(57)【要約】【課題】放熱構造を提供する。【解決手段】本開示内容の一実施形態は、下面、水入口チャンネル、水出口チャンネル及び突出部を有するハウジングを含み、水入口チャンネル及び水出口チャンネルがハウジングの対向する両端に位置し下面の上に位置し、且つ第１の方向に沿って延伸し、突出部が水入口チャンネルと水出口チャンネルとの間に位置し下面の上に位置し、突出部が下面から離れる方向へ突出し、且つ突出部が下面と反対側を向いた突出面を有し、突出面と下面との間の距離が第１の方向に沿って最初に増加しその後減少する放熱構造を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面、水入口チャンネル、水出口チャンネル及び突出部を有するハウジングを含み、前記水入口チャンネル及び前記水出口チャンネルが前記ハウジングの対向する両端に位置し前記下面の上に位置し、且つ第１の方向に沿って延伸し、前記突出部が前記水入口チャンネルと前記水出口チャンネルとの間に位置し前記下面の上に位置し、前記突出部が前記下面から離れる方向へ突出し、且つ前記突出部が前記下面と反対側を向いた突出面を有し、前記突出面と前記下面との間の距離が前記第１の方向に沿って最初に増加しその後減少する放熱構造。
【請求項２】
前記突出面は凸曲面である請求項１に記載の放熱構造。
【請求項３】
前記突出面は、対称線を有し、前記対称線が第１の方向に沿って延伸し、且つ前記突出面が前記対称線に対して線対称となる請求項１又は２に記載の放熱構造。
【請求項４】
前記突出面と前記下面の間の距離は、第２の方向に沿って実際に同じであり、且つ前記第２の方向が前記第１の方向と垂直となる請求項１〜３の何れか１項に記載の放熱構造。
【請求項５】
前記ハウジングは、第１の開口部を有し、且つ前記突出部が前記第１の開口部内に延伸する請求項１〜４の何れか１項に記載の放熱構造。
【請求項６】
前記ハウジングは、第２の開口部を有し、前記第２の開口部が前記第１の開口部に連通され、前記第１の開口部よりも前記突出部から遠く離れ、且つ前記第２の開口部のサイズが前記第１の開口部のサイズよりも大きい請求項５に記載の放熱構造。
【請求項７】
前記ハウジングは、それぞれ前記突出部の対向する両端に位置し且つ前記水入口チャンネルと前記水出口チャンネルとの間に位置する一対の緩衝溝を有する請求項１〜６の何れか１項に記載の放熱構造。
【請求項８】
前記突出面の最高位置は、前記水入口チャンネル及び前記水出口チャンネルの最高位置よりも高い請求項１〜７の何れか１項に記載の放熱構造。
【請求項９】
前記突出面の最低位置は、前記水入口チャンネル及び前記水出口チャンネルの最高位置よりも高い請求項１〜８の何れか１項に記載の放熱構造。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項の放熱構造と、
前記放熱構造に設けられ、チャンネルを有するチューブと、
前記チューブに接続され、前記チャンネルを通して前記放熱構造と前記チューブとの間に配置されるターゲットに向かってイオンビームを放出することに用いられる加速器と、
を含む中性子線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、放熱構造及びそれを用いる中性子線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
具体的には、ホウ素中性子捕獲療法（Ｂｏｒｏｎ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ｔｈｅｒａｐｙ；ＢＮＣＴ）の原理は、次のとおりである。ホウ素含有薬物を血液循環を介して腫瘍細胞に結合させてから、中性子線を腫瘍組織の位置を中心として照射して、ホウ素に中性子を吸収させてリチウムイオンとヘリウムイオンを生成し、他の正常組織を破壊せずにがん細胞を正確に破壊する。
【０００３】
