[0001] 本发明一方面涉及一种辐射线照射系统，尤其涉及一种中子捕获治疗系统；本发明另一方面涉及一种用于辐射线照射系统的射束整形体，尤其涉及一种用于中子捕获治疗系统的射束整形体。

[0002] 随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。

[0003] 为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。

[0004] 硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是利用含硼(10B)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由10B(n,α)7Li中子捕获及核分裂反应产生4He和7Li两个重荷电粒子。参照图1和图2，其分别示出了硼中子捕获反应的示意图和10B(n,α)7Li中子捕获核反应方程式，两荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(Linear Energy Transfer,LET)、短射程特征，α粒子的线性能量转移与射程分别为150keV/μm、8μm，而7Li重荷粒子则为175keV/μm、5μm，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。

[0005] 因硼中子捕获治疗的成效取决于肿瘤细胞位置含硼药物浓度和热中子数量，故又被称为二元放射线癌症治疗(binary cancer therapy)；由此可知，除了含硼药物的开发，中子射源通量与品质的改善在硼中子捕获治疗的研究中占有重要角色。

[0006] 因此，有必要提出一种新的技术方案以解决上述问题。

[0032] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0033] 如图3，本实施例中的中子捕获治疗系统优选为硼中子捕获治疗系统100，包括中子产生装置10、射束整形体20、准直器30和治疗台40。中子产生装置10包括加速器11和靶材T，加速器11对带电粒子(如质子、氘核等)进行加速，产生如质子线的带电粒子线P，带电粒子线P照射到靶材T并与靶材T作用产生中子，中子形成中子束N，中子束N限定一根主轴X，靶材T优选为金属靶材。图示及下文所述中子束N方向不代表实际的中子运动方向，而是代表中子束N整体运动趋势的方向。依据所需的中子产率与能量、可提供的加速带电粒子能量与7
电流大小、金属靶材的物化性等特性来挑选合适的核反应，常被讨论的核反应有Li(p,n)
7Be及9Be(p,n)9B，这两种反应皆为吸热反应。两种核反应的能量阀值分别为1.881MeV和
2.055MeV，由于硼中子捕获治疗的理想中子源为keV能量等级的超热中子，理论上若使用能量仅稍高于阀值的质子轰击金属锂靶材，可产生相对低能的中子，不需太多的缓速处理便可用于临床，然而锂金属(Li)和铍金属(Be)两种靶材与阀值能量的质子作用截面不高，为产生足够大的中子通量，通常选用较高能量的质子来引发核反应。理想的靶材应具备高中子产率、产生的中子能量分布接近超热中子能区(将在下文详细描述)、无太多强穿辐射产生、安全便宜易于操作且耐高温等特性，但实际上并无法找到符合所有要求的核反应。本领域技术人员熟知的，靶材T也可以由Li、Be之外的金属材料制成，例如由Ta或W及其合金等形成。加速器11可以是直线加速器、回旋加速器、同步加速器、同步回旋加速器。

[0034] 硼中子捕获治疗的中子源产生的为混合辐射场，即射束包含了低能至高能的中子、光子；对于深部肿瘤的硼中子捕获治疗，除了超热中子外，其余的辐射线含量越多，造成正常组织非选择性剂量沉积的比例越大，因此这些会造成不必要剂量的辐射应尽量降低。除了空气射束品质因素，为更了解中子在人体中造成的剂量分布，本发明的实施例中使用人体头部组织假体进行剂量计算，并以假体射束品质因素来作为中子射束的设计参考，将在下文详细描述。

[0035] 国际原子能机构(IAEA)针对临床硼中子捕获治疗用的中子源，给定了五项空气射束品质因素建议，此五项建议可用于比较不同中子源的优劣，并供以作为挑选中子产生途径、设计射束整形体时的参考依据。这五项建议分别如下：

[0036] 超热中子射束通量Epithermal neutron flux>1x 109n/cm2s

[0037] 快中子污染Fast neutron contamination<2x 10-13Gy-cm2/n

[0038] 光子污染Photon contamination<2x 10-13Gy-cm2/n

[0039] 热中子与超热中子通量比值thermal to epithermal neutron flux ratio<0.05[0040] 中子电流与通量比值epithermal neutron current to flux ratio>0.7[0041] 注：超热中子能区在0.5eV到40keV之间，热中子能区小于0.5eV，快中子能区大于40keV。

[0042] 1、超热中子射束通量：

[0043] 中子射束通量和肿瘤中含硼药物浓度共同决定了临床治疗时间。若肿瘤含硼药物浓度够高，对于中子射束通量的要求便可降低；反之，若肿瘤中含硼药物浓度低，则需高通量超热中子来给予肿瘤足够的剂量。IAEA对于超热中子射束通量的要求为每秒每平方厘米的超热中子个数大于109，此通量下的中子射束对于目前的含硼药物而言可大致控制治疗时间在一小时内，短治疗时间除了对病人定位和舒适度有优势外，也可较有效利用含硼药物在肿瘤内有限的滞留时间。

