缓速材 料的重量百分比为： 3.5%≤Mg≤37.1%、 5.0%≤A1≤ 90.4%、 5.8%≤F≤ 67.2%, Mg、 Al、 F 三种元素的重量总和占所述中子缓速材料的总重量的 100%。
优选的是， 所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料添加含 6Li的物质以降低 γ射线污染， 其中含 6Li的物质的添加量为所述中子缓速材料的总重量的 0.1%〜10%。 优选的是， 所述中子 缓速材料添加天然的 LiF以降低 γ射线污染， 其中 LiF的添加量为所述中子缓速材料的总重量 的 0· 1%〜10%。
优选的是， 所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料的密度为理论密度的 60%〜100%。 优选的是， 所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料的物质组成形式为 MgF2和 Al。 优选的是， 所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料密度与理论密度比以及 A1元素的重 量占所述中子缓速材料的重量百分比之间的关系在如下组别中选择： 当所述中子缓速材料密 度为 60%的理论密度时， A1元素的重量占所述中子缓速材料重量的百分比为： 35%≤A1≤ 70%； 当所述中子缓速材料密度为 80%的理论密度时， A1元素的重量占所述中子缓速材料重量的百 分比为： 50%≤A1≤80%; 当所述中子缓速材料密度为理论密度时， A1元素的重量占所述中 子缓速材料重量的百分比为： 65%≤A1≤90。
优选的是， 所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料密度与理论密度比以及 A1和 MgF2之 间的重量比之间的关系在如下组别中选择： 当所述中子缓速材料密度为 60%的理论密度时， A1和 MgF2的重量比为 11 :9; 当所述中子缓速材料密度为 80%的理论密度时， A1和 MgF2的重量 比为 13:7; 当所述中子缓速材料密度为理论密度时， A1和 MgF2的重量比为 4: 1。
优选的是， 所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料以层叠或混合粉末压坯或混合粉末 烧结的形式设置在射束整形体内以作为所述射束整形体的缓速体。
其中， 所述射束整形体还包括包围所述缓速体的反射体、 与所述缓速体邻接的热中子吸 收体和设置在所述射束整形体内的辐射屏蔽。
优选的是， 所述射束整形体用于加速器中子捕获治疗装置， 所述加速器中子捕获治疗装 置包括加速器、 被所述加速器加速的带电粒子束、 用于通过所述带电粒子束的带电粒子束入 口、 经与所述带电粒子束发生核反应从而产生中子束的中子产生部、 用于调整经所述中子产 生部产生的中子射束通量与品质的射束整形体和邻接于所述射束整形体的射束出口， 其中， 所述中子产生部容纳在所述射束整形体内。
本发明至少包括以下有益效果： 这种包含 Al、 Mg和 F三种元素的中子缓速材料能使中子 射束具有较好的假体射束品质， 如有效治疗深度值和 30RBE-Gy有效治疗深度值， 使 BNCT的 有效治疗肿瘤深度获得提升； 此外， 若所述中子缓速材料添加了一定量的 6LiF， 则所述中子 缓速材料能有效降低超热中子射束中伽马射线污染， 在不影响假体射束品质的基础上， 有效 提高空气射束品质。
本发明的其他优点、 目标和特征部分通过下面的说明体现， 部分还将通过对本发明的研 究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图 1是基于加速器的 BNCT的平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明， 以令本领域技术人员参照说明书文字能够 据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如"具有"、 "包含 "以及 "包括 "术语并不排除一个或多个其它成 分或其组合的存在或添加。