患者に対して、ホウ素中性子捕獲療法によれば、極小の損傷しか生じず、且つ外科手術と麻酔をする必要はない。更にいうと、脳腫瘍を治療する場合、ホウ素中性子捕獲療法として低浸透性の熱中性子を使用すれば、更に患者の頭蓋骨を開く必要がある。それに対して、ホウ素中性子捕獲療法としてエピサーマル中性子を採用する場合、患者の頭蓋骨を開く必要はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これについて、中性子線を発生する方式は、加速器型中性子線発生器によりイオンビームをターゲットに衝突させることであってよい。しかしながら、中性子線を発生する過程中に、イオンビームによって衝突されるターゲットは、不十分な放熱による予期しない損傷を引き起こす可能性がある。したがって、如何にターゲットの中性子線を発生する過程中の放熱を効果的に解決するかは、関連業界における研究開発する方向の１つとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示内容の一実施形態は、下面、水入口チャンネル、水出口チャンネル及び突出部を有するハウジングを含み、水入口チャンネル及び水出口チャンネルがハウジングの対向する両端に位置し下面の上に位置し、且つ第１の方向に沿って延伸し、突出部が水入口チャンネルと水出口チャンネルとの間に位置し下面の上に位置し、突出部が下面から離れる方向へ突出し、且つ突出部が下面と反対側を向いた突出面を有し、突出面と下面との間の距離が第１の方向に沿って最初に増加しその後減少する放熱構造を提供する。
【０００６】
一部の実施形態において、突出面は凸曲面である。
【０００７】
一部の実施形態において、突出面は、対称線を有し、前記対称線が第１の方向に沿って延伸し、且つ突出面が対称線に対して線対称となる。
【０００８】
一部の実施形態において、突出面と下面との間の距離は、第２の方向に沿って実際に同じであり、且つ第２の方向が第１の方向と垂直となる。
【０００９】
一部の実施形態において、ハウジングは、第１の開口部を有し、且つ突出部が第１の開口部内に延伸する。
【００１０】
一部の実施形態において、ハウジングは、第２の開口部を有し、第２の開口部が第１の開口部に連通され、第１の開口部よりも突出部から遠く離れ、且つ第２の開口部のサイズが第１の開口部のサイズよりも大きい。
【００１１】
一部の実施形態において、ハウジングは、それぞれ突出部の対向する両端に位置し且つ水入口チャンネルと水出口チャンネルとの間に位置する一対の緩衝溝を有する。
【００１２】
一部の実施形態において、突出面の最高位置は、水入口チャンネル及び水出口チャンネルの最高位置よりも高い。
【００１３】
一部の実施形態において、突出面の最低位置は、水入口チャンネル及び水出口チャンネルの最高位置よりも高い。
【００１４】
本開示内容の一実施形態は、放熱構造と、放熱構造に設けられ、チャンネルを有するチューブと、チューブに接続され、チャンネルを通して放熱構造とチューブとの間に配置されるターゲットに向かってイオンビームを放出することに用いられる加速器と、を含む中性子線発生装置を提供する。
【００１５】
上記の配置によれば、突出部の突出面とハウジングのターゲットの間に設けられる距離が第１の方向に沿って変化する可能性があるため、突出面を流れる冷却流体の流速を変化させることができ、結果として冷却流体が対応するターゲットの中心でより速い流速を有し、更にターゲットの中心により強い放熱効果を提供する。この機構により、放熱構造は中性子線発生装置に好適に適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示内容の一部の実施形態による放熱構造を示す上面模式図である。
【図２】図１の線分２−２’に沿った断面模式図である。
【図３】本開示内容の一部の実施形態による中性子線発生装置を示す構造模式図である。
【図４】図３のターゲットの熱エネルギー分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
