用于硼中子俘获治疗设备的带有密封结构的固态锂靶腔室的制作方法

1.本实用新型涉及基于加速器中子源在医疗中应用的技术领域，尤其涉及用于硼中子俘获治疗设备的带有密封结构的固态锂靶腔室。


背景技术：

2.据世界卫生组织统计，至2018年癌症已经造成全球近六分之一的死亡，并将在未来20 年增加60％，成为全球人类第一大死因。中华医学会2018年报告显示，中国每年新增癌症病例为309万，造成196万人死亡，分别占全球新增癌症病例和死亡人数总量的22％和27％，中国癌症死亡率高于世界平均水平，居世界首位。癌症肿瘤细胞具备自我更新能力，一些肿瘤细胞具有高侵袭性和转移性，传统手术治疗对正常组织破坏大、难以彻底治愈，术后恢复期长且生存质量难以保障。硼中子俘获治疗(bnct)是一种精准、高效的癌症治疗新方法。利用硼元素与中子产生的核反应治疗肿瘤，肿瘤部位乏氧细胞的复活率几乎为零，术后癌症复发率极低，在大范围选择性破坏癌细胞的同时不损害正常组织。针对大范围弥散性恶性肿瘤及中晚期癌症，如颅脑肿瘤、复发性头颈部肿瘤等复发和转移肿瘤，具有特殊治疗优势。 bnct能实现其独特的临床疗效，主要仰赖两大核心关键技术：中子源与含硼药物。在含硼药物的发展应用具备一定基础情况下，中子源设备成为bnct的作用基础。
3.基于加速器中子源的原理是利用加速器产生的离子束轰击靶材产生中子，其具有结构简单，安装简便、占地面积小、安全稳定等优势，适合在医院普及。基于加速器中子源已得到行业发展的验证，符合实际应用需求。质子打锂具有中子产额高、中子特性好等优点在国内外被认为是中子源的最佳选择。但在中子源锂靶的设计过程中也存在一定的困难，原因有以下几点：1.锂是一种化学活性极强的碱性金属，极易与空气中的o2、n2、co、h2o、co2等杂质气体发生反应，造成污染。2.质子入射锂靶的反应截面相对较大，但发生反应的比例仍然很小，绝大部分的质子会滞留在靶材中形成很高的能量沉积，造成靶材的熔化、蒸发以及靶系统的不稳定性等，锂靶冷却结构的设计是个难点。3.锂靶模块在与加速器对接前需经过测试和转运等环节，以及包括在bnct设备维修过程中靶和固态锂膜的保护是个关键问题。因此，设计一种有效保护锂靶、防止锂膜污染和兼具冷却方便操作的靶室显得相当重要。