假体 8的射束品质直接影响治疗效果，其中假体 8的元素组成会影响中子飘逸及治疗剂量， 本发明采用的假体为 Modified Snyder head phantom。 以下三个参数可用来评价中子射束的治 疗效果-
1、 有效治疗深度：
肿瘤剂量等于正常组织最大剂量的深度， 在此深度之后的位置， 肿瘤细胞得到的剂量小 于正常组织最大剂量， 即失去了硼中子捕获的优势。 此参数代表中子射束的穿透能力， 有效 治疗深度越大表示可治疗的肿瘤深度越深， 单位为 cm。
2、 有效治疗深度剂量率：
即有效治疗深度的肿瘤剂量率， 亦等于正常组织的最大剂量率。 因正常组织接收总剂量 为影响可给予肿瘤总剂量大小的因素， 因此参数影响治疗时间的长短， 有效治疗深度剂量率 越大表示给予肿瘤一定剂量所需的照射时间越短， 单位为 cGy/mA-min。
3、 有效治疗剂量比：
从大脑表面到有效治疗深度， 肿瘤和正常组织接收的平均剂量比值， 称之为有效治疗剂 量比； 平均剂量的计算， 可由剂量-深度曲线积分得到。 有效治疗剂量比值越大， 代表该中子 射束的治疗效果越好。
由于光子、 中子造成的生物剂量不同， 所以针对快中子、 热中子和光子剂量项应分别乘 以不同组织的相对生物效应 （RBE) 以求得等效剂量。
本发明选择假体 8射束品质中的治疗深度作为评价基准， 当剂量为 30.0 RBE-Gy时， 更能 确保消灭癌细胞， 所以我们亦采以 30.0 RBE-Gy可治疗深度这项参数， 作为比有效治疗深度更 加直接的判断依据， 用于评价假体 8射束品质优劣的参数如下：
1、 有效治疗深度 （AD):
如前所述， 此参数越大代表可治疗的肿瘤深度越深， 单位为公分 （cm);
2、 30.0 RBE-Gy可治疗深度 （TD):
代表假体中沿射束中心轴向的肿瘤剂量能够达到 30.0 RBE-Gy的可能达到的最大深度，单 位为公分 （cm)， 30.0 RBE-Gy的剂量给予， 能确保给予癌细胞致命的打击， 此项参数越大， 即代表可有效杀伤更深位置的肿瘤。
为实现本发明的目的， 中子缓速材料包含 Mg元素、 A1元素以及 F元素， 其中， Mg、 Al、 F三种元素的重量分别占所述中子缓速材料的重量百分比为： 3.5%≤Mg≤37.1%、 5.0% ≤A1≤90.4%、 5.8%≤F≤ 67.2%, Mg、 Al、 F三种元素的重量总和占所述中子缓速材料的总 重量的 100%。 此种组合及配比可以提高有效治疗深度和 30.0RBE-Gy可治疗深度， 使通过所 述中子缓速材料的射束具有较好的假体 8射束品质。
所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料添加含 6Li物质以降低 γ射线污染， 其中含 6Li物 质的添加量为所述中子缓速材料的总重量的 0.1%〜10%， 含 6Li物质的添加可以在保证所述中 子缓速材料有较好的假体射束品质的同时能有效的降低 γ射线污染。
所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料的密度为理论密度的 60%〜100%， 若密度小于 60%的理论密度会使由缓速材料组成的缓速体体积变大， 穿过所述缓速体的射束通量减少， 进而导致治疗时间延长。
其中， 所述中子缓速材料的物质组成形式可以为 MgF2和 Al。
所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料密度与理论密度比以及 A1元素的重量占所述中 子缓速材料的重量百分比之间的关系在如下组别中选择： 当所述中子缓速材料密度为 60%的 理论密度时， A1元素的重量占所述中子缓速材料重量的百分比为： 35%≤Α1≤70%; 当所述 中子缓速材料密度为 80%的理论密度时， A1元素的重量占所述中子缓速材料重量的百分比为： 50%≤Α1≤80%; 当所述中子缓速材料密度为理论密度时， A1元素的重量占所述中子缓速材 料重量的百分比为： 65%≤Α1≤90; 在上述条件下， 30.0RBE-Gy可达到的深度大于 7cm。
所述中子缓速材料中， 所述中子缓速材料密度与理论密度比以及 A1和 MgF2之间的重量比 之间的关系在如下组别中选择： 当所述中子缓速材料密度为 60%的理论密度时， A1和 MgF2的 重量比为 11 :9; 当所述中子缓速材料密度为 80%的理论密度时， A1和 MgF2的重量比为 13:7; 当 所述中子缓速材料密度为理论密度时， A1和 MgF2的重量比为 4: 1， 在上述条件下， 中子缓速材 料在相应密度下的 30.0RBE-Gy可达到最大值。