下記説明で、本開示の主題を実施するために、多くの異なる実施形態又は実施例を提供する。素子又は配列の具体例については、本開示を簡素化するように、下記で検討される。もちろん、これらの説明は、範例の一部だけであり、本開示がこれに限定されない。例えば、第１の特徴を第２の特徴又はその上方に形成する記述には、第１の特徴と第２の特徴とが直接接触する実施形態に加えて、他の特徴が第１の特徴と第２の特徴との間に形成され、且つこの場合に第１の特徴と第２の特徴とが直接接触しない実施形態も含まれる。また、本開示は、異なる範例で符号又は文字を繰り返す場合がある。この繰り返しは、記述を簡単化及び明確化するためのものであり、検討された異なる実施形態と配列との関係を定義するためのものではない。
【００１８】
なお、例えば、「下」、「下方」、「よりも低い」、「上」、「上方」のような空間相対用語及び他の類似の用語等は、ここで、図面におけるある素子や特徴の別の素子や特徴に対する関係を説明しやすくするためのものである。空間相対用語は、図面に示す方位以外、使用又は操作される場合の他の方位を更に含む。つまり、前記装置の方位が図面のものと異なる（９０度回転し又は他の方位に位置する）場合、本文で使用された空間相対用語は、同様に対応して解釈することができる。
【００１９】
本開示内容の放熱構造は、構造の形状を変更することにより冷却流体の速度を制御することができ、冷却流体の速度とその冷却効果とが関連しているため、冷却ターゲット（例えば、ターゲット）の異なる領域に応じて、さまざまな冷却効果を提供することができる。
【００２０】
図１及び図２を参照されたい。図１は、本開示内容の一部の実施形態による放熱構造１００を示す上面模式図であり、図２は、図１の線分２−２’に沿った断面模式図である。図面が複雑になりすぎないように、図１のターゲット１３０は図２のようなネット底部を示していない。また、説明しやすくするために、図１及び図２には、第１の方向Ｄ１及び第２の方向Ｄ２が示され、第１の方向Ｄ１が第２の方向Ｄ２と異なる。例として、第１の方向Ｄ１は図１の横方向であってよく、第２の方向Ｄ２は図１の縦方向であってよく、且つ第１の方向Ｄ１が第２の方向Ｄ２と垂直となる。
【００２１】
放熱構造１００は、ハウジング１１０を含み、ハウジング１１０の材質がアルミニウムのような金属であってよい。ハウジング１１０は一体的に形成されてもよいし、組み立てにより形成されてもよい。ハウジング１１０は、突出部１１２、下面１１４、第１の開口部１２２、第２の開口部１２４、水入口チャンネル１４０及び水出口チャンネル１５０を有し、下面１１４がハウジング１１０の最下面と見なされてよい。第１の開口部１２２と第２の開口部１２４とは互いに連通され共に下面１１４の上に位置し、且つ第２の開口部１２４が第１の開口部１２２よりも下面１１４から遠く離れる。ハウジング１１０は、ターゲット１３０を支持することに用いられてよく、ターゲット１３０が板状ターゲットであってよい。第２の開口部１２４のサイズが第１の開口部１２２のサイズよりも大きくてよく、このサイズの差により、ターゲット１３０に対する位置合わせに寄与する。ここに、記載の「サイズ」は長さ又は幅であってよく、図２を例として、即ち第２の開口部１２４の幅が第１の開口部１２２の幅よりも大きい。また、ハウジング１１０が第１の開口部１２２を有するため、ターゲット１３０をハウジング１１０に配置した後、ターゲット１３０は、ハウジング１１０と共に収容スペースＳをそれらの間に形成することができる。
【００２２】
水入口チャンネル１４０及び水出口チャンネル１５０は、ハウジング１１０の対向する両端に位置し、且つ下面１１４の上に位置する。水入口チャンネル１４０及び水出口チャンネル１５０は、同じ方向に沿って延伸し、例えば第１の方向Ｄ１に沿って延伸し、各々収容スペースＳに接続されてよい。一部の実施形態において、矢印Ａ１で示すように、加圧装置（図示せず）を介して冷却流体１６０を水入口チャンネル１４０から放熱構造１００内に送り、これにより冷却流体１６０は収容スペースＳを通って流れターゲット１３０に接触して、ターゲット１３０の冷却効果を提供することができ、その後、矢印Ａ２で示すように、冷却流体１６０は水出口チャンネル１５０を通って放熱構造１００から離れることができる。
