本發(fā)明涉及一種放射性射線緩速材料，尤其是一種中子緩速材料。

背景技術(shù)：

中子緩速材料常見(jiàn)于中子捕獲治療裝置的射束整形體中，用以將從中子源發(fā)射的能譜較寬的中子射束調(diào)整為具有一定能量范圍的中子射束，在利用中子捕獲治療裝置進(jìn)行治療的過(guò)程中，影響治療效果的不僅有空氣射束品質(zhì)，還需要考慮假體射束品質(zhì)。目前尚未發(fā)現(xiàn)針對(duì)中子射束的假體射束品質(zhì)對(duì)中子緩速材料的篩選。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在利用中子捕獲治療裝置進(jìn)行治療的過(guò)程中，所述中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)決定了治療效果，其中，構(gòu)成所述中子捕獲治療裝置中緩速體的中子緩速材料是影響假體射束品質(zhì)的主要因素。所述假體射束品質(zhì)包括：有效治療深度、有效治療深度劑量率和有效治療劑量比，其中：

有效治療深度(ad)是指腫瘤劑量等于正常組織最大劑量的深度，在此深度之后的位置，腫瘤細(xì)胞得到的劑量小于正常組織最大劑量，即失去了硼中子捕獲的優(yōu)勢(shì)。此參數(shù)代表中子射束的穿透能力，有效治療深度越大表示可治療的腫瘤深度越深，單位為cm。

有效治療深度劑量率即有效治療深度的腫瘤劑量率，亦等于正常組織的最大劑量率。因正常組織接收總劑量為影響可給予腫瘤總劑量大小的因素，因此參數(shù)影響治療時(shí)間的長(zhǎng)短，有效治療深度劑量率越大表示給予腫瘤一定劑量所需的照射時(shí)間越短，單位為cgy/ma-min。

有效治療劑量比是指從大腦表面到有效治療深度，腫瘤和正常組織接收的平均劑量比值，稱之為有效治療劑量比；平均劑量的計(jì)算。有效治療劑量比值越大，代表該中子射束的治療效益越好。

中子捕獲治療裝置的輻射場(chǎng)為混合場(chǎng)，由于光子、中子會(huì)造成生物效應(yīng)不同，所以針對(duì)快中子、熱中子、和光子劑量項(xiàng)，分別乘以不同組織的相對(duì)生物效應(yīng)(rbe)以求得等效劑量。在利用中子捕獲治療裝置進(jìn)行治療的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)30rbe-gy可以有效的消滅腫瘤細(xì)胞。本發(fā)明優(yōu)選有效治療深度(ad)和腫瘤30rbe-gy所在深度用以評(píng)價(jià)經(jīng)過(guò)中子緩速材料的射束的假體射束品質(zhì)。

為了使被中子緩速材料緩速的中子射束具有較好的假體射束品質(zhì)，本發(fā)明提供了一種中子緩速材料，所述中子緩速材料由含鋰的物質(zhì)和一種具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的材料組成，其中所述含鋰的物質(zhì)的重量占中子緩速材料重量的5％～40％。

其中，本發(fā)明所述的快中子為能區(qū)大于40kev的中子，超熱中子能區(qū)在0.5ev到40kev 之間，熱中子能區(qū)小于0.5ev。

所述材料具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)是由組成所述材料的元素所決定的，當(dāng)組成所述材料的一種或幾種元素具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)時(shí)，所述材料具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)，常見(jiàn)的具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的元素包括但不限于：f、al、mg、o、pb、ba和ca，這些元素在快中子能量區(qū)的作用截面均為共振區(qū)域，這些元素與組成所述材料的其他元素相互作用以達(dá)到在快中子能量區(qū)有較高的中子作用截面。

優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，所述具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的材料包括：al2o3、baf2、caf2、(c2f4)n、pbf2、pbf4。

優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，所述含鋰物質(zhì)包括但不限于lif、li2co3，其中l(wèi)i元素具有和其他所述材料競(jìng)爭(zhēng)吸收熱中子的作用，能夠降低中子射束中γ射線的含量，在本發(fā)明中，所述材料和含鋰物質(zhì)中各種元素的含量及元素之間的相互配合作用使被所述中子緩速材料緩速的中子射束具有較好的假體射束品質(zhì)。這里提及的li元素優(yōu)選為天然含量的li(⁶li和⁷li)，當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以使用含有不同含量的⁶li。