所述中子缓速材料以层叠或混合粉末压坯或混合粉末烧结的形式设置在射束整形体 3内 以作为所述射束整形体 3的缓速体 6。
其中， 所述射束整形体 3还包括包围所述缓速体 6的反射体 2、 与所述缓速体 6邻接的热中 子吸收体 5和设置在所述射束整形体 3内的辐射屏蔽 4。
所述射束整形体 3用于加速器中子捕获治疗装置，所述加速器中子捕获治疗装置包括加速 器 1、 被所述加速器 1加速的带电粒子束、 用于通过所述带电粒子束的带电粒子束入口、 经与 所述带电粒子束发生核反应从而产生中子束的中子产生部 7、 用于调整经所述中子产生部 7产 生的中子射束通量与品质的射束整形体 3和邻接于所述射束整形体 3的射束出口， 其中， 所述 中子产生部 7容纳在所述射束整形体 3内。 实验证明， 含有 Al、 Mg和 F三种元素的物质作为 BNCT中射束整形体 3的中子缓速材 料可以有效提高假体射束品质， 含有这三种元素的物质组成类型有但不限于以下几种： 1、 A1禾卩 MgF2; 2、 AIF3和 MgF2; 3、 Al、 AIF3和 MgF2; 4、 含有 Al、 Mg、 F三种元素的烧结 体。 这些含有 Al、 Mg和 F三种元素的物质可以是混合均匀的混合物， 也可以是由不同物质 堆叠而成的， 以下实施例 1、 2、 3、 6是在中子缓速材料的厚度为 72.5cm的基础上完成的， 其余实施例是在中子缓速材料的厚度为 60cm 的基础上完成的。 在此， 引用的中子缓速材料 的厚度只是为了说明该中子缓速材料的有益效果， 并非用来限定中子缓速材料的厚度。
<实施例 1>
选取不同重量份的 A1和 MgF2， 当其混合粉末压坯物的密度为理论密度的 60%时， 通过 MC P模拟计算得出有效治疗深度和肿瘤 30RBE-Gy所在深度， 结果如表 1所示：
表 1： A1和 MgF2混合粉末压坯物的密度为理论密度的 60%时的假体射束品质
Al、 Mg、 F三种元素 肿瘤 30RBE-Gy所在深
A1和 MgF2的重量比 有效治疗深度 （cm)
的含量 度 (cm)
5:95 5.0% 37.1% 57.9% 12.13 5.61
10:90 10.0% 35.1% 54.9% 12.35 6.17
15:85 15.0% 33.2% 51.8% 12.50 6.30
20:80 20.0% 31.2% 48.8% 12.57 6.60
25:75 25.0% 29.3% 45.7% 12.66 6.79
30:70 30.0% 27.3% 42.7% 12.72 6.94
35:65 35.0% 25.4% 39.6% 12.61 7.17
40:60 40.0% 23.4% 36.6% 12.85 7.16
45:55 45.0% 21.5% 33.5% 12.98 7.20
50:50 50.0% 19.5% 30.5% 12.82 7.15
55:45 55.0% 17.6% 27.4% 12.96 7.34 60.0% 15.6% 24.4% 13.05 7.23
65:35 65.0% 13.7% 21.3% 12.86 7.24
70:30 70.0% 11.7% 18.3% 13.05 7.05
75:25 75.0% 9.8% 15.2% 13.09 6.88
80:20 80.0% 7.8% 12.2% 13.11 6.31
85: 15 85.0% 5.9% 9.1% 12.83 5.73
90: 10 90.0% 3.9% 6.1% 12.78 4.95
<实施例 2>
选取不同重量份的 Al和 MgF2， 通过 MC P分别模拟计算出密度为 80%理论密度的 A1和 MgF2混合物压坯的中子缓速材料和密度为 80%理论密度的 A1和 MgF2烧结形式的中子缓速材 料的有效治疗深度和肿瘤 30RBE-Gy所在深度， 结果证明在混合物组成及配比相同的情况下， 混合均匀的烧结物和混合均匀的压坯物的假体射束品质没有差异， 其有效治疗深度和 30.0 RBE-Gy所在深度的结果如表 2所示：