【００２３】
突出部１１２は、水入口チャンネル１４０と水出口チャンネル１５０との間に位置し、且つ下面１１４の上に位置する。突出部１１２は、下面１１４から離れる方向へ突出する。
【００２４】
突出部１１２は、突出を介して第１の開口部１２２内に延伸することができ、且つ第２の開口部１２４が第１の開口部１２２よりも突出部１１２から遠く離れる。突出部１１２は、下面１１４と反対側を向いた突出面１１６を有し、言い換えれば、突出面１１６は、第１の開口部１２２及び第２の開口部１２４に面する又は向かう。突出面１１６と下面１１４との間の距離は、第１の方向Ｄ１に沿って最初に増加しその後減少する。例として、突出面１１６は凸曲面であってよく、これにより突出面１１６と下面１１４との間の距離が第１の方向Ｄ１に沿って最初に次第に増加しその後次第に減少する。
【００２５】
突出面１１６と下面１１４との間の距離を最初に増加しその後減少するように設計することにより、ターゲット１３０をハウジング１１０に配置した場合、ターゲット１３０とハウジング１１０の突出面１１６との間の距離は、最初に減少しその後増加する。この配置により、冷却流体１６０が水入口チャンネル１４０から水出口チャンネル１５０への方向に沿って突出面１１６を流れる場合、冷却流体１６０は、ターゲット１３０とハウジング１１０の突出面１１６との間の距離の変化により流速が変化される。
【００２６】
具体的に、水入口チャンネル１４０から水出口チャンネル１５０への方向に沿って突出面１１６を流れる前半分エリアＲ１の冷却流体１６０については、ターゲット１３０とハウジング１１０の突出面１１６との間の距離が次第に減少するため、冷却流体１６０の流速を次第に増加させる。これに対して、冷却流体１６０の流速とその提供可能な放熱効果に正に関連するため、冷却流体１６０の流速を増加して放熱効果を向上させることができる。言い換えれば、突出面１１６の前半分エリアＲ１内で、冷却流体１６０によって提供される放熱効果は、突出面１１６の隆起した形に伴って次第に増加する。
【００２７】
その後、水入口チャンネル１４０から水出口チャンネル１５０への方向に沿って突出面１１６を流れる後半分エリアＲ２の冷却流体１６０については、ターゲット１３０とハウジング１１０の突出面１１６との間の距離が次第に増加することにより冷却流体１６０の流速を次第に減少させる。冷却流体１６０の流速を減少させたため、冷却流体１６０が予ターゲット１３０の中心に与える圧力を減少させて、更にターゲット１３０による応力を減少させる。
【００２８】
つまり、放熱構造１００により、冷却流体１６０が対応するターゲット１３０の中心で早い流速を持ち、冷却流体１６０がターゲット１３０の中心に強い放熱効果を提供し、又は冷却流体１６０によってターゲット１３０に提供される放熱効果が突出面１１６の突出する最高点から水入口チャンネル１４０／水出口チャンネル１５０へ逓減するということができる。この機構により、放熱構造１００は、熱源分布が「中心から両側へ逓減する」表現を呈するターゲット１３０に対する放熱に適され、「中心から両側へ逓減する」表現が例えばガウス分布、正規分布又はベル曲線であってよい。
【００２９】
逆に、このように突出面１１６と下面１１４との間の距離が最初に増加しその後減少するように設計されていない場合、即ち冷却流体のチャンネルギャップが固定されている場合、冷却流体の流速が水入口チャンネルから水出口チャンネルまで一定とされ、なお、総流量が一定の場合、固定ギャップ幅が小さいほど、流速が大きくなり、結果として圧力勾配が大きくなる。このようにチャンネルギャップが固定された構造は、熱源分布が「中心から両側へ逓減する」表現を呈するターゲットに対する放熱に適されることができない。
【００３０】
