特開 2018-92899 中性子ビーム源生成装置、および、そのフィルター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-92899(P2018-92899A)

(43)【公開日】2018年6月14日

(54)【発明の名称】中性子ビーム源生成装置、および、そのフィルター

(51)【国際特許分類】

   H05H 6/00 20060101AFI20180518BHJP

   G21K 5/02 20060101ALI20180518BHJP

   G21K 5/08 20060101ALI20180518BHJP

【ＦＩ】

   H05H6/00

   G21K5/02 N

   G21K5/08 N

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-165336(P2017-165336)

(22)【出願日】2017年8月30日

(31)【優先権主張番号】105139840

(32)【優先日】2016年12月2日

(33)【優先権主張国】TW

(71)【出願人】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(71)【出願人】

【識別番号】595064050

【氏名又は名称】國立清華大學

(74)【代理人】

【識別番号】100116872

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 和子

(72)【発明者】

【氏名】薛 燕婉

(72)【発明者】

【氏名】游 鎮帆

(72)【発明者】

【氏名】楊 昇

(72)【発明者】

【氏名】葉 吉田

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085AA11

2G085BA17

2G085DA03

2G085EA07

(57)【要約】

【課題】中性子ビーム源生成装置、および、そのフィルターを提供する。
【解決手段】本発明による中性子ビーム源生成装置は、チャネルにより、ベリリウムターゲットに接続される加速器、フィルター、および、コリメータを有する。ベリリウムターゲットはチャネル末端に位置するとともに、フィルターに隣接する。フィルターはベリリウムターゲットとコリメータの間に位置する。チャネルとベリリウムターゲットの間に角度αを有し、角度αは０から９０度の範囲である。チャネルとフィルター法線の間に角度βを有し、角度βは０から９０度の範囲である。且つ、チャネルの断面は非円形である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中性子ビーム源生成装置であって、
チャネルにより、ベリリウムターゲットに接続される加速器、
フィルター、および、
コリメータ、を有し、
前記ベリリウムターゲットは前記チャネル末端に位置するとともに、フィルターに隣接し、前記フィルターが前記ベリリウムターゲットと前記コリメータの間に位置し、前記チャネルと前記ベリリウムターゲットの間に角度αを有し、前記角度αは０から９０度の範囲で、前記チャネルと前記フィルター法線の間に角度βを有し、前記角度βは０から９０度の範囲であり、且つ、前記チャネルの断面は非円形である中性子ビーム源生成装置。

【請求項2】

前記角度βは、４５度から９０度の範囲である請求項１に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項3】

前記ベリリウムターゲット上に投影される前記チャネルの図形面積は、前記チャネルの断面積より大きい、あるいは、チャネルの断面積と同じである請求項１に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項4】

前記チャネル断面形状は卵形か楕円形で、前記ターゲット上に投影される前記チャネル断面の図形は、円形、楕円形、あるいは、卵形である請求項１に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項5】

前記チャネル断面形状は長方形で、前記ターゲット上に投影される前記チャネル断面の図形は、正方形か長方形である請求項１に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項6】

前記ターゲット上に投影される前記チャネル断面の図形と前記ターゲットは重なる請求項１に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項7】

前記ターゲットの一面は前記フィルターに隣接する請求項１に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項8】

前記加速器は、エネルギーが１９ＭｅＶから３０ＭｅＶの陽子ビームを生成する請求項１に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項9】

前記フィルターは、アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層を含む請求項１に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項10】

前記混合層は１容量部のフッ化マグネシウム、０．２５から１容量部のアルミニウム、および、０．００３から０．０２容量部のフッ化リチウムから構成される請求項９に記載の中性子ビーム源生成装置。

【請求項11】

フィルターであって、
アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層を有し、前記混合層は、１容量部のフッ化マグネシウム、０．２５から１容量部のアルミニウム、および、０．００３から０．０２容量部のフッ化リチウムから構成されるフィルター。

【請求項12】

更に、
鉄から構成される第一層、および、
１容量部のフッ化アルミニウム、０．２５から１容量部のアルミニウム、および、０．０１３から０．０２容量部のフッ化リチウムから構成される第二層、を有し、
前記第二層は前記第一層と前記混合層の間に位置する請求項１１に記載のフィルター。

