屏蔽设施及其制造方法技术

在实施例中，本公开是一种设施，其包括：装置，被配置为产生能量范围为5MeV至500MeV的能束；第一放射屏蔽壁，围绕该装置；第二放射屏蔽壁，围绕第一放射屏蔽壁；放射屏蔽填充材料，位于的第一放射屏蔽壁和第二放射屏蔽壁之间，形成第一屏障。在实施例中，该放射屏蔽填充材料包括按重量计至少百分之五十的原子序数为12至83的元素，并且该第一屏障的厚度为0.5米至6米。米。米。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】屏蔽设施及其制造方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2018年12月14日提交的序列号为62/779,822的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。联邦政府资助的研究或开发
[0002]无


[0003]在实施例中，本公开大体上涉及放射屏蔽和强子屏蔽领域，强子例如是与强子治疗相关联的以及与放射治疗中的光子屏蔽的应用相关联的质子、中子、π介子和重离子。在实施例中，本公开大体上涉及放射屏蔽领域，包括但不限于放射治疗、核电、科学研究和工业加速器，其中独立于结构的屏蔽材料的优化可能是有益的。

技术介绍

[0004]粒子生成和加速设施用于许多应用，例如科学研究、发电、工业无损检测和医疗。多年来，光子(x射线和伽马射线)和电子束形式的放射已用于诊断、治疗、靶向、工业、航空航天和研究目的。用于这些目的的能量水平的范围从低KeV水平(5KeV到250KeV)直到25MeV，其中，10MeV到25MeV光子和电子束代表当今放射治疗中通常采用的最高能量。由于这些放射类型和能量水平历来代表了所有此类用途的绝大多数，因此为容纳这种放射而建造的拱顶(vault)历来采用最适合物理挑战的组合的材料、装置和方法，这些物理挑战是这些类型的放射和如此使用的能量和强度水平所特有的。鉴于这一系列物理挑战，目标相对简单：阻止或遏制电子和光子和/或由初级放射源的相互作用产生的任何其他形式的次级电离辐射。高能电子束以及它们产生的任何次级(散射)放射相对容易被阻止。高能光子具有更强的穿透力并产生更多的散射放射，因此需要更坚固的屏蔽结构(拱顶)。因此，光子放射、穿透和衰减的物理特性是制定常规放射治疗屏蔽方案时的主要考虑因素；即在所用材料的选择以及防护拱顶(containment vault)的设计和构造时。从历史上看，对于这些物理要求和约束最常用的方案是混凝土拱顶和/或混凝土块，其中壁和天花板的厚度从两(2)英尺到八(8)英尺，其中，混凝土用于满足屏蔽要求，同时也用作结构，或是结构上独立的。近年来，已经引入了另一种方案，其将屏蔽组件和结构组件分开，并使用不同的材料满足这两个要求中的每一个。例如，RAD技术医疗系统(RAD Technology Medical Systems)的PRO系统拱顶和临时放射治疗拱顶(TRV)均使用组装的钢模块来满足拱顶的结构要求，并且这些模块还充当容器以容纳“任何足够密集的可以很容易地在当地采购的颗粒材料”以满足屏蔽要求。这些现有的RAD技术方案允许典型的放射肿瘤学或工业拱顶模块化且易于运输，但由于使用密度低于混凝土的屏蔽材料，因此通常在物理上比浇筑的混凝土或混凝土块拱顶更大。由于相对较低的能量，整体尺寸(占地面积)的差异通常不够显著以至于没有意义。但在可运输性、可恢复性和适应性方面的差异代表屏蔽行业的范式转变。也就是说，RAD技术的(RAD Technology
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s)现有的拱顶与传统的混凝土拱顶有一个共同的特点：它们的设计和
建造是为了屏蔽中程能量光子甚至从中产生的更低能量的次级中子。然而，次级中子放射相对较小，因此不是重要的考虑因素。通过添加一两英寸的硼酸聚乙烯和可能的一些附加的胶合板或石膏，少量的次级中子放射得到处理：拱顶的基本设计保持不变。
[0005]然而，近年来，质子加速器越来越受欢迎并普及了新的不同的治疗方式：质子治疗。这些质子加速器运行的能量比光子和电子束方式大得超过一个完整的数量级，并带来了一系列全新的物理挑战以及随之而来的对新屏蔽方案的需求。来自质子、中子或其他重粒子例如强子的产生和/或使用的放射无论是初级束还是作为初级束的副产品产生的次级放射，都必须被屏蔽以保护附近的职员、公众和设备。因此，包含该设备的设施的设计和构造必须提供对各种放射类型、能量和强度的充分衰减，以防止暴露于人，有时还包括设施内外的设备。此类设施内外的放射水平也必须符合适当的联邦和州法规。
[0006]质子和其他重离子加速器设施通常由厚度可达8到20英尺或更大的混凝土壁、天花板和地板制成。混凝土参与设施的屏蔽和结构两者。然而，事实证明，这在时间、金钱和不动产(大小/占地面积)方面非常昂贵。在能量有时会超过250MeV/核子(质子或中子)来加速质量更大的质子和重离子粒子(例如，碳离子)的情况下，屏蔽物理挑战不仅更加巨大，而且与传统放射治疗有着根本的不同。