一方、突出面１１６の逓増幅と逓減幅を同じに又は異なるように設計することができて、冷却流体１６０の流れ方向に対する制御に寄与する。具体的に、突出面１１６の逓増幅と逓減幅が等しくてもよく、この条件の下で、突出面１１６は、第２の方向Ｄ２に沿って延伸する第１の対称線Ｌ１（図１に示すように）を有し、且つ第１の対称線Ｌ１に対して線対称となる。しかしながら、本開示内容はこれに限定されず、他の実施形態において、突出面１１６の逓増幅と逓減幅が異なってもよく、例として、突出面１１６の水入口チャンネル１４０に近い一端と下面１１４との間の距離が突出面１１６の水出口チャンネル１５０に近い一端と下面１１４との間の距離よりも大きくてよく、これにより突出面１１６の逓増幅が逓減幅よりも小さい。
【００３１】
突出面１１６を第１の方向Ｄ１だけで突出し変化させるように設計することができて、冷却流体１６０の流れ方向に対する制御に寄与し、例えば、冷却流体１６０に対する水入口チャンネル１４０から水出口チャンネル１５０への方向上の加速効果が他の方向上の加速効果よりも大きい。具体的に、突出面１１６と下面１１４との間の距離が第２の方向Ｄ２に沿って実際に同じであり、この条件の下で、突出面１１６は、第１の方向Ｄ１に沿って延伸する第２の対称線Ｌ２（図１に示すように）を有し、且つ第２の対称線Ｌ２に対して線対称となる。また、ハウジング１１０は、一対の緩衝溝１１８Ａ及び１１８Ｂを有してよい。緩衝溝１１８Ａ及び１１８Ｂは、突出部１１２の対向する両端に位置し且つ水入口チャンネル１４０と水出口チャンネル１５０との間に位置し、且つ突出面１１６の最低位置と最高位置は、水入口チャンネル１４０及び水出口チャンネル１５０の最高位置よりも高い。
【００３２】
この配置により、冷却流体１６０が水入口チャンネル１４０から放熱構造１００内へ流れる場合、冷却流体１６０が直接ターゲット１３０と突出面１１６との間の収容スペースＳに流れることを防止することができる。具体的に、水入口チャンネル１４０から放熱構造１００内へ流れる冷却流体１６０は、少なくとも方向が２回変えられてから、ターゲット１３０と突出面１１６との間の収容スペースＳへ流れ、冷却流体の流れ速度に対する制御に寄与する。一方、放熱構造１００は、シーリングガスケット１７０Ａ及び１７０Ｂを更に含んでよく、ハウジング１１０が凹溝１２６Ａ及び１２６Ｂを有してよく、且つシーリングガスケット１７０Ａ及び１７０Ｂがそれぞれ凹溝１２６Ａ及び１２６Ｂ内に設けられてよく、シーリングガスケット１７０Ａ及び１７０Ｂが気密性及び防水効果を提供することができる。
【００３３】
一部の実施形態において、突出面１１６とターゲット１３０との間の最小距離と、突出面１１６とターゲット１３０との間の最大距離との差値は、０．３ミリメートルと０．７ミリメートルの間にあってよく、例えば、突出面１１６とターゲット１３０との間の最小距離は０．５ミリメートルであってよく、突出面１１６とターゲット１３０との間の最大距離は１ミリメートルであってよい。一部の実施形態において、図１Ａの突出面１１６は、第１の方向Ｄ１上の長さが１６０ミリメートルと２００ミリメートルにあってよく、図１Ａの突出面１１６は、第２の方向Ｄ２上の長さが６０ミリメートルと７０ミリメートルにあってよい。一部の実施形態において、緩衝溝１１８Ａ及び１１８Ｂの底部からターゲット１３０までの距離は２５ミリメートル〜３５ミリメートルの間にあってよく、緩衝溝１１８Ａ及び１１８Ｂの幅が８ミリメートル〜１２ミリメートルの間にあってよい。一部の実施形態において、水入口チャンネル１４０及び水出口チャンネル１５０は円筒形チャンネルであってよく、且つこの円筒形チャンネルの直径が１８ミリメートル〜２２ミリメートルの間にあってよい。
【００３４】
前記のように、放熱構造１００は、熱源分布が中心から両側へ逓減する表現を呈するターゲット１３０に対する放熱に適されるので、中性子線発生装置のような、動作中にターゲット１３０にこの熱源分布を持たせる装置に適用されてよく、以下、中性子線発生装置を例として説明する。
【００３５】