【請求項13】

前記第二層の材料は、さらに、前記第一層を囲む請求項１２に記載のフィルター。

【請求項14】

前記第一層の面積は前記第二層の面積より小さく、且つ、前記第二層の面積は前記混合層の面積より小さい請求項１３に記載のフィルター。

【請求項15】

中性子ビーム源生成装置中に応用される請求項１１に記載のフィルター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中性子ビーム源生成装置、および、そのフィルターに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）の原理は以下のようである：ホウ素含有薬物は、血液循環により、がん細胞で優先的に蓄積し、さらに、中性子ビームを用いて、腫瘍組織に照射する。ホウ素が中性子を吸収後、高いＬＥＴα粒子と^７Ｌｉイオンを生成し、がん細胞を局所的に破壊して、その他の正常な組織を破壊しない。

【0003】

患者にとって、ＢＮＣＴは、極小の損傷しか生じず、且つ、外科手術と麻酔が必要ない。脳腫瘍の手術時、ＢＮＣＴが、透過率が低い熱中性子（ｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ）を採用する場合、患者の頭蓋骨を開く必要がある；ＢＮＣＴがエピサーマル中性子（ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ）を採用する場合、患者の頭蓋骨を開く必要がない。

【0004】

現在、大部分のＢＮＣＴの中性子ビーム源生成装置は、研究用原子炉によるものである。原子炉は、通常、病院には設置できないので、医者と患者は原子炉の所在に合わせて治療を行う必要がある。比較すると、加速器ベースの中性子ビーム源生成装置はコストが低いだけでなく、病院中に設置でき、医者と患者の時間を節約することができる。

【0005】

よって、現在、ＢＮＣＴ用の加速器ベースの中性子ビーム源生成装置が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】ＴＷ Ｉ５３２０５６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、中性子ビーム源生成装置、および、そのフィルターを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施態様により、中性子ビーム源生成装置を提供する。中性子ビーム源生成装置はチャネルにより、ベリリウムターゲットに接続される加速器、フィルター、および、コリメータを有する。ベリリウムターゲットはチャネル末端に位置するとともに、フィルターに隣接する。フィルターはベリリウムターゲットとコリメータの間に位置する。チャネルとベリリウムターゲットの間は角度αを有し、角度αが０から９０度の範囲であり、チャネルとフィルター法線の間は角度βを有し、角度αが０から９０度の範囲である。チャネルの断面は非円形である。

【0009】

本発明の実施態様により、フィルターを提供する。フィルターはアルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層を有する。混合層は、１容量部のフッ化マグネシウム、０．２５から１容量部のアルミニウム、および、０．００３から０．０２容量部のフッ化リチウムから構成される。

【発明の効果】

【0010】

チャネルの陽子ビームとフィルター法線が角度を有するとき、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量を効果的に減少させることができる。アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムからなる混合層をフィルターの第三層として使用し、さらに、エピサーマル中性子束を増加させ、これにより、フィルターは、低エネルギーと低電流の陽子生成加速器と統合することができるので、コストが低減する。

【0011】

以下の実施態様では、図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明による中性子ビーム源生成装置を示す図である。

【図2】図１に同じ。

【図3】本発明によるチャネル、ターゲット、フィルター、および、コリメータの相対関係を示す図である。

【図4】図３に同じ。

【図5】図３に同じ。

【図6】図３に同じ。

【図7】図３に同じ。

【図8】図３に同じ。

【図9】図３に同じ。

【図10】図３に同じ。

【図11】図３に同じ。

【図12】図３に同じ。

【図13】図３に同じ。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下の詳細な説明では、説明のために、開示された実施態様の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が述べられる。しかしながら、これらの特定の詳細な説明なしに１つまたは複数の実施態様を実施できることは明らかであろう。他の例では、図面を簡単にするために、周知の構造およびデバイスを概略的に示す。

【0014】

図１に示されるように、本発明の実施態様による中性子ビーム源生成装置１０は、主に、加速器１１、ターゲット１５、加速器１１とターゲット１５を接続するチャネル１３、フィルター１７、および、コリメータ１９から構成される。ターゲット１５はチャネル末端に位置するとともに、フィルター１７に隣接する。たとえば、加速器１１は、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．から購入したサイクロトロンである。加速器１１は、エネルギーが１９ＭｅＶから３０ＭｅＶの陽子ビームを提供し、ターゲット１５に衝突して、高速中性子を生成する。