[0007]该新挑战的主要关注点是中子穿透。质子和中子的质量是电子的1800多倍，这些新粒子束加速器的加速能量可以比光子和电子束方式中传统使用的最高能量高超过10倍。与伽马放射一样，中子与物质发生散射和吸收相互作用。这些相互作用形成了用于屏蔽中子放射的方法的基础。然而，与主要与物质中的原子电子相互作用的伽马放射不同，中子主要与原子核相互作用。因此，有利于中子屏蔽的材料类型与在衰减伽马放射方面最有效的致密、高原子序数吸收剂完全不同。一般来说，对于快中子，散射相互作用比俘获相互作用更有可能。此外，由于中子的能量通过散射相互作用而减少，所以附加的中子相互作用(例如俘获)的概率和数量增加。高能质子(或重离子)与加速装置内、空气中、患者体内的对象或组成部分、与室中的其他对象甚至与屏蔽壁本身的相互作用导致次级放射或散射放射。这也发生在传统的光子和电子束方式中。然而，与光子和电子方式不同的是，在这些更高能量下，质量更大的强子粒子会经历不同的相互作用，并产生显著水平的中子放射，涵盖从接近零到束能量的宽的能量谱。每个不同的能量粒子会经历不同的初级反应，具有不同的反应概率。质子基本上完全被患者吸收，而产生的次级粒子、光子、以及最重要的是中子
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穿透屏蔽屏障并成为主要的屏蔽挑战。这种广谱、高能、高通量的中子放射挑战需要完全不同的屏蔽方法。
[0008]此外，这种新的放射环境的重大挑战是“激活”，其中，传统的屏蔽材料
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混凝土
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由于长时间暴露于非常高能量的放射而变得具有放射性。这种“激活的”混凝土的某些组分需要数年甚至数十年的时间才能衰减到安全水平，因此可能是直接且长期的安全隐患。
[0009]从屏蔽的观点来看，传统的强子和放射设施具有许多缺点。传统的屏蔽壁通常由混凝土混合物组成，并通过连续的浇筑操作就地形成，这导致调度困难和大量时间损失，从而转换为失去市场机会(收入)。必须使用极厚混凝土壁增加了强子束设施本已很大的成本和占地面积，并减少了设施内和财产本身的可用空间量。此外，它不允许对所得到的结构进行容易的修理或修改。结构在其使用寿命结束时的退役和移除由于需要移除和适当地处置屏蔽屏障中的放射性材料而变得复杂。在传统的混凝土屏蔽拱顶中，一些混凝土屏障材料
由于受到大的、高能粒子的长期轰击而被放射性激活。由于具有显著的放射性半衰期，该材料必须留在原地、被保护起来并与人类互动隔离，或者根据适用的法律和法规进行分解和处置，并以大量的劳动力、时间和金钱为代价。此外，混凝土是不均匀的，这会导致屏蔽壁的屏蔽密度不一致或其他特性变化以及随着时间而劣化，导致放射粒子的不完全俘获和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设施，包括：a)装置，被配置为产生能量范围为5MeV至500MeV的放射能束，b)第一屏蔽屏障，围绕所述装置，其中，所述屏蔽屏障的厚度为0.5米至6米，并且其中，所述屏蔽屏障包括：i)第一放射屏蔽壁，围绕所述装置；ii)第二放射屏蔽壁，围绕所述第一放射屏蔽壁；iii)放射屏蔽填充材料，位于所述第一放射屏蔽壁和所述第二放射屏蔽壁之间，其中，所述放射屏蔽填充材料包括按重量计至少百分之五十的原子序数为12至83的元素。2.根据权利要求1所述的设施，其中，所述原子序数为12至83的元素选自由铁、铅、钨和钛组成的组。3.根据权利要求1或2所述的设施，其中，基于放射屏蔽填充材料的总重量，所述放射屏蔽填充材料包括按重量计的至少百分之五十的磁铁矿或赤铁矿中的至少一种。4.根据权利要求3所述的设施，其中，所述放射屏蔽填充材料是粒状的。5.根据权利要求1至4所述的设施，其中，所述能量范围选自由5MeV至70MeV、5MeV至250MeV和5MeV至300MeV组成的组。6.根据权利要求1至5所述的设施，其中，所述第一放射屏蔽壁或所述第二放射屏蔽壁中的至少一个包括安装在结构外骨骼上的面板。7.根据权利要求1至6所述的设施，其中，所述第一放射屏蔽壁或所述第二放射屏蔽壁中的至少一个包括钢。8.根据权利要求1至7所述的设施，还包括第二屏蔽屏障，其中，所述第二屏蔽屏障包括：第三放射屏蔽壁，围绕所述第一屏蔽屏障的第二放射屏蔽壁；以及第二放射屏蔽填充材料，位于所述第一屏蔽屏障的第二放射屏蔽壁和所述第二屏蔽屏障的第三放射屏蔽壁之间，其中，所述第二放射屏蔽填充材料包括按重量计至少百分之二十五的原子序数为1至8的元素，并且其中，所述第二屏蔽屏障的厚度为0.5米至6米。9.根据权利要求8所述的设施，其中，所述第三放射屏蔽壁包括安装在结构外骨骼上的面板。10.根据权利要求8所述的设施，其中，所述第三放射屏蔽壁包括钢。11.根据权利要求8所述的设施，其中，所述原子序数为1至8的元素选自由氢、碳、氧和硼组成的组。12.根据权利要求8所述的设施，其中，所述第二放射屏蔽填充材料包括硼砂、石膏、硬硼酸钙石、塑料复合材料或石灰中的至少一种。13.根据权利要求1至12所述的设施，其中，所述放射能束包括以下中的至少一种：粒子或光子。14.根据权利要求13所述的设施，其中，所述粒子是强子。15.根据权利要求14所述的设施，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：拉德技术医疗系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：