[0044] 2、快中子污染：

[0045] 由于快中子会造成不必要的正常组织剂量，因此视之为污染，此剂量大小和中子能量呈正相关，因此在中子射束设计上应尽量减少快中子的含量。快中子污染定义为单位超热中子通量伴随的快中子剂量，IAEA对快中子污染的建议为小于2x 10-13Gy-cm2/n。

[0046] 3、光子污染(γ射线污染)：

[0047] γ射线属于强穿辐射，会非选择性地造成射束路径上所有组织的剂量沉积，因此降低γ射线含量也是中子束设计的必要要求，γ射线污染定义为单位超热中子通量伴随的γ射线剂量，IAEA对γ射线污染的建议为小于2x 10-13Gy-cm2/n。

[0048] 4、热中子与超热中子通量比值：

[0049] 由于热中子衰减速度快、穿透能力差，进入人体后大部分能量沉积在皮肤组织，除黑色素细胞瘤等表皮肿瘤需用热中子作为硼中子捕获治疗的中子源外，针对脑瘤等深层肿瘤应降低热中子含量。IAEA对热中子与超热中子通量比值建议为小于0.05。

[0050] 5、中子电流与通量比值：

[0051] 中子电流与通量比值代表了射束的方向性，比值越大表示中子射束前向性佳，高前向性的中子束可减少因中子发散造成的周围正常组织剂量，另外也提高了可治疗深度及摆位姿势弹性。IAEA对中子电流与通量比值建议为大于0.7。

[0052] 利用假体得到组织内的剂量分布，根据正常组织及肿瘤的剂量-深度曲线，推得假体射束品质因素。如下三个参数可用于进行不同中子射束治疗效益的比较。

[0053] 1、有效治疗深度：

[0054] 肿瘤剂量等于正常组织最大剂量的深度，在此深度之后的位置，肿瘤细胞得到的剂量小于正常组织最大剂量，即失去了硼中子捕获的优势。此参数代表中子射束的穿透能力，有效治疗深度越大表示可治疗的肿瘤深度越深，单位为cm。

[0055] 2、有效治疗深度剂量率：

[0056] 即有效治疗深度的肿瘤剂量率，亦等于正常组织的最大剂量率。因正常组织接收总剂量为影响可给予肿瘤总剂量大小的因素，因此参数影响治疗时间的长短，有效治疗深度剂量率越大表示给予肿瘤一定剂量所需的照射时间越短，单位为cGy/mA-min。

[0057] 3、有效治疗剂量比：

[0058] 从大脑表面到有效治疗深度，肿瘤和正常组织接收的平均剂量比值，称之为有效治疗剂量比；平均剂量的计算，可由剂量-深度曲线积分得到。有效治疗剂量比值越大，代表该中子射束的治疗效益越好。

[0059] 为了使射束整形体在设计上有比较依据，除了五项IAEA建议的空气中射束品质因素和上述的三个参数，本发明实施例中也利用如下的用于评估中子射束剂量表现优劣的参数：

[0060] 1、照射时间≤30min(加速器使用的质子电流为10mA)