図３を参照されたい。図３は、本開示内容の一部の実施形態による中性子線発生装置２００を示す構造模式図である。図面を複雑にしすぎないように、図３に示す各層の間の比例関係は、必ずしも実際の比率と同じではなく、且つ示される構造が説明を補助するために使用され、構造における各層の相対的な位置関係を定義するために使用されず、他の実施形態において、一部の層を省略してもよいし、他の層を追加してもよい。
【００３６】
図３に示すように、中性子線発生装置２００は、放熱構造１００、チューブ２１０及び加速器２２０を含む。チューブ２１０は、放熱構造１００に設けられ、且つターゲット１３０が放熱構造１００とチューブ２１０との間に配置されてよく、具体的に、ターゲット１３０が放熱構造１００のハウジング１１０の第２の開口部１２４内に固定されてよい。一部の実施形態において、ターゲット１３０は、材質としてベリリウム（Ｂｅ）を含んでよく、且つ厚さが１．５ミリメートルと２．５ミリメートルの間にあってよい。チューブ２１０は、チャンネル２１２を有し、且つ加速器２２０がチューブ２１０に接続されてよく、加速器２２０がチャンネル２１２を通してターゲット１３０に向かってイオンビームＩを放出することに用いられてよい。つまり、加速器２２０からのイオンビームＩは、チャンネル２１２を通過して、更にイオンビームＩをターゲット１３０に衝突させて、結果としてホウ素中性子捕獲療法に好適に用いられる中性子線Ｎを励起することができる。
【００３７】
図３及び図４を同時に参照されたい。図４は、図３のターゲット１３０の熱エネルギー分布を示す模式図である。加速器２２０がチャンネル２１２を通してターゲット１３０に向かってイオンビームＩを放出する場合、放出されるイオンビームＩの密度分布はガウス分布を示し、結果として、図４の熱源分布２７０のように、イオンビームＩによって衝突されたターゲット１３０の熱源分布もガウス分布を示す。言い換えれば、ターゲット１３０がガウス分布を有する熱源と見なされてよく、放熱構造１００は、このような熱源を有するものの放熱に適されるので、ターゲット１３０の過熱による破裂を防止するように、中性子線発生装置２００の動作中に発生する予期しない損害を防止することができる。
【００３８】
上記をまとめると、本開示内容の放熱構造は、ハウジングを含む。ハウジングは、突出部を有し、且つ突出部の突出面とハウジングのターゲットとの間に設けられる距離が第１の方向に沿って変化して、更に突出面を流れる冷却流体の流速を変化させる。したがって、冷却流体が対応するターゲットの中心でより速い流速を有してよく、更にターゲットの中心により強い放熱効果を提供する。この機構により、放熱構造は中性子線発生装置に好適に適用されることができる。
【００３９】
本開示内容を実施形態で前述の通り開示したが、これは本開示内容を限定するためのものではなく、当業者であれば、本開示内容の精神と範囲から逸脱しない限り、各種の変更や修正を加えることができる。従って、本開示内容の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
【符号の説明】
【００４０】
１００  放熱構造
１１０  ハウジング
１１２  突出部
１１４  下面
１１６  突出面
１１８Ａ、１１８Ｂ  緩衝溝
１２２  第１の開口部
１２４  第２の開口部
１２６Ａ、１２６Ｂ  凹溝
１３０  ターゲット
１４０  水入口チャンネル
１５０  水出口チャンネル
１６０  冷却流体
１７０Ａ、１７０Ｂ  シーリングガスケット
２００  中性子線発生装置
２１０  チューブ
２２０  加速器
２７０  熱源分布
２−２’  線分
Ａ１、Ａ２  矢印
Ｄ１  第１の方向
Ｄ２  第２の方向
Ｉ  イオンビーム
Ｌ１  第１の対称線
Ｌ２  第２の対称線
Ｎ  中性子線
Ｒ１  前半分エリア
Ｒ２  後半分エリア
Ｓ  収容スペース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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