(57)【要約】中性子発生ターゲットの設計及び製造方法が開示される。いくつかの実施形態では、ターゲット基板の表面を１つ以上の表面特徴部を形成するように改質することができる。いくつかの実施形態では、ターゲット基板の表面に中性子源層を配置することができる。いくつかの実施形態では、中性子源層とターゲット基板を結合するために、中性子源層とターゲット基板をある時間にわたって高温に加熱することができる。いくつかの実施形態では、ターゲット基板の表面改質はブリスタリングおよび材料の剥離を軽減することができる。このターゲットはホウ素中性子補足療法で使用することができる。【選択図】図３
2020526000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子発生ターゲットを製造する方法であって、該方法は、
ターゲット基板の表面を１つ以上の表面特徴部を形成するように改質するステップと、
前記ターゲット基板の表面に中性子源層を配置するステップと、
を備える、方法。
【請求項２】
前記ターゲット基板の表面を改質するステップは、材料除去プロセスまたは材料付加プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料除去プロセスは、吹き付け加工、エッチング、または研磨を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記材料付加プロセスは、真空蒸着、めっき、または印刷を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ターゲット基板の表面に中性子源層を配置するステップは、前記中性子源層を前記ターゲット基板の表面に押し付けるステップ、または前記中性子源層を蒸着によりターゲット基板の表面に堆積するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記中性子源層と前記ターゲット基板とを結合するために、前記中性子源層と前記ターゲット基板とをある時間にわたって高温に加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記高温は約１００℃から約５００℃の間である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記時間は約０．１時間から１０時間の間である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ターゲット基板は、銅、アルミニウム、チタン、モリブデン、およびステンレス鋼のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記中性子源層は、リチウム、ベリリウム、および炭素の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記中性子源層の上面を１つ以上の表面特徴部を形成するように改質するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
凹凸表面を有し、該凹凸表面が１つ以上の表面特徴部を含む、ターゲット基板と、
前記ターゲット基板の表面に配置され且つ前記ターゲット基板に結合された中性子源層と、
を含む、中性子発生ターゲット。
【請求項１３】
前記１つ以上の表面特徴部は前記ターゲット基板内にへこんだ凹部である、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１４】
前記１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の深さを有する、請求項１３に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１５】
前記１つ以上の表面特徴部は、前記ターゲット基板から突出した凸部である、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１６】
前記１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の高さを有する、請求項１５に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１７】
前記１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の平均ピッチを有する複数の表面特徴部を含む、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１８】
前記ターゲット基板は、銅、アルミニウム、チタン、モリブデン、およびステンレス鋼のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１９】
前記中性子源層は、リチウム、ベリリウム、および炭素の少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項２０】
