濾屏與中子束源的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種中子束源，更特別涉及一種產生中子束的濾屏結構。
【背景技術】
[0002] 硼中子捕獲治療（BNCT)的原理如下：含硼藥物經由血液循環與腫瘤細胞結合，再 用中子束以腫瘤組織的位置為中心照射，使硼吸收中子后產生鋰與氦離子，準確破壞癌細 胞而不破壞其他正常的組織。
[0003] 對患者而言，BNCT僅會造成極小損傷，且不需外科手術與麻醉。在治療腦腫瘤時 若BNCT采用穿透力較低的熱中子，需額外打開病人的頭蓋骨；若BNCT采用超熱中子，則不 需打開病人的頭蓋骨。
[0004] 目前大部分的BNCT的中子束源為源自研究用原子爐。由于原子爐通常無法設置 于醫院中，因此醫生與患者需配合原子爐的所在進行治療。與此相較，加速器型的中子束源 不但成本低，且可設置于醫院中以節省醫生與患者的時間。
[0005] 綜上所述，目前亟需開發加速器型的中子束源以利BNCT的發展。
【發明內容】
[0006] 為解決上述問題，本發明一實施例提供的濾屏，包括：第一層，由鐵組成；第二層， 由1體積份的氟化鋰、20至50體積份的鋁、與50至80體積份的氟化鋁組成；以及第三層， 由1重量份的氟化鋰與99重量份的氟化鎂組成。其中第二層位于第一層與第三層之間。
[0007] 本發明一實施例提供的中子束源，包括：加速器；鈹靶材；以及上述的濾屏，其中 鈹靶材位于加速器與濾屏之間，且濾屏的第一層位于鈹靶材與濾屏第三層之間。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發明一實施例中，中子束源的示意圖；
[0009] 圖2是本發明一實施例中，濾屏的示意圖；
[0010] 圖3是本發明一實施例中，含匯聚元件的中子束源的示意圖。
[0011] 符號說明
[0012] 10中子束源；
[0013] 11加速器；
[0014] 13 靶材；
[0015] 14 鉛壁；
[0016] 15 濾屏；
[0017] 15A第一層；
[0018] 15B第二層；
[0019] 15C第三層；
[0020] 16匯聚元件；
[0021] 17 患者；
[0022] 20 屏蔽。
【具體實施方式】
[0023] 如圖1所示，本發明實施例的中子束源10主要由三個部分構成：加速器11、靶材 13、與濾屏15,且靶材13位于加速器11與濾屏15之間。舉例來說，加速器11可為購自 Sumitomo的回旋加速器。加速器11用以提供能量為接近30MeV與電流為1mA以上的質子 撞擊靶材13,以產生快中子。上述快中子穿過濾屏15后，產生調整后的超熱中子束。依據 國際原子能總署（IAEA)的建議，BNCT所用的超熱中子通率需大于或等于109cnT2*S'且伴 隨每個超熱中子的快中子劑量及伴隨每個超熱中子的加馬射線劑量小于2XKTnCGy?cm2。 其中加馬射線劑量建議值容易達成，故實施例主要探討超熱中子通率及伴隨每個超熱中子 的快中子劑量。若超熱中子通率過低，則會延長患者17照射治療的時間。若快中子劑量過 高，則有可能會損傷患者17的其他正常組織。若加速器11提供的質子能量過高，則會增加 屏蔽設計的困難，且對提升中子的產率有限。若加速器11提供的質子能量過低，則中子的 產率不足，需增加電流來彌補。
[0024] 在本發明一實施例中，革巴材13的材質為鈹，其厚度介于0. 55cm至0. 58cm之間。若 靶材13的厚度過厚，則靶材散熱不易。若靶材13的厚度過薄，則中子的產率會下降。