【0015】

高速中性子は、フィルター１７とコリメータ素子１９を通過後、エピサーマル中性子ビームを生成する。国際原子力機関（ＩＡＥＡ）の提案に基づき、ＢＮＣＴに用いる所望の最小エピサーマル中性子ビーム強度は１０^９ｎ・ｃｍ^−２・ｓ^−１、且つ、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量（ｆａｓｔ ｎｅｕｔｒｏｎ ｄｏｓｅ ｐｅｒ ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｅｎｃｅ）、および、エピサーマル中性子フルエンス毎のガンマ線線量（ｇａｍｍａ ｒａｙ ｄｏｓｅ ｐｅｒ ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｅｎｃｅ）はそれぞれ２×１０^−１１ｃＧｙ・ｃｍ^２／ｎより小さい。ガンマ線線量成分の基準は容易に達成されるので、実施態様は、主に、エピサーマル中性子束（ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｘ）、および、高速中性子線量成分を討論する。エピサーマル中性子束が低すぎる場合、患者２１の照射治療時間が長くなる。高速中性子束が高すぎる場合、患者２１のその他の正常な組織を損傷する。加速器１１が提供する陽子のエネルギーが高すぎると、遮蔽設計の困難を増加させ、且つ、中性子の歩留まりの向上に限りがある。加速器１１が提供する陽子のエネルギーが低すぎると、中性子の歩留まりが不足し、陽子の電流を増加させて、中性子の歩留まりを補償する必要がある。

【0016】

本発明の一実施態様において、ターゲット１５の材質はベリリウムである。

【0017】

図１に示されるように、チャネル１３とターゲット１５の間は角度α、チャネル１３とフィルター１７のフィルター法線１７｀の間は角度βを有する。一実施態様において、角度βがより大きいほど、陽子の傾斜効果（陽子はチャネル１３を通過して、入射角を通してターゲット１５を衝突する）は、より明らかになる。たとえば、角度βが０から４５度に変えられる時、ビーム出口で中性子ビームの高速中性子線量成分は２５％減少し、角度βが４５度から９０度に変えられる時、高速中性子線量成分は５７％減少する。

【0018】

一般に、チャネルとターゲットの断面は円形である。しかし、陽子ビームがターゲットに斜め入射する設計では、チャネルが円形断面を有する場合、ターゲット上に投影される図形は卵形（ｏｖａｌ）か楕円形（ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ）である。その一方で、チャネルが卵形または楕円形の断面を有する場合、ターゲット上に投影される図形は、円形、楕円形、あるいは、卵形である。ターゲットの面積が固定である状況下（放熱効果が同じ）で、小さい卵形か楕円の断面を有するチャネルにより、中性子の漏れを減少させることができる。よって、本発明の一実施態様において、チャネルの断面は非円形である。

【0019】

本発明の一実施態様によると、ターゲットとチャネルの間の角度変化により、チャネル断面１３ｃの形状を調整し、ターゲット上に投影されるチャネルの断面１３ｃの図形面積はチャネル断面１３ｃより大きい、あるいは同じである。特に、ターゲット上に投影されるチャネルの断面１３ｃの図形面積は、チャネルの断面１３ｃより大きい、あるいは同じである。たとえば、チャネル断面形状が卵形か楕円形であるとき、ターゲット上に投影されるチャネル断面の図形は円形、楕円形、あるいは、卵形である。チャネル断面形状が長方形であるとき、ターゲット上に投影されるチャネル断面の図形は正方形か長方形である。一実施態様において、ターゲット上に投影されるチャネル断面の図形とターゲットの図形は重なる。

【0020】

一実施態様において、卵形か楕円形チャネル１３の断面１３ｃは、チャネル１３の壁に垂直である。チャネル１３の断面１３ｃの横向尺寸（たとえば、卵形か楕円形の短径）は、ターゲットの横向尺寸×ｓｉｎαと同じである。チャネル１３の断面１３ｃの縦向尺寸（たとえば、卵形か楕円形の長径）はターゲット１５の縦向尺寸と同じである。これにより、ターゲット１５上に投影されるチャネル１３の断面１３ｃの図形は、ターゲット１５と実質上重なる。たとえば、ターゲット１５に投影されるチャネル１３の断面１３ｃの図形が直径ｄの円形である時、チャネル１３の断面１３ｃの形状は卵形か楕円形で、長径＝ｄ、且つ、短径＝ｄ×ｓｉｎαである。ターゲット１５に投影されるチャネル１３の断面１３ｃの形状が辺長ｄの方形である時、チャネル１３の断面１３ｃ形状は長方形で、長辺はｄ、且つ、短辺がｄ×ｓｉｎαである。上述の形状以外に、当業者なら、ターゲット１５に投影されるチャネル１３の適当な図形と対応する断面１３ｃを選択することができる。チャネル１３の断面１３ｃとターゲット１５の間の角度αに基づいて、チャネル１３の断面１３ｃの形状を調整し、エピサーマル中性子束の強度を増加させる。