前記中性子源層は、約１０ミクロンから約５００ミクロンの間の厚さを有する、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年５月５日に出願された米国特許出願第１５／１４７，５６５号に関し、その開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、ホウ素中性子捕捉療法で使用できる中性子発生ターゲットの設計および製造方法に関する。
【背景分野】
【０００３】
中性子源は、医学的治療、同位体生成、爆発性／核分裂性物質の検出、貴金属鉱石の分析、画像化などの多くの潜在的な用途を有する。関心のある特定の分野は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）であり、これはホウ素が患者の悪性腫瘍に優先的に集中し、中性子ビームが患者を通してホウ素含有腫瘍に向け照射される治療技術である。ホウ素原子が中性子を捕捉すると、ホウ素が存在する組織に深刻な損傷を引き起こすのに十分なエネルギーを持つ粒子が生成される。その効果は非常に局所的であって、その結果、この技術は、特異的に標的化された細胞のみに影響を与える高度に選択的な癌治療法として使用することができる。
【０００４】
現在、中性子源を使用する多くの活動が、中性子が豊富な核研究用原子炉で行われている。しかし、安全性、核物質の取り扱い、多くの研究炉の寿命末期および廃止措置のアプローチなど、多くの実際的な問題がこのアプローチを困難にしている。加速器ベースの中性子源は、比較的低コストでコンパクトな代替手段として使用することができる。たとえば、小さく比較的安価なリニア加速器を使用して陽子などのイオンを加速し、中性子を発生し得るターゲットに集束させることができる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、中性子発生ターゲットを製造する方法に関する。この方法は、ターゲット基板の表面を１つ以上の表面特徴部を形成するように改質することを含むことができる。この方法は、ターゲット基板の表面に中性子源層を配置することも含むことができる。
【０００６】
いくつかの実施形態では、この方法は、材料除去プロセスまたは材料付加プロセスを含むことができる。材料除去プロセスは、吹き付け加工、エッチング、または研磨を含むことができる。材料付加プロセスは、真空蒸着、めっき、または印刷が含むことができる。
【０００７】
いくつかの実施形態では、ターゲット基板は、銅、アルミニウム、チタン、モリブデン、およびステンレス鋼のうちの少なくとも１つを含むことができる。中性子源層は、リチウム、ベリリウム、および炭素の少なくとも１つを含むことができる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、中性子源層は、ターゲット基板の表面に押し付けることができる。いくつかの実施形態では、中性子源層は、蒸着によりターゲット基板の表面に堆積させることができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、この方法は、中性子源層とターゲット基板とを結合するために、中性子源層とターゲット基板とをある時間にわたって高温に加熱することを含むことができる。いくつかの実施形態では、前記高温は約１００℃から約５００℃の間とし得る。いくつかの実施形態では、前記時間は約０．１時間から１０時間の間とし得る。
【００１０】
いくつかの実施形態では、この方法は、中性子源層の上面を改質して、１つ以上の表面特徴部を形成することも含むことができる。
【００１１】
本開示はまた、中性子発生ターゲットに関する。このターゲットは凹凸表面を有するターゲット基板を含むことができる。凹凸表面は１つ以上の表面特徴部を含むことができる。ターゲットはまた、ターゲット基板の表面に配置され且つターゲット基板に結合された中性子源層を含むことができる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の表面特徴部はターゲット基板内にへこんだ凹部とし得る。１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の深さを有するものとし得る。
【００１３】
いくつかの実施形態では、１つ以上の表面特徴部は、ターゲット基板から突出した凸部とすることができる。１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の高さを有することができる。
【００１４】
一部の実施形態では、１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の平均ピッチを有する複数の表面特徴部を含むことができる。
【００１５】
一部の実施形態では、ターゲット基板は、銅、アルミニウム、チタン、モリブデン、およびステンレス鋼のうちの少なくとも１つを含むことができる。中性子源層は、リチウム、ベリリウム、および炭素の少なくとも１つを含むことができる。
【００１６】
一部の実施形態では、中性子源層は、約１０ミクロンから約５００ミクロンの間の厚さを有することができる。
【００１７】