[0061] 2、30.0RBE-Gy可治疗深度≥7cm

[0062] 3、肿瘤最大剂量≥60.0RBE-Gy

[0063] 4、正常脑组织最大剂量≤12.5RBE-Gy

[0064] 5、皮肤最大剂量≤11.0RBE-Gy

[0065] 注：RBE(Relative Biological Effectiveness)为相对生物效应，由于光子、中子会造成的

[0066] 生物效应不同，所以如上的剂量项均分别乘上不同组织的相对生物效应以求得等效剂量。

[0067] 中子产生装置10产生的中子束N依次通过射束整形体20和准直器30照射向治疗台40上的患者200。射束整形体20能够调整中子产生装置10产生的中子束N的射束品质，准直器30用以汇聚中子束N，使中子束N在进行治疗的过程中具有较高的靶向性。射束整形体20进一步包括支撑部21(图1中未示出，在下文详述)和填充在支撑部21内的主体部23，支撑部
21形成至少一个容纳单元C1-C4，每个容纳单元容纳主体部23的至少一部分。设置支撑部可以防止主体部材料本身变形损坏，影响换靶及射束品质。主体部23包括缓速体231、反射体
232和辐射屏蔽体233，中子产生装置10生成的中子由于能谱很广，除了超热中子满足治疗需要以外，需要尽可能的减少其他种类的中子及光子含量以避免对操作人员或患者造成伤害，因此从中子产生装置10出来的中子需要经过缓速体231将其中的快中子能量调整到超热中子能区，缓速体231由与快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料制成，如包括D2O、Al、AlF3、MgF2、CaF2、LiF、Li2CO3或Al2O3中的至少一种；反射体232包围缓速体231，并将穿过缓速体231向四周扩散的中子反射回中子束N以提高中子的利用率，反射体232由具有中子反射能力强的材料制成，如包括Pb或Ni中的至少一种；辐射屏蔽体233用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量，辐射屏蔽体233的材料包括光子屏蔽材料和中子屏蔽材料中的至少一种，如光子屏蔽材料铅(Pb)和中子屏蔽材料聚乙烯(PE)。可以理解，主体部还可以有其他的构造，只要能够获得治疗所需超热中子束即可。靶材T设置在加速器11和射束整形体20之间，加速器11具有传输带电粒子线P的传输管111，本实施例中，传输管111沿带电粒子线P方向伸入射束整形体20，并依次穿过缓速体231和反射体232，靶材T设置在缓速体231内并位于传输管111的端部，以得到较好的中子射束品质。本实施例中，传输管111与缓速体231和反射体232之间设置第一、第二冷却管D1、D2，第一、第二冷却管D1、D2的一端分别与靶材T的冷却进口(图未示)和冷却出口(图未示)连接，另一端连接到外部冷却源(图未示)。可以理解，第一、第二冷却管还可以以其他方式设置在射束整形体内，当靶材置于射束整形体之外时，还可以取消。

[0068] 参阅图4和图5，支撑部21包括围绕主轴X周向封闭的外壁211和沿中子束N方向分别设置在外壁211两侧并与外壁211连接的第一、第二侧板221、222，第一侧板221上设置传输管111穿过的孔2211，第二侧板222上设置形成射束出口的孔2221，外壁211和第一、第二侧板221、222之间形成容纳部C，主体部23设置在容纳部C内。容纳部C包括至少一个容纳单元C1-C4(下文详述)，每个容纳单元C1-C4容纳缓速体231、反射体232和辐射屏蔽体233中的至少1个，至少一个容纳单元C1-C4同时容纳、缓速体、反射体和辐射屏蔽体中的至少2个或同时容纳至少两种不同的材料。可以理解，也可以不设置第一、第二侧板，由外壁包围形成容纳部。

[0069] 支撑部21还包括围绕主轴X周向封闭并延伸在第一、第二侧板221、222之间的至少一个内壁，本实施例中径向向内分别设置第一、第二内壁212、213，定义径向为垂直于主轴X的方向。支撑部21还包括沿中子束N方向设置在第一、第二侧板221、222之间的第一横板223，围绕主轴X周向封闭并延伸在第一横板223和第一侧板221之间的第三内壁214及围绕主轴X周向封闭并从第一横板223向第二侧板222延伸的第四内壁215。第三内壁214比第二内壁213在径向上更靠近主轴X，第四内壁215径向上位于第二内壁213和第三内壁214之间，第一横板223延伸在第三内壁214和第四内壁215之间。第三内壁214的内表面与第一侧板
221上孔2211的侧壁在同一表面上，第三内壁214形成传输管111、第一、第二冷却管D1、D2等的安装部。沿中子束N方向在第四内壁215和第二侧板222之间邻接第四内壁215设置第二横板224，第二横板224从第二内壁213径向向内延伸，第二横板224上设置中子束N穿过的孔
2241，孔2241的内壁比第四内壁215的内侧更靠近主轴X。可以理解，也可以不设置第二横板，第一横板可以延伸到外壁或其他内壁，还可以在外壁和内壁、内壁和内壁之间设置多个横板。

[0070] 本实施例中，射束整形体整体为圆柱形，外壁、内壁在垂直于主轴X方向的横截面均为围绕主轴X的圆环并平行于主轴X延伸，侧板、横板均为垂直于主轴X延伸的平板，可以理解，也可以有其他设置，如延伸方向与主轴倾斜，外壁在垂直于主轴方向的外轮廓也可以是方形、矩形或多边形的，便于运输、安装。外壁211、第一内壁212、第一侧板221和第二侧板222之间形成第一容纳单元C1，第一内壁212、第二内壁213、第一侧板221和第二侧板222之间形成第二容纳单元C2，第二内壁213、第三内壁214、第四内壁215、第一侧板221、第一横板
223和第二横板224之间形成第三容纳单元C3。

[0071] 本实施例中，第一容纳单元C1内设置相应形状的PE块241；第二容纳单元C2内沿中子束N方向依次设置铅块242和PE块241，铅块和PE块的体积比值小于等于10，铅块和PE块的分界面垂直于中子束N方向，可以理解，也可以为其他比例或其他分布。本实施例中辐射屏蔽体233包括中子屏蔽体和光子屏蔽体，PE块241作为中子屏蔽体，铅块242同时作为反射体231和光子屏蔽体。