【0021】

図１において、ターゲット１５はフィルター１７に隣接する。あるいは、チャネル１３とフィルター１７のフィルター法線１７｀の間に、４５度から９０度の範囲の角度βを有し、チャネル１３とターゲット１５の間に、角度αを有する。角度αの範囲は、前述と同様ので、ここでは説明を省略した。

【0022】

図１に示されるように、フィルター１７は三層構造であるが、単層構造、あるいは、三層以上の多層構造を有してもよい。一実施態様において、フィルター１７の総厚さは、５４ｃｍから６７．５ｃｍの範囲である。フィルター１７の総厚さが薄過ぎる場合、高速中性子線量成分を効果的に減少させることができない。フィルター１７の総厚さが厚すぎる場合、十分な強度の中性子ビームのエピサーマル中性子束を達成できない。

【0023】

本発明の実施態様によるフィルター１７は、アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムから構成される単層の混合層を有し、混合層は、１容量部のフッ化マグネシウム、０．２５から１容量部のアルミニウム、および、０．００３から０．０２容量部のフッ化リチウムから構成される。

【0024】

一実施態様において、フィルター１７は、たとえば、三層構造で、第二層１７ｂは、第一層１７ａと第三層１７ｃの間に位置し、且つ、第一層１７ａは、ターゲット１５と第二層１７ｂの間に位置し、即ち、陽子がターゲット１５に衝突して生成される中性子は、順に、第一層１７ａ、第二層１７ｂ、および、第三層１７ｃを通過する。第一層１７ａは鉄から構成される。鉄と中性子の非弾性衝突は、１ＭｅＶ以上の中性子を１ＭｅＶ以下に減速させる。一実施態様において、第一層１７ａの厚さは、１５ｃｍから２６ｃｍの範囲である。第一層１７ａの厚さが薄すぎる場合、エネルギーが１ＭｅＶ以上の中性子が多すぎる。第一層１７ａの厚さが厚過ぎる場合、エネルギーが１ＭｅＶ以下の中性子を形成するための他の層の厚さを減少させて、これにより、中性子ビームの品質に影響する。第二層１７ｂは、１容量部のフッ化アルミニウム、０．２５から１容量部のアルミニウム、および、０．０１３から０．０２容量部のフッ化リチウムから構成される。一実施態様において、第二層１７ｂの厚さは、２０ｃｍから３５ｃｍの範囲である。フィルター１７の総厚さが固定である状況下で、第二層１７ｂの厚さが厚過ぎる場合、第三層１７ｃ厚さが薄過ぎて、中性子減速が不足し、高速中性子線量率（ｆａｓｔ ｎｅｕｔｒｏｎ ｄｏｓｅ ｒａｔｅ）を過度に高くする。第二層１７ｂの厚さが薄過ぎる場合、第三層１７ｃ厚さが厚くなる。中性子ビームの高速中性子線量率を十分に減少させる。しかし、エピサーマル中性子束を過度に低くする。第三層１７ｃは、１重量部のフッ化リチウムと９９〜１００重量部のフッ化マグネシウムから構成される。フッ化リチウムはフッ化マグネシウムで分散する。一実施態様において、フィルター１７の三層構造中の第三層１７ｃも、アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層から構成され、混合層は、１容量部のフッ化マグネシウム、０．２５から１容量部のアルミニウム、および、０．００３から０．０２容量部のフッ化リチウムから構成される。一実施態様において、アルミニウムとフッ化リチウムは、フッ化マグネシウムに分散している。