[0025] 在本發明一實施例中，濾屏15的總厚度介于67. 5cm至70cm之間，且濾屏15的 截面積為〇. 5?1. 13平方米，相當于半徑介于40cm至60cm的圓形。若濾屏15的總厚度 過薄，則無法有效降低快中子劑量。若濾屏15的總厚度過厚，則無法產生足夠的超熱中子 通率。若濾屏15的截面積過大，將使濾屏重量增加、費用增加，而對提升中子束品質幫助有 限，卻使平均超熱中子通率強度下降。若濾屏15的截面積過小，在相同厚度下將無法有效 降低快中子劑量。
[0026] 濾屏15為三層結構如圖2所不，第二層15B位于第一層15A與第三層15C之間， 且第一層15A位于前述的靶材13與第三層15C之間，即質子撞擊靶材13產生的中子依序 穿過第一層15A、第二層15B、與第三層15C。第一層15A由鐵組成。鐵與中子的非彈性碰撞 將IMeV以上的中子減速到IMeV以下。在本發明一實施例中，第一層15A的厚度介于25cm 至40cm之間。若第一層15A的厚度過薄，貝UlMeV以上的中子會太多。若第一層15A的厚 度過厚，則修飾IMeV以下中子的其他濾屏材料厚度會不足，會影響中子束品質。第二層15B 由1體積份的氟化鋰、20至50體積份的鋁、與50至80體積份的氟化鋁組成，見美國專利 號5730918。在本發明一實施例中，第二層15B的厚度介于10cm至37. 5cm之間。若第二層 15B的厚度過厚，在濾屏15總厚度固定的情況下第三層厚度太薄，則中子減速不夠，使快中 子劑量會過高。若第二層15B的厚度過薄，相對第三層厚度需較厚以降低快中子劑量，但同 時超熱中子通率會過低。第三層15C由1重量份的氟化鋰與99至100重量份的氟化鎂組 成。若氟化鋰的比例過低（即氟化鎂的比例過高），則熱中子占比會增加。若氟化鋰的比例 過高（即氟化鎂的比例過低），則伴隨每個超熱中子的快中子劑量提高。在本發明一實施例 中，第三層15C的厚度介于5cm至20cm之間。若第三層15C的厚度過厚，則減速過快，超熱 中子通率會過低。若第三層15C的厚度過薄，則減速不夠，快中子劑量會過高。
[0027] 在本發明一實施例中，可在濾屏15外側設置厚度15厘米以上的鉛壁14,以進一步 增加最后產生的超熱中子。若鉛壁14的厚度過厚，則太重。為避免輻射線穿出濾屏15,可 采用屏蔽20包覆濾屏15。在本發明一實施例中，屏蔽20可為水泥。
[0028] 在一實施例中，加速器11產生30MeV/lmA的質子束，上述中子束源10所產生的超 熱中子通率超熱中子通率介于1. 7X109?1. 9X109cnT2S'且伴隨每一超熱中子的快中子 劑量介于 2. 9X10_n ?3. 5X10_ncGycm2。
[0029] 在本發明一實施例中，可進一步設置匯聚元件16如圖3所示。匯聚元件16位于患 者17與濾屏15之間，且濾屏15位于匯聚元件16與靶材13之間。匯聚元件16的設計可參考 Y-ffH.Liu,T.T.Huang,S.H.Jiang,H.M.Liu, (2004)^RenovationofEpithermalNeutron BeamforBNCTatTHOR, "Appl.Radiat.Isot. 61，1039-1043?。匯聚元件 16 在集中維 持超熱中子通率強度的同時可降低快中子的劑量。舉例來說，加速器11產生30MeV/lmA 的質子束，而具有匯聚元件16的中子束源10其產生的超熱中子通率介于1. 7X109? 2. 0X109cnT2s'且伴隨每一超熱中子的快中子劑量介于2. 0XKT11?2. 6XKTncGycm2。 若加速器11產生30MeV/2mA的質子束，具有匯聚元件16的中子束源10所產生的超熱中子 通率成等比例增加，介于3. 4X109?4.OX109cnT