表 2: A1和 MgF2混合物密度为理论密度的 80%时的假体射束品质
Al、 Mg、 F三种元素 肿瘤 30RBE-Gy所在深
A1和 MgF2的重量比 有效治疗深度 (cm)
的含量 度 (cm)
5:95 5.0% 37.1% 57.9% 11.90 4.00
10:90 10.0% 35.1% 54.9% 11.72 4.28
15:85 15.0% 33.2% 51.8% 11.72 4.95
20:80 20.0% 31.2% 48.8% 12.05 5.23
25:75 25.0% 29.3% 45.7% 12.17 5.54
30:70 30.0% 27.3% 42.7% 12.23 5.75
35:65 35.0% 25.4% 39.6% 12.42 6.17
40:60 40.0% 23.4% 36.6% 12.34 6.55
45:55 45.0% 21.5% 33.5% 12.50 6.85
50:50 50.0% 19.5% 30.5% 12.78 7.24
55:45 55.0% 17.6% 27.4% 12.78 7.20
60:40 60.0% 15.6% 24.4% 12.76 7.33
65:35 65.0% 13.7% 21.3% 12.94 7.53
70:30 70.0% 11.7% 18.3% 12.96 7.44
75:25 75.0% 9.8% 15.2% 12.97 7.34
80:20 80.0% 7.8% 12.2% 13.25 7.34 85.0% 5.9% 9.1% 13.17 6.92
90: 10 90.0% 3.9% 6.1% 13.26 6.67
<实施例 3>
选取不同重量份的 Al和 MgF2， 当其混合粉末烧结物的密度为理论密度时， 通过 MC P模 拟计算得出有效治疗深度和肿瘤 30RBE-Gy所在深度， 结果如表 3所示：
表 3 : A1和 MgF2烧结混合物密度为理论密度时的假体射束品质
Figure imgf000008_0001
<实施例 4>
选取不同重量份的 A1和 MgF2， 使 Al和 MgF2以层叠的形式组成中子缓速材料， 当所述 中子缓速材料密度为理论密度时， 通过 MCNP模拟计算得出有效治疗深度和肿瘤 30RBE-Gy 所在深度， 结果如表 4所示： 表 4: Al和 MgF2以层叠形式组成的密度为理论密度的中子缓速材料时的假体射束品质
Figure imgf000009_0001
<实施例 5>
选取不同重量份的 A1F3和 MgF2， 使 A1F3和 MgF2以层叠的形式组成中子缓速材料， 当 所述中子缓速材料密度为理论密度时， 通过 MC P 模拟计算得出有效治疗深度和肿瘤 30RBE-Gy所在深度， 结果如表 5所示： 表 5 : A1F3和 MgF2以层叠形式组成的密度为理论密度的中子缓速材料时的假体射束品质 肿瘤 30RBE-Gy所在深度
Al、 Mg、 F三种元素的含量 有效治疗深度 （cm)
(cm)
2.5% 36.0% 61.5% 10.84 2.58
5.0% 33.0% 62.0% 10.86 2.31
7.5% 29.9% 62.6% 11.06 2.56
10.1% 26.8% 63.1% 10.99 2.77
12.7% 23.6% 63.7% 11.07 2.88
15.4% 20.4% 64.3% 11.05 2.97
18.0% 17.1% 64.9% 11.22 3.11
20.8% 13.8% 65.4% 11.49 3.16
23.5% 10.4% 66.0% 11.42 3.61
26.4% 7.0% 66.6% 11.73 3.72
29.2% 3.5% 67.2% 11.61 3.84 <实施例 6>
Ύ 射线污染定义为单位超热中子通量伴随的 γ 射线剂量， 单位为 Gy-cm7n。 通过研究 表明， 含 6Li 的物质在不降低假体射束品质的前提下能够有效的降低中子射束中伽马射线的 含量， 含 6Li的物质包含但不限于 6Li单质、 LiF、 Li2C03、 L12O和 Li2C2， 本实验以天然的 LiF为例说明添加含 6Li物质对假体射束品质及 γ射线含量的影响。 本领域技术人员熟知地， 发明人在此只是以天然的 LiF为例并非限定 LiF中 6Li的含量， 除了天然的 LiF之外， 6Li含 量为其它的也可行。 表 6为在 <实施例 2>中 80%理论密度的 A1和 MgF2混合粉末压坯物的基 础上分别添加质量为中子缓速材料质量的 0.1%、 5%和 10%的 LiF后对假体射束品质以及伽 马射线污染情况的影响。