【0025】

一実施態様において、第三層１７ｃの厚さは、５ｃｍから１０ｃｍの範囲である。第三層１７ｃの厚さが厚過ぎる場合、中性子を過度に減速し、これにより、過度に低いエピサーマル中性子束の中性子ビームを生成する。第三層１７ｃの厚さが薄過ぎる場合、減速が不足し、これにより、過度に高い高速中性子線量率の中性子ビームを生成する。一実施態様において、第一層１７ａの側壁（例えば、第一層１７ａの外部周辺）が、第二層１７ｂと同じ材料によって包囲される。一実施態様において、第一層１７ａの面積は、第二層１７ｂの面積より小さく、且つ、第二層の面積は、第三層１７ｃ（混合層）の面積より小さい。一実施態様において、フィルターは、中性子ビーム源生成装置中に用いられる。

【0026】

一実施態様において、フィルター１７外側に、反射材１６（たとえば、厚さ１５センチの鉛壁）を設置して、最後に生成されるエピサーマル中性子束を増加する。

【0027】

図１と図２に示されるように、コリメータ素子１９は、第三層１７ｃと患者２１の間に位置する。つまり、フィルター１７はターゲット１５とコリメータ素子１９の間に位置する。コリメータ素子１９の設計は、Ｙ−Ｗ Ｈ． Ｌｉｕ， Ｔ．Ｔ． Ｈｕａｎｇ， Ｓ．Ｈ． Ｊｉａｎｇ， Ｈ．Ｍ． Ｌｉｕ， （２００４） “Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｂｅａｍ ｆｏｒ ＢＮＣＴ ａｔ ＴＨＯＲ，” Ａｐｐｌ． Ｒａｄｉａｔ． Ｉｓｏｔ． ６１，１０３９−１０４３を参照できる。コリメータ素子１９は、エピサーマル中性子束強度を集中、並びに、維持するとともに、同時に、高速中性子の線量率を減少させる。図１の設計は、陽子がターゲット１５に衝突通過後形成される中性子ビームの多くが、直接、フィルター１７に進入するようになっている。図２の設計は、陽子がターゲット１５に衝突通過後に生成される中性子ビームの多くが、ターゲット１５背面の反射材１６、たとえば、鉛壁を経て反射して、フィルター１７に進入する。いくつかの実施態様において、ターゲット１５背面の反射材１６の厚さを４５ｃｍに増加して、反射する中性子束を増加させることができる。図１と図２において、フィルター１７の第一層１７ａ、第二層１７ｂ、第三層１７ｃの面積は同じである。あるいは、第三層１７ｃの面積が最大、第二層１７ｂの面積が、第三層１７ｃの面積の８１％から１００％、第一層１７ａの面積が、第三層１７ｃの面積の１６％から１００％で、前が狭く、後ろが広いフィルターを形成する。一実施態様において、第二層１７ｂの材料は、さらに、第一層１７ａを囲むためにさらに使用されてもよい。円柱形のフィルターと比較すると、前が狭く、後ろが広いフィルターは、エピサーマル中性子束強度を向上させる効果を有する。

【0028】

図１と図２に示されるように、コリメータ素子１９は、コリメータ材１９ｃ、および、遮蔽材１９ａ、１９ｂと１９ｄを有する。スタックされる遮蔽材１９ａと１９ｂは開口部を有し、コリメータ材１９ｃと遮蔽材１９ｄは、それぞれ、遮蔽材１９ａと１９ｂの開口部の側壁上に位置する。一実施態様において、遮蔽材１９ａは、４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン、遮蔽材１９ｂはテフロン（登録商標）、コリメータ材１９ｃはビスマス、遮蔽材１９ｄは４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン（リチウムは濃縮した^６Ｌｉ）である。いくつかの実施態様において、遮蔽材１９ａ（たとえば、４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン）の厚さは、２０ｃｍから５ｃｍに減少し、遮蔽材１９ａの元の１５ｃｍが鉛に代替され、これにより、エピサーマル中性子束強度を増加させる。このほか、上述の設計はエピサーマル中性子束強度を増加させることができるので、加速器が生成する陽子ビームのエネルギーは３０ＭｅＶに達する必要がない。たとえば、１９ＭｅＶから２４ＭｅＶの陽子を生成する加速器１１は上述の設計に十分に応用でき、即ち、加速器１１のコストを減少させることができる。

【0029】

以下、添付した図面を参照して、本発明の好適な実施態様について詳細に説明する。本発明の概念は、本明細書に記載の例示的な実施態様に限定されることなく、様々な態様で実施することができる。周知の部品の説明は、明確にするために省略されており、同様の参照番号は、全体にわたって同様の要素を指す。