本開示の特定の実施形態を以下に説明し、図１〜図５に示す。これらの実施形態は一例としてのみ提示されている。多くの変更および他の実施形態は当業者の範囲内であり、本開示の範囲内に入ると考えられる。さらに、特定の条件および構成は例示であり、実際の条件および構成は特定のシステムに依存することは当業者に理解されよう。当業者はまた、示された特定の要素と同等のものを、日常的な実験のみを使用して認識および識別することもできるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】開示のいくつかの実施形態による、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）に適した装置のブロック図である。
【図１Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による、ディスク形状の回転可能構造体の平面図の図である。
【図１Ｃ】図１Ｂの線Ａ-Ａ’に対応する回転可能構造体の断面図を示す図である。
【図１Ｄ】本開示のいくつかの実施形態による、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）の一部として使用中の図１Ｂの回転可能構造体の図である。
【図２Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、中性子発生ターゲットの断面図である。
【図２Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による、中性子発生ターゲットの断面図である。
【図３】本開示のいくつかの実施形態による、中性子発生ターゲットを製造する方法のフローチャートである。
【図４】本開示のいくつかの実施形態による、中性子発生ターゲットを製造する方法のフローチャートである。
【図５】本開示のいくつかの実施形態によるＢＮＣＴシステムの断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）で使用できる中性子発生ターゲットの設計および製造方法に関する。
【００２０】
ＢＮＣＴは癌治療のための標的放射線療法であり、治療中に患者にフルクトース−ＢＰＡなどのホウ素が豊富な溶液が注入される。その後ホウ素は、例えば腫瘍部位の癌細胞に選択的に吸収される。たとえば、リチウム中性子源によって発生された中性子はホウ素と相互作用して核反応：
１０Ｂ＋ｎｔｈ→［１１Ｂ］＊→α＋７Ｌｉ＋２．３１ＭｅＶ
を生じる。腫瘍部位の近くで熱化する熱外中性子束を患者の腫瘍部位に照射することによって、がん細胞はアルファ粒子とリチウムイオンによって殺される。放出されるアルファ粒子とリチウムイオンの飛程は非常に短く、たとえば約５〜９ミクロンで、癌細胞のサイズと同等である。
【００２１】
ＢＮＣＴ治療は、典型的には１ｅＶと１０ｋｅＶの間の高いフラックスの熱外中性子を必要とする。臨床治療に必要なフラックスは、１ｘ１０９ｎ／ｃｍ２／ｓのオーダーである。歴史的に、ＢＮＣＴ治療は原子炉研究施設で行われてきたが、病院環境での治療の広範な実施には加速器ベースの中性子源が好ましい。
【００２２】
加速器を使用して適切なレベルの中性子束を生成するために、いくつかの核反応が提案されてきた。最も有望な反応の１つは、７Ｌｉ（ｐ，ｎ）→７Ｂｅ反応である。この反応は高い中性子収率を有するとともに適度なエネルギーの中性子を発生し、この２つの条件は多くの用途に適している。この反応によって発生される中性子束は、ＢＮＣＴに望ましいものである。それは、たとえば、多くの高エネルギー中性子がなくても、この中性子束は熱外中性子に容易に調整（減速）できるからである。加速器ベースの中性子源でこの反応を達成するために、線源物質（例えば、リチウム）を担持するターゲットが陽子加速器によって発生された陽子ビームで照射される。中性子は線源物質から放出され、ビーム整形アセンブリによって治療用の所望の中性子「ビーム」に減速され且つコリメートされる。陽子ビームのサイズは、ビーム成形アセンブリの出口での中性子ビームに匹敵するサイズまたはそれより小さいサイズにすることができる。例えば、陽子ビームのサイズは、約２０ｍｍから約１５０ｍｍの間とし得る。ＢＮＣＴのリチウムＰ，Ｎ反応には２つの一般的なアプローチ、陽子ビームエネルギーが約１．９ＭｅＶである「近閾値」と、陽子ビームエネルギーが約２．５ＭｅＶである「超しきい値」とがある。「近閾値」アプローチは、ターゲットからの中性子エネルギー分布が治療のための熱外エネルギー分布に近いという利点があり、したがって最小の減速を使用するだけでよい。「超しきい値」アプローチは、より高い中性子エネルギー分布を生成するため、より多くの減速を使用できるが、反応断面積内の約２．３ＭｅＶの大きなピークを利用して、中性子の初期収率を大幅に高めることができる。
【００２３】
本開示の実施形態は、直冷モジュール化回転ターゲット構造アプローチを使用して、上述の中性子発生システムの問題を克服する。例えば、いくつかの実施形態では、ディスクまたはドラムなどの回転可能構造体が、中央ハブ（本明細書では「回転支持具」ともいう）に取り付けられた複数のセグメント化されたターゲット「ペタル」（本明細書では「セグメント」ともいう）を含む。各ペタルは、専用のマイクロチャネルを介して直接冷却される。複数のターゲットペタル全体でターゲットを構成するということができる。各ペタルは、基板と、基材の表面に配置された固体中性子源層を含むことができる。例示的なシステムは、平面回転可能構造体上に１６個のペタルを含み、各ペタルは回転可能構造体の円周の２２．５度を占め、回転可能構造体は約１メートルの外径（ＯＤ）を有し、０．８４メートルの直径を中心に半径方向に０．１４メートルのペタル上にリチウムの半連続ストリップが堆積されている。
