本發(fā)明涉及硼中子俘獲治療（boron?neutron?capture?therapy，簡稱bnct），尤其涉及一種長壽命周期的半分離式bnct中子靶系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、硼中子俘獲治療（boron?neutron?capture?therapy，bnct）是一種前沿的癌癥治療方法，它結(jié)合了核物理和生物醫(yī)學的原理。該療法原理是通過加速器將質(zhì)子加速到一定能量后轟擊靶體經(jīng)整形后形成中子束，利用中子與硼-10（10b）發(fā)生核反應的特性，通過選擇性地將硼化合物遞送到癌細胞中，并使用中子束照射這些細胞，從而引發(fā)核反應并釋放出高能量的粒子，這些粒子能夠破壞癌細胞的dna，導致癌細胞死亡。

2、中子靶是bnct設備中的關鍵組成部分，它用于產(chǎn)生中子束以進行癌癥治療。中子靶的選擇和設計對于bnct的療效和安全性至關重要。中子靶一般是利用9be(p，n)9b反應、7li(p，n)7be反應。但是，當使用這種9be(p，n)9b反應時，為了產(chǎn)生bnct所需的中子量，需要將質(zhì)子加速能量提高到30mev，相應產(chǎn)生的中子能量也會升高。而在7li(p，n)7be反應中，質(zhì)子的加速能量相比9be(p，n)9b反應，較低地設置為2.5mev，比9be(p，n)9b反應中的質(zhì)子的加速能量低一個數(shù)量級，產(chǎn)生的中子能量也比be靶相比顯著偏低，對中子進行減速消耗的能耗也低。因此，目前在bnct中，7li(p，n)7be反應的利用受到廣泛關注。

3、在加速器硼中子俘獲治療中，通過加速器將質(zhì)子束加速，質(zhì)子束加速至足以克服靶材原子核庫倫斥力的能量，與靶材發(fā)生核反應以產(chǎn)生中子，因此在產(chǎn)生中子的過程中靶材會受到非常高能量等級的加速質(zhì)子束的轟擊，少量質(zhì)子與中子靶發(fā)生核反應產(chǎn)生中子，大量的高速質(zhì)子在中子靶內(nèi)逐漸減速直至速度為零后沉積在中子靶內(nèi)。高速質(zhì)子的能量被中子靶吸收，導致靶材的溫度會大幅上升，同時靶材的金屬部分容易起泡，從而影響靶材的使用壽命。

4、申請?zhí)枮?01911264901.0的專利公開了一種用于中子線產(chǎn)生裝置的靶材。申請?zhí)枮?02210824444.1的專利公開了一種用于粒子束產(chǎn)生裝置的靶材。以上專利中均采用常規(guī)固定靶的方式，通過布置不同的散熱層和抗發(fā)泡層在一定程度上延長靶材使用壽命。申請?zhí)枮?02210788155.0的專利公開了一種bnct用鋰靶，通過設置各向異性碳基板試圖解決中子靶發(fā)熱和起泡的問題，但其技術(shù)方案存在一定的問題：當未設置中間金屬時，途徑質(zhì)子無法被捕獲；當設置中間金屬時，途徑質(zhì)子被中間金屬捕獲，相當于質(zhì)子轟擊鋰靶和中間金屬層的熱量經(jīng)過各向異性碳基板傳導后進行散熱；其散熱多了各向異性碳基板的傳導過程，反而不如沒有各向異性碳基板，直接由中間金屬層傳導后散熱方式的熱傳導距離更近，途徑更短。

5、以上技術(shù)方案雖在一定程度上解決了中子靶散熱和起泡的問題，但目前已有方案都是采用固定靶的方式，其用于與質(zhì)子發(fā)生核反應的作用層材料載量較小。當反應進行到一定程度后，作用層材料厚度明顯降低，使得中子產(chǎn)量極低，因此該類中子靶材因作用層材料載量小而導致使用壽命短。另外，中子靶經(jīng)中子轟擊后因發(fā)生核反應或活化后具有放射性，具有一定的污染，更換不便。

6、因此，有必要提出一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種長壽命周期的bnct中子靶系統(tǒng)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思如下：（1）通過將作用層材料變?yōu)檫B續(xù)帶材的方式大幅提升中子靶的使用壽命。（2）通過將常規(guī)一體式的中子靶材分隔成兩部分解決靶材壽命、散熱和起泡問題。一部分質(zhì)子轟擊作用層材料產(chǎn)生中子，針對該部分本發(fā)明設計了包含作用層和承載層的功能組件；另一部分未發(fā)生核反應的大部分高速質(zhì)子穿透作用層后通過攔截組件中設置的儲氫層進行攔截和吸收。靶材工作時兩部分緊密貼合，可以在不影響靶材散熱的情況下大幅提高作用層材料的載量，大幅提高靶材使用壽命。本發(fā)明中功能組件設置為連續(xù)的帶材，不僅解決了靶材使用壽命問題，還可以通過對卷狀功能組件進行預冷提高功能組件的吸熱能力、對放卷后的功能組件進行冷卻吸熱、通過與攔截組件緊密接觸由攔截組件中的散熱層進行散熱等多種渠道進行冷卻或降溫，提高靶材散熱效率。