【0030】

実施態様
以下の実験で採用するシミュレーション計算ソフトウェアは、Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙが開発したＭＣＮＰＸ、且つ、断面積ライブラリはＥＮＤＦ／Ｂ−７を採用する。

【0031】

比較例１と実施態様１から４中、シミュレーション条件は、加速器のエネルギーが３０ＭｅＶ、且つ、電流が１ｍＡ（３０ＭｅＶ／１ｍＡ）の陽子を生成し、ターゲットが０．５５ｃｍ厚さ、且つ、直径が１９ｃｍのベリリウムであることである。フィルターの第一層は鉄から構成され、第二層は、１容量部のフッ化アルミニウム、０．５１７容量部のアルミニウム、および、０．０１７容量部のフッ化リチウムから構成され、第三層は、１重量部のフッ化リチウムと９９重量部のフッ化マグネシウムから構成される。第一層の厚さは２７．５ｃｍ、第二層の厚さは３２．５ｃｍ、第三層の厚さは７．５ｃｍで、半径５０ｃｍの円柱形のフィルターを形成する。さらに、フィルターは、Ｙ−Ｗ Ｈ． Ｌｉｕ， Ｔ．Ｔ． Ｈｕａｎｇ， Ｓ．Ｈ． Ｊｉａｎｇ， Ｈ．Ｍ． Ｌｉｕ， （２００４） “Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｐｉｔｈｅｒｍａｌ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｂｅａｍ ｆｏｒ ＢＮＣＴ ａｔ ＴＨＯＲ，” Ａｐｐｌ． Ｒａｄｉａｔ． Ｉｓｏｔ． ６１，１０３９−１０４３．で開示されるように、コリメータ素子１９と一体化する。三層フィルター１７とコリメータ素子１９の間に、厚さ５ｃｍのビスマス層１８を設置する。

【0032】

比較例１
図３に示されるように、ターゲット１５はフィルター１７に隣接し、チャネル１３はターゲット１５に垂直する、チャネル１３とターゲット１５の間の角度αは９０度、チャネル１３とフィルター法線１７｀（フィルターターゲット１７の表面に対して垂直）の角度βは０度である。すなわち、チャネル１３とフィルターの法線１７｀は同一方向である。上述のチャネル１３の断面１３ｃは、直径が２０ｃｍの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表１に示される。

【0033】

実施態様１
図４に示されるように、ターゲット１５はフィルター１７に隣接し、チャネル１３とターゲット１５の間の角度αは４５度、チャネル１３とフィルター法線１７｀（フィルターターゲット１７の表面に対して垂直）の角度βは４５度である。チャネル１３の断面１３ｃは、直径が２０ｃｍの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表１に示される。

【0034】

実施態様２
図５に示されるように、ターゲット１５はフィルター１７に隣接し、チャネル１３とターゲット１５の間の角度αは３０度、チャネル１３とフィルター法線１７｀（フィルターターゲット１７の表面に対して垂直）の角度βは６０度である。チャネル１３の断面１３ｃは、直径が２０ｃｍの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表１に示される。

【0035】

実施態様３
図６に示されるように、ターゲット１５はフィルター１７に隣接し、チャネル１３とターゲット１５の間の角度αは１５度、チャネル１３とフィルター法線１７｀（フィルターターゲット１７の表面に対して垂直）の角度βは７５度である。チャネル１３の断面１３ｃは、直径が２０ｃｍの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表１に示される。

【0036】

実施態様４
図７に示されるように、ターゲット１５はフィルター１７に垂直で、チャネル１３はターゲット１５に垂直する。チャネル１３とターゲット１５の間の角度αは９０度で、チャネル１３とフィルター法線１７｀（フィルターターゲット１７の表面に対して垂直）の角度βは９０度である。チャネル１３の断面１３ｃは、直径が２０ｃｍの円形である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表１に示される。

【0037】

【表1】

【0038】

表１から分かるように、チャネルの陽子ビームとフィルター法線が角度βを有するとき、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量を効果的に減少させることができる。

【0039】

実施態様５
実施態様５は実施態様３（図６）と類似し、実施態様５の第一層１７ａの厚さが２２ｃｍ、第二層１７ｂの厚さが２５ｃｍ、且つ、第三層１７ｃの厚さが１０ｃｍ、総厚さが５７ｃｍであること以外、実施態様３と同様である（実施態様３のフィルター総厚さより１０．５ｃｍ薄い）。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表２に示される。