【００２４】
図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、ＢＮＣＴ用に適した装置のブロック図である。図１Ａに示すように、回転可能構造体１０２は、複数のターゲットペタルまたはセグメント１０４Ａ１０４Ｄを含み、複数のセグメント１０４Ａ〜１０４Ｄの各セグメントは、対応する中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄに結合された対応する基板１０６Ａ〜１０６Ｄを有する。中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄは固体リチウムを含むことができる。基板１０６Ａ〜１０６Ｄのうちの１つ以上は、（たとえば、中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄを固形に維持するために）関連する基板および／または中性子源層を能動的に冷却するマイクロチャネルなどの対応する冷却液チャネル（１１０Ａ〜１１０Ｄ）を含む。セグメント１０４Ａ〜１０４Ｄは、冷却液を導入するための入口１１２Ａおよび出口１１２Ｂを有する回転支持具１１２に随意に連結される。セグメント１０４Ａ〜１０４Ｄは、ねじ、ボルト、クイックディスコネクト金具、クランプなどのうちの１つ以上によって回転支持具１１２に結合することができる。冷却液は、水（例：油よりも高い熱容量と熱伝導率を提供する脱イオン水、水道水と比較して腐食性が低い）、グリコール、グリコール／水混合物、伝熱油（たとえば、故障中に起こり得る水／リチウム相互作用を避けるため）、「ガリンスタン」（市販の液体ガリウム／インジウム／スズ混合物）、液体窒素、および／またはその他の冷却剤の１つ以上を含むことができる。回転支持具１１２は、回転ウォーターシールおよび／または回転真空シールなどのカップリングを介して外部スピンドルアセンブリおよび／または駆動モーターに結合するように構成することができる。セグメント１０４Ａ〜１０４Ｄが回転支持具１１２に接続されると、冷却液チャネル１１０Ａ〜１１０Ｄは、回転支持具１１２の入口１１２Ａおよび出口１１２Ｂと密閉流体連通することができる。図１Ａはまた、陽子ビーム発生器１１３および陽子ビーム１１３Ａを示す。
【００２５】
セグメント１０４Ａ〜１０４Ｄの各セグメントは、環の一部、パイ形、または「セクタ」（円または楕円の２つの半径で囲まれた平面形状またはそれらの間の円弧として定義される）、裁頭セクタ（つまり、セクタの一部）、正方形、長方形のうちの１つとすることができる。
【００２６】
中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄは、リチウム、ベリリウム、または固形の別の適切な中性子源を、所望の中性子束を発生するのに十分な厚さで含むことができ、例えばリチウムについて少なくとも約１０μｍ、または少なくとも約９０μｍ（例えば、約４００μｍ超）、または約１０μｍ〜約２００μｍ、または約９０μｍ〜約１５０μｍである。
【００２７】
中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄは、熱結合によりセグメント１０４Ａ〜１０４Ｄの基板１０６Ａ〜１０６Ｄに接着することができる。例えば、いくつかの実施形態では、基板１０６Ａ〜１０６Ｄのうちの１つ以上は銅を含み、リチウム中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄは、圧力および温度法により１つ以上の銅基板１０６Ａ〜１０６Ｄに結合される。リチウムは反応性金属であるため、銅とアマルガムを形成する可能性がある。適切に結合すると、銅とリチウムの間に低い熱抵抗が形成される。中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄのそのような厚さでは、リチウムの下にある銅とは対照的に、使用中にリチウムに陽子が堆積される。場合によっては、１×１０１９イオン／ｃｍ２の線量まで中性子収量が低下せず、１×１０２０イオン／ｃｍ２以上の線量が可能であることが期待できる。中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄは、照射中に変化する可能性があり、例えば、脆くなったり、色が変わったりするが、無傷のままで同じまたはほぼ同じ中性子収量を生成する限り、使用に適している。
【００２８】
代わりにまたは加えて、中性子源層１０８Ａ〜１０８Ｄは基板１０６Ａ〜１０６Ｄ上に、例えば約１００ミクロンの薄層に蒸着することができる。このような設計にも、（上記の固定ターゲットで行われたように）非常に薄い耐ブリスター性中間層を含めることができる。ペタルのベースまたは基板は、銅またはアルミニウム製としてもよい。ステンレス鋼、チタン、モリブデンなどの材料も、分散熱出力が固定ターゲットよりもはるかに低いために使用可能である。