優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，當(dāng)所述具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的材料為baf2時(shí)，含鋰物質(zhì)的重量占中子緩速材料重量的25％～40％，在這樣的中子緩速材料的組成條件下，經(jīng)過(guò)所述中子緩速材料的中子射束的腫瘤30rbe-gy所在深度大于或等于經(jīng)過(guò)不添加含鋰物質(zhì)的中子緩速材料的1.92倍；當(dāng)所述具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的材料為caf2時(shí)，含鋰物質(zhì)的重量占中子緩速材料重量的35％～40％，在這樣的中子緩速材料的組成條件下，經(jīng)過(guò)所述中子緩速材料的中子射束的腫瘤30rbe-gy所在深度大于或等于經(jīng)過(guò)不添加含鋰物質(zhì)的中子緩速材料的1.01倍；當(dāng)所述具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的材料為(c2f4)n時(shí)，含鋰物質(zhì)的重量占中子緩速材料重量的15％～20％，在這樣的中子緩速材料的組成條件下，經(jīng)過(guò)所述中子緩速材料的中子射束的腫瘤30rbe-gy所在深度大于或等于經(jīng)過(guò)不添加含鋰物質(zhì)的中子緩速材料的1.01倍；當(dāng)所述具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的材料為pbf2時(shí)，含鋰物質(zhì)的重量占中子緩速材料重量的25％～40％，在這樣的中子緩速材料的組成條件下，經(jīng)過(guò)所述中子緩速材料的中子射束的腫瘤30rbe-gy所在深度大于或等于經(jīng)過(guò)不添加含鋰物質(zhì)的中子緩速材料的1.11倍；當(dāng)所述具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的材料為pbf4時(shí)，含鋰物質(zhì)的重量占中子緩速材料重量的15％～40％，在這樣的中子緩速材料的組成條件下，經(jīng)過(guò)所述中子緩速材料的中子射束的腫瘤30rbe-gy所在深度大于或等于經(jīng)過(guò)不添加含鋰物質(zhì)的中子緩速材料的1.04倍；當(dāng)所述具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的材料為al2o3時(shí)，含鋰物質(zhì)的重量占中子緩速材料重量的25％，在這樣的中子緩速材料的組成條件下，經(jīng)過(guò)所述中子緩速材料的中子射束的腫瘤30rbe-gy所在深度大于或等于經(jīng)過(guò)不添加含鋰物質(zhì)的中子緩速材料的1.03倍。

優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，所述中子緩速材料以層疊或混合粉末壓坯或混合粉末 燒結(jié)的形式設(shè)置在射束整形體內(nèi)以作為所述射束整形體的緩速體。

其中構(gòu)成所述緩速體的中子緩速材料密度越小，所述緩速體和射束整形體的體積越大，優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，所述中子緩速材料的密度為60％～100％的理論密度。

優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，所述射束整形體還包括包圍所述緩速體的反射體、與所述緩速體鄰接的熱中子吸收體和設(shè)置在所述射束整形體內(nèi)的輻射屏蔽。

優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，所述射束整形體用于加速器中子捕獲治療裝置，所述加速器中子捕獲治療裝置包括加速器、被所述加速器加速的帶電粒子束、用于通過(guò)所述帶電粒子束的帶電粒子束入口、經(jīng)與所述帶電粒子束發(fā)生核反應(yīng)從而產(chǎn)生中子束的中子產(chǎn)生部、用于調(diào)整經(jīng)所述中子產(chǎn)生部產(chǎn)生的中子射束通量與品質(zhì)的射束整形體和鄰接于所述射束整形體的射束出口，其中，所述中子產(chǎn)生部容納在所述射束整形體內(nèi)。

優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，所述緩速體設(shè)置成包含至少一個(gè)錐體狀的形狀。

優(yōu)選的是，所述中子緩速材料中，所述緩速體設(shè)置成兩個(gè)相反方向相互鄰接的錐體狀。

附圖說(shuō)明

圖1是¹⁹f元素的中子作用截面圖。

圖2是²⁷al元素的中子作用截面圖。

圖3是²⁴mg元素的中子作用截面圖。

圖4是¹⁶o元素的中子作用截面圖。

圖5是²⁰⁸pb元素的中子作用截面圖。

圖6是¹³⁸ba元素的中子作用截面圖。

圖7是⁴⁰ca元素的中子作用截面圖。

圖8是加速器式中子捕獲治療裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不排除一個(gè)或多個(gè)其它成分或其組合的存在或添加。

圖1～圖7分別列出7種元素的中子作用截面，其中某些元素包含不止一種同位素，這些元素及其同位素的中子作用截面雖然略有差異，但是它們的中子作用截面圖譜的形狀基本上是一致的(在超熱中子區(qū)域的作用截面較小，而在快中子區(qū)域呈現(xiàn)為共振區(qū)域)。

以下通過(guò)實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的有益效果，其中，實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)是基于以下試驗(yàn)條件完成的：假體采用modifiedsnyderheadphantom，假體射束品質(zhì)采用mcnp軟件(由美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室基于蒙特卡羅方法開(kāi)發(fā)的)進(jìn)行計(jì)算，中子緩速材料的制 備方法為混合均勻后燒結(jié)，所述中子緩速材料的密度為理論密度，本發(fā)明實(shí)施例中由所述中子緩速材料構(gòu)成的緩速體的幾何結(jié)構(gòu)為兩個(gè)相反方向相互鄰接的錐體狀(如圖8所示)，其中中子產(chǎn)生部伸入左邊錐體的深度為10cm，中子產(chǎn)生部到射束出口的距離為24cm，兩個(gè)錐體重疊的面的半徑為40cm。

以上采用的試驗(yàn)條件只是為了說(shuō)明本發(fā)明的有益效果，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知地，本發(fā)明的實(shí)施條件并不限于本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件。