【0040】

実施態様６
実施態様６は実施態様４（図７）と類似し、実施態様６の第一層１７ａの厚さが２２ｃｍ、第二層１７ｂの厚さが２５ｃｍ、第三層１７ｃの厚さが１０ｃｍ、総厚さが５７ｃｍであること以外、実施態様４と同様である（実施態様４のフィルター総厚さより１０．５ｃｍ薄い）。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表２に示される。

【0041】

【表2】

【0042】

表２から分かるように、より薄いフィルターが、斜め入射する中性子ビーム源生成装置で使われることができて、さらに強いエピサーマル中性子束強度を達成する。

【0043】

実施態様７
実施態様７は実施態様５と類似し、実施態様７のチャネル１３の断面１３ｃが円形から楕円形になり、その長径は２０ｃｍ、短径が５．２ｃｍであること以外、実施態様５と同様である。これにより、ターゲット１５上に投影されるチャネル１３の断面の図形は、ターゲット１５と完全に重ね、図８に示される。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表３に示される。

【0044】

実施態様８
実施態様８と実施態様６は類似し、その差異は、実施態様８のターゲット１５とフィルター１７の間の角度が、図９に示されるように、１５度である。且つ、チャネル１３の断面１３ｃが円形から楕円形になり、その長径が２０ｃｍ、短径が５．２ｃｍであることである。これにより、ターゲット１５上に投影されるチャネル１３の断面の図形は、ターゲット１５と完全に重なる。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表３に示される。

【0045】

【表3】

【0046】

表３から分かるように、チャネル断面とターゲットの間の角度に基づいて、楕円断面を調整し、ターゲット面積が固定である状況（同じ放熱効果）で、小さい楕円断面のチャネルにより、中性子の漏れを減少させ、さらに、エピサーマル中性子束強度を増加することができる。

【0047】

実施態様９
実施態様９は実施態様８と類似し、ターゲット１５背面の反射材１６Ａ（たとえば、鉛）の厚さが１５ｃｍ増えていること以外、実施態様８と同様である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表４に示される。

【0048】

【表4】

【0049】

表４に示されるように、ターゲットの背面の反射材の厚さ（たとえば、反射材１６Ａ）を増加させて、エピサーマル中性子束強度を増加し、且つ、高速中性子線量率をほぼ増加させない。

【0050】

実施態様１０
実施態様１０と実施態様９は類似し、その差異は、実施態様１０は、フィルター１７の第一層１７ａの面積を、元の１６％に減少するとともに、第二層１７ｂの面積を、元の８１％に減少する。その結果、図１０に示されるように、前が狭く、後ろが広いフィルター１７を形成することである。さらに、第一層１７ａ（直径１５ｃｍの鉄盤）の外部周辺は、５ｃｍ厚の外周材料により囲まれ、外周材料は１容量部のフッ化アルミニウム、０．５１７容量部のアルミニウム、および、０．０１７容量部のフッ化リチウム（第二層１７ｂの構成と同様）から構成される。この実施態様において、第一層１７ａの外周材料と第一層１７ａ材料（鉄）の体積比は、９：７である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表５に示される。

【0051】

実施態様１１
実施態様１１は実施態様１０と類似し、実施態様１１が、図１１に示されるように、コリメータ素子１９とフィルター１７の間のビスマス層１８を省略していること以外、実施態様１０と同様である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表５に示される。

【0052】

実施態様１２
実施態様１２は実施態様１１と類似し、実施態様１２中、図１２に示されるように、遮蔽材１９ａが、厚さ５ｃｍの４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン層１９ａ１と厚さ１５ｃｍの鉛層１９ａ３から構成される二層に変更した以外、実施態様１１と同様である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表５に示される。

【0053】

実施態様１３
実施態様１３は実施態様１２と類似し、実施態様１３中、図１３に示されるように、遮蔽材１９ａ中、４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン層１９ａ１の厚さが１ｃｍに減少し、厚さが４ｃｍのテフロン層１９ａ２は加えられること以外、実施態様１２と同様である。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表５に示される。