【００２９】
図１Ｂは、いくつかの実施形態による、ディスク状回転可能構造体の平面図の図である。図に示されるように、回転可能構造体１０２は、中央ハブ部分「Ｈ」を有し、該ハブに取り付けられ該ハブから放射状に広がる複数のセグメント１０４を備える。セグメント１０４はそれぞれ、例えば、回転可能構造体１０２の回転軸に実質的に垂直とし得る主表面を有する対応する中性子源層を含む。回転軸は、ハブ「Ｈ」の中心を通る該ハブに垂直の軸と定義することができる。図１Ｃは、図１Ｂの回転可能構造体の線Ａ-Ａ’に対応する断面図を示す図である。図１Ｃに示されるように、中性子源層１０８は、冷却液チャネル１１０が埋め込まれた基板１０６上に配置される。
【００３０】
図１Ｄは、いくつかの実施形態による、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）の一部として使用中の図１Ｂの回転可能構造体の図である。図に示されるように、回転可能構造体１０２がその回転軸を中心に回転するとともに、陽子ビーム発生器１１３が回転可能構造体１０２に向けて陽子ビーム１１３を放出するため、陽子ビーム１１３Ａは回転可能構造体１０２の表面、例えばセグメント１０４の中性子線源層で接触する。陽子ビーム１１３Ａは静止（例えば、所定の位置で）としてもよく、また回転可能構造体１０２の所定の領域にわたってラスタ走査してもよく、所定の領域は、固定としても時間とともに変化してもよい。陽子ビーム１１３Ａは、回転可能構造体１０２の接触面と、例えば約９０°の角度を形成することができる。回転可能構造体１０２は回転しているため、回転可能構造体１０２のセグメント１０４は陽子に連続的に接触することができる。陽子ビーム１１３Ａとセグメント１０４の中性子源層との相互作用の結果として、中性子ビーム１１３Ｂが発生され、（例えば、コリメータまたは他のビーム成形構造を介して）患者の治療領域Ｐに向けられる。
【００３１】
当該技術における中性子発生ターゲットの１つの主な故障モードは、ターゲット内の水素含浸である。ターゲット内に堆積した水素は、ターゲット材料に損傷を与え、ターゲットのブリスタリングを引き起こし、ターゲットの寿命を制限し、故障する前にターゲットの修理を必要とする。ブリスタリングとは、内部の水素圧がターゲット材料の強度を超えることによるターゲット材料の損傷（例えば、層間剥離、剥離、気泡など）である。陽子ビームがターゲットに当たると、陽子が停止する深さは、陽子のエネルギーと中性子源材料とにより決まる。例えば、銅基板に結合された厚いリチウム中性子源層（約４００μｍ）を持つターゲットでは、２．６ＭｅＶの陽子ビームはリチウム層内で停止され得る。代わりに、より薄いリチウム中性子源層（約１００μｍ〜約２００μｍ）が使用される場合、陽子ビームは銅層内で停止され得る。水素濃度が、内部圧力が材料の強度を超えるポイントに達すると、ブリスタリングが発生する可能性がある。ブリスタリングは、リチウム層内または銅層内で発生する可能性がある。
【００３２】
本開示は、ターゲットのブリスタリング故障を大幅に軽減するターゲット設計を提供する。当技術分野で使用されるターゲットでは、ターゲット基板の表面は実質的に平坦であり、中性子源材料はターゲット基板の上面に結合されている。同様のエネルギーを持つ陽子は、ターゲット内に同じ深さで停止する。その結果、この深さで水素濃度が高くなり、ターゲットにダメージを与える可能性がある。
【００３３】
本開示は、ターゲット基板の表面が改質された異なるターゲット設計を示す。いくつかの実施形態では、ターゲット基板は、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、または他の金属とすることができる。表面改質の目的は、ターゲット基板の粗さ（凹凸）を高めることにある。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ターゲット基板を材料除去プロセスで改質することができる。例えば、基板は吹き付け加工で改質することができる。凹凸の要件と基板材料に応じて、さまざまなブラスト媒体を使用することができる。いくつかの実施形態では、ブラスト媒体は、砂、二酸化ケイ素、メタルショットなどとすることができる。基板は、エッチングまたは研磨によって改質することもできる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、ターゲット基板は、材料付加プロセスで改質することもできる。例えば、真空蒸着、めっき、印刷、または他の技術により、材料の薄層をターゲット基板表面に付加することができる。いくつかの実施形態では、付加される材料は、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、または他の金属とし得る。
【００３６】