3、bnct中子靶的一個關鍵參數(shù)是中子產(chǎn)量，當中子靶作用層材料為金屬鋰時，質(zhì)子束的能量和作用層厚度對中子產(chǎn)量影響較大。通過模擬計算可知，當質(zhì)子束能量為2.2mev時，金屬鋰層厚度約為50μm時中子產(chǎn)量最大；質(zhì)子束能量為2.5mev時，金屬鋰層厚度約為98μm時中子產(chǎn)量最大；質(zhì)子束能量為3mev時，金屬鋰層厚度約為188μm時中子產(chǎn)量最大。這也說明，常規(guī)bnct中子靶隨著使用時間的增加，必將影響中子產(chǎn)量，從而影響治療效果。而本發(fā)明的半分離式bnct中子靶系統(tǒng)作用層為連續(xù)的帶材，可以通過移動帶材使中子靶在長時間的使用周期內(nèi)始終保持相對較大的中子產(chǎn)量。

4、本發(fā)明旨在提供一種長壽命周期的半分離式bnct中子靶系統(tǒng)，所述半分離式bnct中子靶系統(tǒng)包括：功能組件，所述功能組件包含連續(xù)帶狀的作用層和用于承載所述作用層的承載層，所述作用層能夠與入射粒子線作用產(chǎn)生中子線，所述作用層的材料至少包含以下材料中的任一種：金屬鋰、鋰合金、鈹、鈹合金，所述承載層具有不小于作用層的寬度和長度；分別位于功能組件兩端的放卷組件和收卷組件，所述功能組件的一端安裝到放卷組件上，另一端安裝到收卷組件上，并且在放卷組件和收卷組件之間形成工作區(qū)域，所述工作區(qū)域為所述入射粒子線的入射區(qū)域；攔截組件，所述攔截組件可拆分地設置于入射粒子線入射方向上所述工作區(qū)域的下游側(cè)，具有不小于所述工作區(qū)域的寬度和長度，所述攔截組件包含彼此接觸設置的散熱層和儲氫層，所述儲氫層與所述功能組件中的承載層一側(cè)相對設置，其中，在中子靶材工作過程中所述功能組件與所述攔截組件彼此接觸。

5、可選地，所述作用層的厚度為20-300μm，優(yōu)選100-200μm。

6、可選地，所述承載層為具有良好導熱性能的材料，其材質(zhì)至少包含以下材料中的任一種：銅、鋁、鐵、石墨或石墨烯等碳基材料。

7、可選地，所述承載層的厚度為2-50μm，優(yōu)選3-8μm。

8、可選地，所述儲氫層的材料至少包含以下材料中的任一種：鉭、鈀、鉭合金、鈀合金、鎂系合金、鈦系合金。

9、可選地，所述儲氫層的厚度為10-100μm，優(yōu)選30-80μm。

10、可選地，所述散熱層的材料至少包含以下材料中的任一種：銅、銅合金、鋁、鋁合金、碳基材料。

11、可選地，所述散熱層內(nèi)設置有用于冷卻液體流動的通道。

12、可選地，所述半分離式bnct中子靶系統(tǒng)還包括冷卻組件，所述冷卻組件位于所述工作區(qū)域的至少一側(cè)，用于在中子靶材工作過程中對處于放卷狀態(tài)的功能組件進行冷卻。

13、可選地，所述冷卻組件包括位于所述工作區(qū)域的兩側(cè)的冷卻輥。

14、可選地，所述半分離式bnct中子靶系統(tǒng)還包括預冷組件，所述預冷組件用于對收卷狀態(tài)的功能組件進行預冷卻。

15、可選地，所述功能組件從放卷組件連續(xù)的轉(zhuǎn)移到收卷組件上。即中子靶材工作工程中功能組件一直從放卷組件緩慢的向收卷組件移動，高速質(zhì)子束轟擊在作用層上的位置也在緩慢的變更，直至功能組件放卷完成，靶材壽命終止。

16、可選地，所述功能組件從放卷組件間歇的轉(zhuǎn)移到收卷組件上。即中子靶材工作過程中功能組件先保持靜止，待質(zhì)子束轟擊區(qū)域的作用層中子產(chǎn)量變低時功能組件從放卷組件向收卷組件方向移動一定距離，該距離大于質(zhì)子束轟擊的范圍（工作區(qū)域），相當于更換了新的中子靶作用層區(qū)域。

17、采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

18、1、解決了中子靶的散熱問題，通過中子靶的半分離式設計將熱量有機的分隔成兩部分。第一部分通過核反應吸收熱量、對功能組件冷卻帶走熱量、對功能組件預冷提高載熱能力等方式進行高效散熱，還可以通過減小承載層厚度降低產(chǎn)熱量和通過與攔截組件緊密接觸進行散熱；第二部分通過散熱層進行快速冷卻。增加了散熱渠道，解決了常規(guī)靶材因熱量問題而導致的作用層熔化等問題。

19、2、設計了連續(xù)的帶狀作用層，大幅提高了中子靶系統(tǒng)作用層材料的載量，大幅提高了中子靶使用壽命。

20、3、創(chuàng)新性的設計了半分離式的bnct中子靶系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)上將常規(guī)靶材易發(fā)泡、變形的部分與核反應產(chǎn)生中子的部分隔離開來，降低了發(fā)泡、變形等缺陷對作用層的影響。從根本上解決了因發(fā)泡導致作用層脫離、作用層變形等缺陷的影響。

21、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的描述。