表 6: 添加不同量 LiF对假体射束品质及 γ射线含量的影响
添加质量为中子缓速 添加质量为中子缓速 添加质量为中子缓速 材料质量 0.1%的 LiF 材料质量 5%的 LiF 材料质量 10%的 LiF 肿瘤 肿瘤 肿瘤
Al、 Mg、 F三种元素的 有效 γ射线 有效 γ射线
3 ORB 3 ORB 有效 γ射线
3 ORB
A
a里 治疗 E-Gy 污染 治疗 E-Gy 污染 治疗 E-Gy 污染 深度 所在 (Gy-cm2 深度 所在 (Gy-cm2 深度 所在 (Gy-cm2 (cm) 深度 深度
/n) (cm) 深度
/n) (cm) /n) (cm) (cm) (cm)
5% 36.77% 58.23% 11.85 4.98 7.47E-13 13.16 8.66 7.85E-14 13.39 9.24 5.69E-14
10% 34.84% 55.16% 12.14 5.23 8.03E-13 12.85 8.58 1.45E-13 13.43 9.23 9.71E-14
15% 32.90% 52.01% 12.11 5.71 7.85E-13 13.05 9.30 9.73E-14 13.60 9.67 1.67E-13
20% 30.97% 49.03% 12.08 5.91 7.08E-13 13.29 8.75 1.17E-13 13.41 9.63 9.83E-14
25% 29.03% 45.97% 12.30 6.05 5.76E-13 13.03 8.98 1.51E-13 13.23 9.29 1.32E-13
30% 27.10% 42.90% 12.77 6.35 6.07E-13 13.13 8.97 9.98E-14 13.45 9.40 1.05E-13
35% 25.16% 39.84% 12.60 6.63 5.76E-13 13.24 9.27 8.44E-14 13.48 9.29 8.91E-14
40% 23.23% 36.77% 12.55 7.17 5.34E-13 13.33 9.25 1.07E-13 13.31 9.22 1.1E-13
45% 21.29% 33.71% 12.57 7.10 4.30E-13 13.07 9.24 1.06E-13 13.56 9.37 1.15E-13
50% 19.35% 30.65% 12.84 7.37 3.54E-13 13.32 9.14 9.99E-14 13.40 9.50 7.37E-14
55% 17.42% 27.58% 12.83 7.42 3.57E-13 13.10 9.05 1.67E-13 13.43 9.38 6.03E-14
60% 15.48% 24.52% 12.95 7.68 3.62E-13 13.46 8.76 7.89E-14 13.44 9.34 6.04E-14 65% 13.55% 21.45% 12.99 7.72 2.98E-13 13.33 8.88 1.09E-13 13.44 8.87 8.48E-14
70% 11.61% 18.39% 13.08 7.58 3.23E-13 13.38 8.89 9.39E-14 13.30 8.91 7.33E-14
75% 9.68% 15.32% 13.00 7.68 3.53E-13 13.22 8.54 7.72E-14 13.55 8.56 8.29E-14
80% 7.74% 12.26% 13.19 7.48 2.69E-13 13.40 8.25 7.9E-14 13.46 8.47 9.04E-14
85% 5.81% 9.19% 13.21 7.15 2.60E-13 13.38 7.93 9.12E-14 13.49 8.38 8.26E-14
90% 3.87% 6.13% 13.18 6.77 2.95E-13 13.38 7.56 8.55E-14 13.50 7.91 8.82E-14 为了说明本发明的效果， 发明人提供比较实验如下：
<对比例 1>