基板表面に生成される凹凸または特徴部は、周期的または非周期的であってよい。いくつかの実施形態では、特徴部の平均ピッチは約１μｍから約１０μｍの間とし得る。特徴部の深さ／高さは、約５μｍから約２０μｍの間とし得る。図２Ａ〜２Ｂは、本開示のいくつかの実施形態によるターゲットの断面図を示す。図２Ａに示されるように、ターゲット基板２０２は、一定のピッチを有する周期的表面特徴部を有するように改質することができる。図２Ｂに示されるように、ターゲット基板２０５は、非周期的な表面特徴部を有するように改質することができる。表面特徴部の平均ピッチは１μｍから１０μｍの間とし得る。表面特徴の高さは５μｍから２０μｍの間とし得る。
【００３７】
表面が改質された後、ターゲット基板を完全に洗浄して破片を除去することができる。次に、中性子源層をターゲット基板上に設けることができる。中性子源層は、さまざまな中性子発生反応に応じて、リチウム、ベリリウム、グラファイト（炭素）、またはその他の材料とすることができる。中性子源層は、確実にターゲット基板表面と密着されるように、加圧、蒸着、または他の方法によってターゲット基板表面上に設けることができる。たとえば、リチウムは基板に圧着することができる。いくつかの実施形態において、リチウム層の厚さは、約２ＭｅＶと約３ＭｅＶの間の陽子エネルギーでの中性子発生反応のために約１００μｍから約２００μｍとし得る。
【００３８】
次に、ターゲット基板と中性子源層のアセンブリを高温に加熱することができる。加熱は、ホットプレート、サーマルチャンバー、または火力を提供しうる他の機器で実行することができる。中性子源層の純度を維持し、望ましくない反応を防ぐために、アルゴンを充填したグローブボックスなどの不活性環境内で加熱を行うことができる。加熱温度と加熱時間は、基板材料と中性子源材料によって異なり得る。たとえば、銅基板上にリチウムを備えるターゲットの場合、２００℃で４時間加熱すると、リチウムと銅の間に良好な熱的および機械的結合を形成することができる。リチウムは銅とアマルガムを形成することができ、熱抵抗が低くなる。いくつかの実施形態では、加熱手順は不要にすることができる。例えば、リチウム中性子源層がターゲット基板に蒸着される場合、蒸着中にリチウムとターゲット基板との間に良好な結合が形成され得るため、加熱手順は省くことができる。
【００３９】
図２Ａに示されるように、中性子源層２０３をターゲット基板２０２の表面に設けることができる。ターゲットアセンブリ２０１全体を高温に加熱して、中性子源層２０３とターゲット基板２０２の間に良好な結合を形成することができる。図２Ｂに示されるように、中性子源層２０６をターゲット基板２０５の表面に設け、ターゲットアセンブリ２０４全体を高温に加熱して、中性子源層２０６とターゲット基板２０５の間に良好な結合を形成することができる。
【００４０】
当技術分野の既存の設計に対する、本明細書に記載の基板表面改質を備えるターゲット設計の利点は、基板の凹凸のためにプロトンがターゲット内に均一に停止しないことにある。その結果、水素は同じ深さに集中しない。この設計により、ターゲットのブリスタリングおよび材料の剥離を軽減することができる。
【００４１】
図３は、本開示のいくつかの実施形態による中性子発生ターゲットの製造方法３００を説明するフローチャートを示す。方法３００は、材料除去プロセスまたは材料付加プロセスのいずれかにより、ターゲット基板の表面を改質することができるステップ３０１で開始する。いくつかの実施形態では、材料除去プロセスは、吹き付け加工、エッチング、または研磨を含むことができる。いくつかの実施形態では、材料付加プロセスは、真空蒸着、めっき、または印刷を含むことができる。ステップ３０２において、加圧、蒸着、または他の技術により、中性子源層をターゲット基板の表面に設けることができる。次に、ステップ３０３において、中性子源層とターゲット基板のアセンブリ全体を、ある期間にわたって高温に加熱して、良好な熱的および機械的結合を形成することができる。
【００４２】
図４は、本開示のいくつかの実施形態による中性子発生ターゲット作成方法４００を説明するフローチャートを示す。方法４００は、中性子源層をターゲット基板上に設けるステップ４０１で始まる。いくつかの実施形態では、中性子源層をターゲット基板に圧着することができる。いくつかの実施形態において、中性子源層は、蒸着によりターゲット基板上に堆積することができる。ステップ４０２において、中性子源層をターゲット基板に結合することができる。例えば、中性子源層をターゲット基板上に圧着する場合、中性子源層とターゲット基板は、結合を形成するためにある期間にわたって高温に加熱することができる。中性子源層を蒸着によって堆積する場合、加熱ステップは省略できる。ステップ４０３において、中性子源層の上面を改質して１つ以上の表面特徴部を形成することができる。いくつかの実施形態では、改質は、吹き付け加工、エッチング、または研磨などの材料除去プロセスで行うことができる。いくつかの実施形態では、改質は、真空蒸着、めっき、または印刷などの材料付加プロセスで行うことができる。方法４００は、中性子源層の表面に凹凸を生成することができ、これはプロトンの停止深さの変化をもたらすため、水素の集中を軽減することができる。その結果、ターゲットのブリスタリングを防ぐことができる。
【００４３】