<實(shí)施例1>

al2o3具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)，以不添加任何含li物質(zhì)的al2o3為該實(shí)施例的對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表1所示。

表1：以含有al2o3的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例2>

baf2具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)，以不添加任何含li物質(zhì)的baf2為該實(shí)施例的對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表2所示。

表2：以含有baf2的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例3>

caf2具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)，以不添加任何含li物質(zhì)的caf2為該實(shí)施例的對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表3所示。

表3：以含有caf2的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例4>

(c2f4)n具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)，以不添加任何含li物質(zhì)的(c2f4)n為該實(shí)施例的對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表4所示。

表4：以含有(c2f4)n的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例5>

pbf2具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)，以不添加任何含li物質(zhì)的pbf2為該實(shí)施例的對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表5所示。

表5：以含有pbf2的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例6>

pbf4具有快中子作用截面大而超熱中子作用截面小的性質(zhì)，以不添加任何含li物質(zhì)的pbf4為該實(shí)施例的對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表6所示。

表6：以含有pbf4的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例7>

本實(shí)施例以li2co3替代<實(shí)施例1>中的lif，其余實(shí)驗(yàn)條件均和<實(shí)施例1>中的實(shí)驗(yàn)條件相同，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表7所示。

表7：以含有al2o3的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例8>

本實(shí)施例以li2co3替代<實(shí)施例2>中的lif，其余實(shí)驗(yàn)條件均和<實(shí)施例2>中的實(shí)驗(yàn)條件相同，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表8所示。

表8：以含有baf2的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例9>

本實(shí)施例以li2co3替代<實(shí)施例3>中的lif，其余實(shí)驗(yàn)條件均和<實(shí)施例3>中的實(shí)驗(yàn)條件相同，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表9所示。

表9：以含有caf2的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例10>

本實(shí)施例以li2co3替代<實(shí)施例4>中的lif，其余實(shí)驗(yàn)條件均和<實(shí)施例4>中的實(shí)驗(yàn)條件相同，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表10所示。

表10：以含有(c2f4)n的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例11>

本實(shí)施例以li2co3替代<實(shí)施例5>中的lif，其余實(shí)驗(yàn)條件均和<實(shí)施例5>中的實(shí)驗(yàn)條件相同，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表11所示。

表11：以含有pbf2的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

<實(shí)施例12>

本實(shí)施例以li2co3替代<實(shí)施例6>中的lif，其余實(shí)驗(yàn)條件均和<實(shí)施例6>中的實(shí)驗(yàn)條件相同，通過(guò)mcnp軟件計(jì)算得出該實(shí)施例和對(duì)比試驗(yàn)的假體射束品質(zhì)如表12所示。

表12：以含有pbf4的中子緩速材料作為緩速體的中子捕獲治療裝置的假體射束品質(zhì)

根據(jù)<實(shí)施例1>到<實(shí)施例12>及其相應(yīng)的對(duì)比試驗(yàn)可以得出：含鋰物質(zhì)的添加均可以使中子緩速材料在不消弱有效治療深度的前提下能有效改善腫瘤30rbe-gy所在深度。

對(duì)比<實(shí)施例1>到<實(shí)施例7>和<實(shí)施例8>到<實(shí)施例12>可以得出，添加不同的含鋰的物質(zhì)均可以有效改善腫瘤30rbe-gy所在深度。

所述中子緩速材料應(yīng)用于如圖8所示的加速器式中子捕獲治療裝置中作為緩速體24，所述加速器式中子捕獲治療裝置包括加速器10、被所述加速器加速的帶電粒子束11、用于通過(guò)所述帶電粒子束11的帶電粒子束入口23、經(jīng)與所述帶電粒子束11發(fā)生核反應(yīng)從而產(chǎn)生中子束的中子產(chǎn)生部22、用于調(diào)整經(jīng)所述中子產(chǎn)生部22產(chǎn)生的中子射束通量與品質(zhì)的射束整形體20和鄰接于所述射束整形體的射束出口25，其中，所述中子產(chǎn)生部22容納在所述射束整形體20內(nèi)；其中射束整形體20還包括包圍所述緩速體24的反射體21、與所述緩速體24鄰接的熱中子吸收體26和設(shè)置在所述射束整形體20內(nèi)的輻射屏蔽27。

其中，緩速體24設(shè)置成兩個(gè)相反方向相互鄰接的錐體狀，如圖8所示的方向，緩速體24的左側(cè)為向著左側(cè)逐漸變小的錐體狀，緩速體24的右側(cè)為向著右側(cè)逐漸變小的錐體狀，兩者相互鄰接。反射體21緊密的包圍在緩速體24周圍，在緩速體24和反射體21之間設(shè)置有間隙通道28，所謂的間隙通道28指的是未用實(shí)體材料覆蓋的空的容易讓中子束通過(guò)的區(qū)域，如該間隙通道28可以設(shè)置為空氣通道或者真空通道。緊鄰緩速體24設(shè)置的熱中子吸收體26由很薄的一層⁶li材質(zhì)制成，輻射屏蔽27中的由pb制成的光子屏蔽可以與反射體21設(shè)置為一體，也可以設(shè)置成分體。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。