在<实施例 1>中， 密度为 60%理论密度的压坯物中不添加 Al， 也就是铝元素的质量分数 为 0%时， 有效治疗深度为 12.24cm， 肿瘤 30RBE-Gy所在深度为 5.39cm。
<对比例 2>
在<实施例 2>中， 密度为 80%理论密度的压坯物中不添加 Al， 也就是铝元素的质量分数 为 0%时， 有效治疗深度为 11.39cm， 肿瘤 30RBE-Gy所在深度为 3.73cm。
<对比例 3>
在<实施例 3>中，密度为理论密度的烧结物中不添加 Al，也就是铝元素的质量分数为 0% 时， 有效治疗深度为 10.62cm， 肿瘤 30RBE-Gy所在深度为 1.96cm。
<对比例 4>
在<实施例 5>中，密度为理论密度的层叠物中不添加 A1F3，此时 Mg元素的重量比为 39%， 其有效治疗深度为 l l . lcm, 肿瘤 30RBE-Gy所在深度为 2.59cm。
<对比例 5>
在<实施例 2>的实验条件下没有添加 LiF时， 透过中子缓速材料的超热中子射线中的 γ 射线污染情况见表 7。
表 7: 80%理论密度的 A1和 MgF2混合物不添加 LiF时超热中子射线中 γ射线污染情况
Al、 Mg、 F三种元素的含量 γ射线污染 (Gy-cm2/n)
5% 36.77% 58.23% 1.17E-12
10% 34.84% 55.16% 1.13E-12
15% 32.90% 52.01% 1.08E-12
20% 30.97% 49.03% 1.01E-12
25% 29.03% 45.97% 8.71E-13 30% 27.10% 42.90% 8E-13
35% 25.16% 39.84% 7.56E-13
40% 23.23% 36.77% 6.15E-13
45% 21.29% 33.71% 6.38E-13
50% 19.35% 30.65% 5.3E-13
55% 17.42% 27.58% 4.55E-13
60% 15.48% 24.52% 4.26E-13
65% 13.55% 21.45% 4.09E-13
70% 11.61% 18.39% 4.05E-13
75% 9.68% 15.32% 3.48E-13
80% 7.74% 12.26% 3.24E-13
85% 5.81% 9.19% 3.12E-13
90% 3.87% 6.13% 2.93E-13
从上述各实施例和对比例 1~4能够看出， 铝元素的添加可以明显改善假体射束品质， 具 体表现为有效提高了有效治疗深度和肿瘤 30RBE-Gy所在深度，并且随着铝元素含量的增加， 有效治疗深度呈上升趋势， 而肿瘤 30RBE-Gy所在深度呈先上升后下降的趋势。
从<实施例 1>、 <实施例 2>和<实施例 3>中可以看出在组分及含量相同的情况下，不同密 度下的假体射束品质不一样， 并且不同密度下的肿瘤 30RBE-Gy所在深度的最大值所对应的 铝元素含量不同， 因此中子缓速材料的密度也会影响假体射束品质。
从<实施例 2>和<实施例 3>中可以看出在组分相同而中子缓速材料的组成结构不同的情 况下， 随着铝元素含量的增加， 假体射束品质改善情况一致， 因此不同的组成形式 （如混合 均匀压坯、 层叠和烧结） 对本实验的有益效果没有影响。
对比 <实施例 4>和<实施例 5>可以看出， 中子缓速材料中随着铝元素的增加， 假体射束 品质均得到明显改善， 由此说明无论什么样的物质组成， 只要含有 Mg、 Al、 F三种元素的物 质组成的中子缓速材料就能有效改善假体射束品质。
<实施例 6>是在 <实施例 2>的基础上完成的， 对比两个实施例可以看出， 添加不同量的 LiF后， 中子缓速材料的假体射束品质均有提高， 并且随着 LiF加入量的增加， 假体射束品质 提高的程度也增加。
通过对比<实施例 6>和<对比例 5>可以明显看出， LiF的添加能够有效的降低了超热中子 射线中 γ射线的含量。 实验证明 LiF能够在提高假体射束品质的前提下有效降低 γ射线含量 是因为 6Li元素的存在，因此含 6Li的物质的添加能够改善假体射束品质并降低超热中子射线 中的 γ射线污染。
