[发明专利]一种用于硼中子俘获治疗照射束的新型中子能谱仪

说明书

本发明涉及一种用于硼中子俘获治疗照射束的新型中子能谱仪，属于肿瘤治疗技术领域，所述能谱仪包括慢化吸收体和设置在其内的多个热中子探测单元，每个热中子探测单元的探测面与慢化吸收体的端面平行，且每个热中子探测单元在慢化吸收体内的深度各不相同；每个热中子探测单元包括探测器和中子‑带电粒子转换体，并在探测器和中子‑带电粒子转换体之间设置有限制光阑，整体封装在铝壳内。本发明提供的能谱仪不但能够覆盖BNCT照射束的全能区，而且能够较大幅度提高谱仪的能量分辨能率，以降低谱积分注量的测量不确定度，同时可在强中子和γ混合场中正常工作，以实现治疗束流强度下中子能谱的在线、快速测量。

技术领域

本发明属于能谱仪技术领域，具体涉及一种用于硼中子俘获治疗照射束的新型中子能谱仪。

背景技术

硼中子俘获治疗(BNCT)是一种二元靶向放射疗法，即将亲肿瘤细胞的硼携带剂药物注射入患者血液中，含硼药物通过代谢作用在肿瘤细胞中聚集，再利用与¹⁰B俘获反应截面大的低能中子(热或超热中子—热中子束治疗浅表肿瘤，超热中子束治疗深部肿瘤)辐照病灶区，产生高传能线密度(LET)的α粒子和⁷Li核，两者在组织中的组合射程约为12～13μm，与一个细胞的尺寸相当，从而有选择性地杀死肿瘤细胞，达到精准治疗的功效。由照射束的产生方式和治疗的需要决定，BNCT照射束具有如下特点：1)能量范围宽(中子：热能～约10MeV，并以热中子或超热中子为主要成分；γ：几十keV～约10MeV)；2)辐射强度高(中子注量率：约10⁹cm^-2s^-1；γ注量率：约10⁷cm^-2s^-1；3)通常为锥形准直的发散束，因而可能伴随较强的室散射本底(由治疗室墙壁和顶棚及地面散射造成)。

由于BNCT照射束特点的限制，目前国际上用于其中子能谱测量的装置主要以阈活化片探测器和Bonner球谱仪为主，其它如：气泡(过热液滴)探测器、反冲质子正比计数器、有机闪烁体探测器等，尽管具有更好的能量分辨力，可降低测量结果的不确定度，但覆盖的中子能量范围均在BNCT照射束的主要能区以外(10keV以上)，且不适合强辐射场的测量(系统死时间限制)，只能用于快中子能区的验证性测量。以下针对与本发明设计思想相关的阈活化片探测器和Bonner球谱仪的技术原理和特点进行阐述。

阈活化片探测器是阈探测器的一种，由一组具有不同中子活化反应阈能的活化片组成，其测量中子能谱的基本原理是：活化片在待测中子场中辐照，如图1所示，由于每个活化片对阈上中子的能量响应不同(对阈下中子无响应)，因而由中子活化反应产生的放射性核素的饱和活度(即反应率)不同，而每个活化片的饱和活度正比于入射中子的注量率(单位时间单位面积的中子数目)，从而可通过对饱和活度进行反演(即解谱)得到中子注量率随中子能量的分布，即中子能谱。阈活化片探测器的优点是：1)覆盖能量范围宽(热能～约15MeV)；2)适合于伴随强γ辐射的高中子注量率中子场测量。缺点是：1)阈能由活化片材料决定，不能任意选取，因而在某些能区能量分辨率差，测量不确定度大，以BNCT超热束为例，不同中子成分的谱积分注量的相对标准不确定度(典型值)为：热中子能区(0.5eV以下)：20％～25％，超热中子能区(0.5eV～10keV)：5％～10％，快中子能区(10keV以上)：25％～30％；2)需离线测量每个活化片的活度，过程繁琐冗长。