【0054】

【表5】

【0055】

表５から分かるように、フィルターの形を、前が狭く、後ろが広くなるように変えて、ビスマス層１８を省略し、コリメータ素子の遮蔽材１９ａ（たとえば、４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン）の厚さを調整する、あるいは、コリメータ素子の遮蔽材を単層構造から多層構造（たとえば：二層構造（４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン／鉛）または三層構造（４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン／テフロン／鉛））にして、さらに、エピサーマル中性子束強度を改善する。

【0056】

実施態様１４
実施態様１４と実施態様１３は類似し、その差異は、実施態様１４の第三層１７ｃを、アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層にすることである。混合層の形成方法は以下のようである：まず、アルミニウム９１．８０ｇ、フッ化マグネシウム２０４．２０ｇ、および、フッ化リチウム２．９９ｇの混合粉末を、ボールミル缶中に入れて、均一な粉末混合物が得られるまでスチールボールとボールミル混合する。真空熱圧縮成型技術を利用して、真空度１０^−２ｔｏｒｒ、６００°Ｃの温度、および、３３０ＭＰａの圧力下で、３０分間維持し、この粉末混合物をブロック材にする。得られた１容量部のフッ化マグネシウム、０．５２６容量部のアルミニウム、および、０．０１８容量部のフッ化リチウムから構成される混合層をブロック材とする。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表６に示される。

【0057】

実施態様１５
実施態様１５と実施態様１４は類似し、その差異は、実施態様１５の加速器によって生成する陽子ビームのエネルギーが２４ＭｅＶ、且つ、電流が５００μＡ（２４ＭｅＶ／５００μＡ）を有することである。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表６に示される。

【0058】

実施態様１６
実施態様１６と実施態様１４は類似し、その差異は、実施態様１６の加速器が生成する陽子ビームのエネルギーが１９ＭｅＶ、且つ、電流が３００μＡ（１８ＭｅＶ／３００μＡ）を有することである。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、および、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量は、表６に示される。

【0059】

【表6】

【0060】

表６から分かるように、第三層は、アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層材料を利用し、さらに、エピサーマル中性子束強度を増加させ、これにより、フィルターは、低エネルギーと低電流の陽子生成加速器と統合することができるので、コストが低減する。

【0061】

実施態様１７
実施態様１７と実施態様１４は類似し、その差異は、実施態様１７の混合層（第三層）の材料の混合比率が異なることで、アルミニウム５４ｇ、フッ化マグネシウム２５１．８ｇ、および、フッ化リチウム０．８ｇを量り、処理し、得られた混合層は、フッ化マグネシウムが１容量部、アルミニウムが０．２５１容量部、フッ化リチウムが０．００４容量部から構成される。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量、および、熱中性子束のエピサーマル中性子束に対する比は、表７により示される。

【0062】

実施態様１８
実施態様１８と実施態様１４は類似し、その差異は、実施態様１８の第三層の混合層材料の混合比率が異なることで、アルミニウム１０８ｇ、フッ化マグネシウム１８８．９ｇとフッ化リチウム１．６ｇを量り、処理し、混合層はフッ化マグネシウムを１容量部とすると、アルミニウムが０．６６７容量部、フッ化リチウムが０．０１容量部で構成される。中性子ビーム源生成装置により生成される中性子ビームのエピサーマル中性子束、高速中性子線量率、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量、および、熱中性子束のエピサーマル中性子束に対する比が、表７に示される。

【0063】

【表7】

【0064】

表７から分かるように、第三層は、アルミニウム、フッ化マグネシウム、および、フッ化リチウムの混合層材料を使用し、異なる比で、さらに、エピサーマル中性子束強度、高速中性子線量率、エピサーマル中性子フルエンス毎の高速中性子線量、および、熱中性子束とエピサーマル中性子束の比を調整する。

【0065】

本発明では好ましい実施態様を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や脚色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

【符号の説明】

【0066】

α、β…角度
１０…中性子ビーム源生成装置
１１…加速器
１３…チャネル
１３ｃ…断面
１５…ターゲット
１６、１６Ａ…反射材
１７…フィルター
１７ａ…第一層
１７ｂ…第二層
１７ｃ…第三層
１８…ビスマス層
１９…コリメータ素子
１９ａ、１９ｂ、１９ｄ…遮蔽材
１９ａ１…４０ｗｔ％炭酸リチウムを混入したポリエチレン
１９ａ２…テフロン
１９ａ３…鉛
１９ｃ…コリメータ材
２１…患者

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【外国語明細書】

2018092899000001.pdf