技术实现要素：

4.本实用新型目的提供用于硼中子俘获治疗设备的带有密封结构的固态锂靶腔室，实现运输、安装和设备维修过程中对靶和固态锂膜的有效保护。
5.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
6.用于硼中子俘获治疗设备的带有密封结构的固态锂靶腔室，包括有真空腔室1、锂靶11、插板阀过渡段15和分子泵机组a7。所述的真空腔室1为主体结构，在真空腔室1的外侧开有观察窗口2、抽气口a3、充气口4和压力监测口a5，观察窗口2与红外相机6相连用以实时观测锂膜表面温度，抽气口a3与所述的分子泵机组a7相连用以抽除腔室内的气体来保护靶
上的锂膜不被杂质气体污染，充气口4上连接有角阀a8可充入惰性氩气也用于锂膜的保护，压力监测口a5上连接有压力计a9，可以测量腔室的压力值；真空腔室1的顶端采用插板阀a10密封，底部采用盲板12和聚四氟乙烯绝缘环13密封。所述的锂靶11为铜基底方块，表面镀有锂膜，内部开有冷却水槽，铜基底与真空腔室1的盲板12焊接成一块整体形成锂靶模块，盲板12上开有两条l型水流槽与铜靶出入水口对接；所述的水管14位于腔室两侧，与盲板12呈l型分布，用于给锂靶11供水冷却。
7.进一步地，所述的真空腔室1为罐体，顶端与插板阀a10连接，底端采用盲板12和聚四氟乙烯绝缘环13密封。
8.进一步地，观察窗口2为钢管，顶端采用法兰密封，靶的中心与观察窗口2的中心在一条线上；抽气口a3、充气口4和压力监测口a5皆为钢管，顶端接口为快接结构。
9.进一步地，所述的锂靶11为方形铜块，表面镀有锂膜，铜块内部开有水槽；铜基底与腔室盲板12钎焊在一起形成锂靶模块，盲板12上开有两条l型水槽与靶出入水口和外围水管14连接，l型水槽、靶出入水口和水管14的内径相同，锂靶模块与真空腔室1间采用绝缘环13隔开，避免运行时锂靶11上的高压电位传给整个真空腔室。
10.进一步地，所述的插板阀过渡段15为钢管，两端分别与插板阀a10和插板阀b16相连；所述插板阀过渡段15侧壁上开有抽气口b17和压力监测口b18；抽气口b17与分子泵机组 b19相连用以抽除腔室内的气体，压力监测口b18上连接有压力计b20可以监测所述插板阀过渡段15的压力值。
11.进一步地，插板阀b16将过渡段15密封并与前端的质子束通道23连接。
12.所述的真空腔室1为φ320
×
350mm,壁厚4mm的sus316罐体，顶端与内径φ350mm的插板阀a10连接，底端采用φ420
×
25mm的sus316盲板12密封；观察窗口2为φ100
×
100mm，壁厚2mm的sus316钢管,顶端采用φ100mm的刀口石英玻璃法兰密封，靶的中心与观察窗口2的中心在一条线上；抽气口a3、充气口4和压力监测口a5皆为φ40
×
50mm,壁厚2mm 的sus316钢管，顶端接口为φ40mm的快接结构。
13.所述的锂靶11为210
×
210
×
15mm的方形铜块，表面镀有锂膜，铜块内部开有水槽；铜基底与腔室盲板12钎焊在一起形成锂靶模块，盲板12上开有两条l型水槽与靶出入水口和外围水管14连接，l型水槽、靶出入水口和水管14的内径皆为φ17mm；锂靶模块与真空腔室1间采用聚四氟乙烯绝缘环13隔开，避免运行时锂靶11上的高压电位传给整个真空腔室。
14.所述的插板阀过渡段15为φ320mm
×
300mm，壁厚3mm的sus316钢管，两端分别与φ350mm插板阀a10和φ350mm插板阀b16相连；过渡段侧壁上开有两个φ40
×
50mm,壁厚 2mm，顶端为φ40mm快接结构的抽气口b17和压力监测口b18。抽气口b17与分子泵机组 b19相连用以抽除腔室内的气体，压力监测口b18上连接有压力计b20可以监测所述插板阀过渡段15的压力值。
15.利用腔室的真空密封结构，避免固体锂膜与空气中的o2、n2、h2o和co2等发生反应而污染；通过锂靶与盲板焊接形成的靶模块，能够避免在运输中因碰撞、刮蹭等造成锂膜和靶体结构损伤；利用过渡段实现靶模块腔室与前端质子加速器系统的顺利对接并保证对接前后加速器系统和锂靶不会被空气污染。
16.本实用新型的优点是：本实用新型整体结构较为紧凑，是一种简单、方便、高效地解决中子源锂靶在运输、安装、维修过程中靶体和锂膜损伤的结构，同时兼容中子源靶的水
冷结构，为基于加速器中子源系统在高端医疗领域中的应用提供良好的技术基础。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构示意图。
18.图2是靶模块示意图。
19.图中，1真空腔室；2观察窗口；3抽气口a；4充气口；5压力监测口a；6红外相机； 7分子泵机组a；8角阀a；9压力计a；10插板阀a；11锂靶；12盲板；13绝缘环；14水管；15插板阀过渡段；16插板阀b；17抽气口b；18压力监测口b；19分子泵机组b；20压力计b；21角阀b；22角阀c；23质子束通道。
具体实施方式
20.下面结合附图及具体实施例详细介绍本实用新型。但以下的实施例仅限于解释本实用新型，本实用新型的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例的叙述，本领域的技术人员是可以完全实现本实用新型权利要求的全部内容。