尽管本发明的实施方案已公开如上， 但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。 它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。 对于熟悉本领域的人员而言， 可容易地实现另 外的修改。 因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下， 本发明并不限于特定的 细节和这里示出与描述的图例。

Claims

权 利 要 求 书
1、一种中子缓速材料， 其特征在于： 所述中子缓速材料包含 Mg元素、 A1元素以及 F元素， 其中， Mg、 Al、 F三种元素的重量分别占所述中子缓速材料的重量百分比为： 3.5%≤Mg≤ 37.1%、 5.0%≤A1≤ 90.4%、 5.8%≤F≤67.2%, Mg、 Al、 F三种元素的重量总和占所述中子 缓速材料的总重量的 100%。
2、 如权利要求 1所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述中子缓速材料添加含 6Li的物质以 降低 γ射线污染， 其中含 6Li的物质的添加量为所述中子缓速材料的总重量的 0.1%〜10%。
3、 如权利要求 1所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述中子缓速材料的密度为理论密度的 60%〜 100%。
4、 如权利要求 1 所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述中子缓速材料的物质组成形式为 MgF2和 Al。
5、 如权利要求 1所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述中子缓速材料密度与理论密度比以 及 A1元素的重量占所述中子缓速材料的重量百分比之间的关系在如下组别中选择：当所述中 子缓速材料密度为 60%的理论密度时， A1元素的重量占所述中子缓速材料重量的百分比为： 35%≤A1≤70%; 当所述中子缓速材料密度为 80%的理论密度时， A1元素的重量占所述中子 缓速材料重量的百分比为： 50%≤A1≤80%; 当所述中子缓速材料密度为理论密度时， A1 元 素的重量占所述中子缓速材料重量的百分比为： 65%≤A1≤90。
6、 如权利要求 4所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述中子缓速材料密度与理论密度比以 及 A1和 MgF2之间的重量比之间的关系在如下组别中选择： 当所述中子缓速材料密度为 60% 的理论密度时， A1和 MgF2的重量比为 11 :9;当所述中子缓速材料密度为 80%的理论密度时， A1和 MgF2的重量比为 13:7; 当所述中子缓速材料密度为理论密度时， A1和 MgF2的重量比 为 4: 1。
7、 如权利要求 1-6中任一项所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述中子缓速材料以层叠或 混合粉末压坯或混合粉末烧结的形式设置在射束整形体内以作为所述射束整形体的缓速体。
8、 如权利要求 7所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述射束整形体还包括包围所述缓速体 的反射体、 与所述缓速体邻接的热中子吸收体和设置在所述射束整形体内的辐射屏蔽。
9、 如权利要求 8所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述射束整形体用于加速器中子捕获治 疗装置， 所述加速器中子捕获治疗装置包括加速器、 被所述加速器加速的带电粒子束、 用于 通过所述带电粒子束的带电粒子束入口、 经与所述带电粒子束发生核反应从而产生中子束的 中子产生部、 用于调整经所述中子产生部产生的中子射束通量与品质的射束整形体和邻接于 所述射束整形体的射束出口， 其中， 所述中子产生部容纳在所述射束整形体内。
10、 如权利要求 2所述的中子缓速材料， 其特征在于， 所述中子缓速材料添加 LiF以降低 γ 射线污染， 其中 LiF的添加量为所述中子缓速材料的总重量的 0.1%〜10%。
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