７Ｌｉ（ｐ，ｎ）→７Ｂｅの反応に関して上述した方法およびシステムは、他の中性子発生材料との他の中性子発生反応に拡張することができる。リチウムに対して１．９ＭｅＶ陽子ビームを用いる「近閾値」アプローチおよび２．５ＭｅＶ陽子ビームを用いる「超閾値」アプローチに加えて、ＢＮＣＴに提案されている他の反応には：４ＭｅＶ陽子ビームを用いる９Ｂｅ（ｐ，ｎ）、１．５ＭｅＶ重水素ビームを用いるＢｅ（ｄ，ｎ）、および１．５ＭｅＶ重水素ビームを用いる１３Ｃ（ｄ，ｎ）が含まれる。これらの反応を利用するために、リチウムシートの代わりにベリリウムの固体シートをペタルに熱結合し、４ＭｅＶ陽子または１．５ＭｅＶ重陽子のいずれかで衝撃することができる。さらに、１３Ｃ（ｄ，ｎ）反応を用いて中性子を生成するためにリチウムシートをグラファイトまたは炭素の薄いシートで置き換えることができる。
【００４４】
本発明のＢＮＣＴシステムおよび方法の実施形態の一般的な概略図が図５に示されている。例えば、図５を参照するに、ＢＮＣＴシステム５００は、中性子発生システム５５０と患者整位および治療システム５８０を含む。中性子発生システム５５０は、陽子ビーム発生器５１０と中性子源ターゲット５２０を含み、中性子源ターゲット５２０は回転可能構造体（図示せず）に設けられている。上述した本開示の回転可能構造体のいずれかを使用することができる。陽子ビーム発生器５１０は、例えば、それらが設置される施設の大きさおよび設計に応じて、中性子源ターゲット５２０に対して様々な異なる位置に配置することができる。発生された陽子ビームをターゲットに向けるために、さまざまな既知の偏向磁石または集束磁石を使用することができる。
【００４５】
陽子ビーム発生器５１０によって発生された陽子ビーム５９０は、例えば様々なタイプの集束磁石を含むことができるビーム輸送システム５１５を通過し、中性子源ターゲット５２０と反応して中性子を発生する。それらの中性子は一般にそれらのエネルギーに応じて中性子源の周りの複数の方向に発生され、高エネルギーの中性子はターゲットから前方に移動し、低エネルギーの中性子は中性子源に対して垂直にまたは後方に散乱する。ＢＮＣＴ治療のための所望のエネルギーおよび方向を有する中性子ビーム５７０を発生させるために、中性子発生システム５５０は、反射器５２６、ビーム減速器５９１、およびビームコリメータ５９２をさらに含む。必要なエネルギー範囲の中性子を捕捉するために、当技術分野で既知の任意の中性子ビーム反射器、減速器またはビームコリメータ／デリミタを使用し、それぞれ必要に応じターゲットの周囲に配置することができる。例えば、反射器５２６は、図５に示されるように、ターゲットの側部および後部の周囲に配置することができ、高原子番号材料（鉛、ビスマス、またはアルミナを含む）、または炭素質材料（グラファイトを含む）など、中性子を比較的吸収しない当技術分野で知られている任意の材料よりなるものとし得る。このようにすると、低エネルギーの後方散乱中性子がシステムに反射され、周囲の構成要素及び患者５９９を保護または遮蔽することができる。順方向の比較的高いエネルギーの中性子はそれらのエネルギーを所望のエピサーマル範囲に減らすために減速器５９１（同様に比較的中性子を吸収しない材料よりなる）により捕捉することができる。このようにすると、例えば、約５００ｋｅＶの初期エネルギーを有する中性子は、約１ｅＶから約１０ｋｅＶの最終エネルギーに減少させることができ、これはＢＮＣＴ治療に望ましい範囲である。適切な減速器材料は当技術分野で知られており、例えば、Ｄ２Ｏ、ＭｇＦ、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、Ａｌ、テフロン、およびそれらの混合物が含まれる。最後に、図に示されているように、ビームコリメータ５９２は、減速器５９１の後に配置して、所望の中性子ビームを生成し、患者５９９の標的５９８上に集束させることができる。
【００４６】
図５に示されるように、ＢＮＣＴシステム５００は患者整位および治療システム５８０をさらに含み、該システム５８０は患者に中性子ビームを送達するための機器および制御装置を含む。例えば、標的５９８を生成するために、選択したホウ素含有治療剤を処方された用量で患者５９９に投与するホウ素投与システムおよびプロトコルが使用される。予期された中性子ビーム経路と一致するように標的を正確に位置させるために制御システムが使用され、そのような制御システムは、当業者に知られているであろう。必要に応じ追加の機器や構成要素を使用することもでき、これらも当分野でよく知られている。
【００４７】
本明細書で使用される場合、「約」および「およそ」という用語は、一般に、記載された値のプラスまたはマイナス１０％を意味し、例えば、約２５０の値は２２５〜２７５を含み、約１，０００は９００〜１，１００を含む。
【００４８】
本開示の好ましい実施形態の上記の説明は、例示および説明の目的で提示されている。網羅的であること、または本発明を開示されたそのままの形態に限定することは意図されていない。様々な修正および変形が上記の教示を踏まえれば可能であり、またそれらは本発明を実施することで得ることができる。本明細書に提示された実施形態は、本発明の原理およびその実際の応用を説明し、当業者が、本発明を様々な実施形態においておよび考えられる特定の用途に適合する様々な変更とともに利用できるようにするために選択および説明されている。本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲およびそれらの同等物によって特定されることが意図されている。