21.如图1所示，用于硼中子俘获治疗设备的带有密封结构的固态锂靶腔室，包括有真空腔室1、锂靶11、插板阀过渡段15、水管路和分子泵机组a7。所述的真空腔室1为主体结构，在真空腔室1的外侧开有观察窗口2、抽气口a3、充气口4和压力监测口a5，观察窗口2与红外相机6相连用以实时观测锂膜表面温度，抽气口a3与所述的分子泵机组a7相连用以抽除腔室内的气体来保护靶上的锂膜不被杂质气体污染。抽气口a3与所述的分子泵机组a7连通的管路上设置有角阀b21。充气口4上连接有角阀a8可充入惰性氩气也用于锂膜的保护，压力监测口a5上连接有压力计a9可以测量腔室的压力值；真空腔室1的顶端采用插板阀a10 密封，底部采用盲板12和聚四氟乙烯绝缘环13密封。所述的锂靶11为铜基底方块，表面镀有锂膜，内部开有冷却水槽，铜基底与真空腔室1的盲板12焊接成一块整体形成锂靶模块，盲板12上开有两条l型水流槽与铜靶出入水口对接；所述的水管14位于腔室两侧，与盲板12呈l型分布，用于给锂靶11供水冷却。
22.所述的真空腔室1为φ320
×
350mm,壁厚4mm的sus316罐体，顶端与内径φ350mm的插板阀a10连接，底端采用φ420
×
25mm的sus316盲板12密封；观察窗口2为φ100
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100mm，壁厚2mm的sus316钢管,顶端采用φ100mm的刀口石英玻璃法兰密封，靶的中心与观察窗口2的中心在一条线上；抽气口a3、充气口4和压力监测口a5皆为φ40
×
50mm,壁厚2mm 的sus316钢管，顶端接口为φ40mm的快接结构。
23.如图2所示，所述的锂靶11为210
×
210
×
15mm的方形铜块，表面镀有锂膜，铜块内部开有水槽；铜基底与腔室盲板12钎焊在一起形成锂靶模块，盲板12上开有两条l型水槽与靶出入水口和外围水管14连接，l型水槽、靶出入水口和水管14的内径皆为φ17mm；锂靶模块与真空室1间采用聚四氟乙烯绝缘环13隔开，避免运行时锂靶11上的高压电位传给真空腔室。
24.所述的插板阀过渡段15为φ350mm
×
300mm，壁厚3mm的sus316钢管，两端分别与φ350mm插板阀a10和插板阀b16相连；过渡段侧壁上开有三个φ40
×
50mm,壁厚2mm，顶端为φ40mm快接结构的抽气口b17和压力监测口b18。抽气口b17与分子泵机组b19相连用以抽除腔室内的气体。抽气口b17与所述的分子泵机组b19连通的管路上设置有角阀c22。压力监测口
b18上连接有压力计b20可以监测过插板阀渡段15的压力值。
25.插板阀b16将过渡段15密封并与前端的质子束通道23连接。
26.以下结合附图对本实用新型作进一步的说明：
27.①
在大气环境下将关闭状态下的插板阀a10安装到真空腔室1上。
28.②
打开充气口4上角阀a8的阀门，向真空腔室1中充入高于1atm的高纯氩气，然后使用聚四氟乙烯绝缘环13和盲板12将真空腔室1底部密封，保证锂靶模块安装过程中真空腔室1的内部处于惰性气体氛围。
29.③
关闭角阀a8，停止充气。打开抽气口a3上角阀b21的阀门，启动分子泵机组a7对真空腔室1抽真空并检漏，通过压力计a9监测真空腔室1中的真空度，当真空度值低于1e-3pa 时，关闭角阀b21，停止抽气。
30.④
根据需要可选择断开/保持分子泵机组a7的连接，任意搬运靶室至指定地点和位置。
31.⑤
将角阀c22安装在插板阀过渡段15的抽气口b17上，将压力计b20安装在压力监测口b18上。
32.⑥
当靶室安装位置固定后，将插板阀过渡段15与真空腔室1的插板阀a10连接，然后使用关闭状态的插板阀b16将插板阀过渡段15密封并与前端的质子束通道23连接，将分子泵机组b19与角阀c22连接。
33.⑦
打开角阀c22阀门，启动分子泵机组b19对过渡段抽真空并检漏，通过压力计b20 监测过渡段的真空度，当真空度值低于1e-3pa时，关闭角阀c22，停止抽气(过渡段、锂靶室、质子束通道23此时都属于真空状态)。打开插板阀b16，使过渡段与靶室联通。开展质子束轰击锂产生中子前，打开插板阀b16，使质子束通道23与过渡段和靶室联通。
34.⑧
开展质子束轰击锂产生中子时，将水管14与水泵连接对锂靶11进行实时冷却；通过观察窗口2上的红外相机6实时观察锂膜表面的温度，当锂膜温度逼近熔点180度时，加大水流量，提高水冷却效率保证锂膜不被熔化。
35.⑨
当质子束系统需要维修时，停止供水，将插板阀过渡段15与真空腔室1上的插板阀 a10关闭，将质子束通道23与插板阀过渡段15上插板阀b16断开即可，此时靶室仍处于真空状态。当锂靶室需要维修时，停止供水，关闭插板阀过渡段15与真空腔室1上的插板阀 a10，然后断开插板阀a10与真空腔室1的连接即可，此时过渡段和质子束管仍处于真空状态。
36.⑩
质子束维修完成后，连接质子束通道23与插板阀过渡段15上插板阀b16，重复操作
⑦
和
⑧
。当靶室完成维修时，连接真空腔室1与插板阀a10，重复步骤
③
中的抽气操作，然后打开插板阀a10，重复步骤
⑧
的操作。
37.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。