【図１Ａ】
2020526000.tif 000003
【図１Ｂ】
2020526000.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月23日(2020.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子発生ターゲットを製造する方法であって、該方法は、
ターゲット基板の表面を１つ以上の表面特徴部を形成するように改質するステップと、
前記ターゲット基板の表面に中性子源層を配置するステップと、
を備え、
前記１以上の表面特徴部の高さは、前記中性子源層の厚さよりも低い、方法。
【請求項２】
前記ターゲット基板の表面を改質するステップは、材料除去プロセスまたは材料付加プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料除去プロセスは、吹き付け加工、エッチング、または研磨を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記材料付加プロセスは、真空蒸着、めっき、または印刷を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ターゲット基板の表面に中性子源層を配置するステップは、前記中性子源層を前記ターゲット基板の表面に押し付けるステップ、または前記中性子源層を蒸着により前記ターゲット基板の表面に堆積するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記中性子源層と前記ターゲット基板とを結合するために、前記中性子源層と前記ターゲット基板とをある時間にわたって高温に加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記高温は約１００℃から約５００℃の間である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記時間は約０．１時間から１０時間の間である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記ターゲット基板は、銅、アルミニウム、チタン、モリブデン、およびステンレス鋼のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記中性子源層は、リチウム、ベリリウム、および炭素の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記中性子源層の上面を１つ以上の追加の表面特徴部を形成するように改質するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
凹凸表面を有し、該凹凸表面が１つ以上の表面特徴部を含む、ターゲット基板と、
前記ターゲット基板の表面に配置され且つ前記ターゲット基板に結合された中性子源層と、
を含み、
前記１以上の表面特徴部の高さは、前記中性子源層の厚さよりも低い、中性子発生ターゲット。
【請求項１３】
前記１つ以上の表面特徴部は前記ターゲット基板内にへこんだ凹部である、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１４】
前記１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の深さを有する、請求項１３に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１５】
前記１つ以上の表面特徴部は、前記ターゲット基板から突出した凸部である、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１６】
前記１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の高さを有する、請求項１５に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１７】
前記１つ以上の表面特徴部は、約１ミクロンから約５０ミクロンの間の平均ピッチを有する複数の表面特徴部を含む、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１８】
前記ターゲット基板は、銅、アルミニウム、チタン、モリブデン、およびステンレス鋼のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項１９】
前記中性子源層は、リチウム、ベリリウム、および炭素の少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【請求項２０】
前記中性子源層は、約１０ミクロンから約５００ミクロンの間の厚さを有する、請求項１２に記載の中性子発生ターゲット。
【国際調査報告】
2020526000.tif 000012
2020526000.tif 000013
2020526000.tif 000014