[0072] 本实施例中，第三容纳单元C3内设置铅块242、铝合金块243、特氟龙块244和PE块241，铝合金块243和特氟龙块244整体设置成包括至少一个锥体状的形状，PE块241邻接第二横板224设置，铅块242填充其余的区域，铝合金块243和特氟龙块244整体将第三容纳单元C3内的铅块242分为两个部分。铝合金块243和特氟龙块244分别作为缓速体232的第一、第二补充部分，可以降低缓速体的制造成本，同时，不会对射束品质有较大的影响，第一和第二补充部分整体设置成包括至少一个锥体状的形状，能够获得更好的射束品质及治疗效果。特氟龙块244同时具有更好的快中子吸收效果，可以降低射束中的快中子含量。铅块242同时作为反射体231和光子屏蔽体。PE块241作为中子屏蔽体，可以理解，也可以不设置PE块。

[0073] 结合图6，本实施例中，沿中子束N方向依次设置铝合金块243和特氟龙块244，铝合金块243和特氟龙块244整体设置成两个相反方向相互邻接的锥体状，铝合金块243本身也设置成两个相反方向相互邻接的锥体状，铝合金块243包括沿中子束N方向依次设置的第一锥体部2431和第二锥体部2432，第一锥体部2431的外轮廓的径向尺寸沿中子束N方向整体趋势逐渐变大，第二锥体部2432在第一锥体部2431外轮廓的径向尺寸最大处与第一锥体部2431连接，第二锥体部2432的外轮廓的径向尺寸沿中子束N方向整体趋势逐渐缩小。特氟龙块244在第二锥体部2432外轮廓的径向尺寸最小处与第二锥体部2432邻接，特氟龙块244外轮廓的径向尺寸沿中子束N方向整体趋势逐渐缩小，且在外轮廓的径向尺寸最小处与PE块
241接触。铝合金块243和特氟龙块244在沿主轴X所在的平面的横截面轮廓为不规则四边形或多边形。铝合金块243在第一锥体部2431具有与铅块242接触的第一侧A1，在第二锥体部
2432具有与铅块242接触的第二侧A2和与石墨块244接触的第三侧A3，在第一和第二锥体部共同具有与第三内壁214、第四内壁215和第一横板223接触的第四侧A4，本实施例中，第四侧A4为台阶面。特氟龙块244具有与铝合金块243接触的第五侧A5，与铅块242接触的第六侧A6，与第四内壁215接触的第七侧A7，与PE块241接触的第八侧A8。其中，第三侧A3和第五侧A5邻接并作为铝合金块243和特氟龙块244的分界面，本实施例中该分界面垂直于中子束N方向。本实施例中铝合金块243和特氟龙块244的体积比值为5-20，可以理解，根据治疗需要的中子束，如不同的照射深度，也可以采用其他比例或有其他分布。

[0074] 在中子束N方向上从第一横板223到第二横板224并由第四内壁215包围的区域形成第四容纳单元C4，第四容纳单元C4与第三容纳单元C3径向上邻接。本实施例中，第四容纳单元C4内设置氟化镁块245作为缓速体232的基本部分，氟化镁块245含Li-6，可同时热中子吸收体，从而设置在第三容纳单元C3内的缓速体的第一、第二补充部分包围设置在第四容纳单元C4内的缓速体的基本部分。氟化镁块245整体为柱状，包括与中子束N方向基本垂直的第一、第二端面A9、A10，第一、第二端面A9、A10沿中子束方向依次设置，第一端面A9朝向第一侧板221并设置中心孔2451，中心孔2451用于容纳传输管111、第一、第二冷却管D1、D2和靶材T等，中心孔2451为圆柱孔，中心孔的侧壁2451a与第三内壁的内表面在同一表面上，第三内壁214到主轴X的径向距离L1小于第四内壁215到主轴X的径向距离L2，从而缓速体232的基本部分包围靶材T，使得由靶材T产生的中子在各个方向均能被有效缓速，能进一步提升中子通量和射束品质。在氟化镁块245和第二横板224之间设置铅板246，铅板246作为光子屏蔽体，铅可以吸收缓速体中释放的伽玛射线，同时铅板246在中子束N方向的厚度小于等于5cm，不会反射穿过缓速体的中子，可以理解，也可以有其他的设置，如氟化镁块245不含Li-6，而是在氟化镁块245和第二横板224之间设置单独的Li-6构成的热中子吸收体，铅板也可以取消。

[0075] 可以理解，本实施例中作为中子屏蔽体的PE可以替换为其他中子屏蔽材料；作为光子屏蔽体的铅可以替换为其他光子屏蔽材料；作为反射体的铅可以替换为其它中子反射能力强的材料；作为缓速体基本部分的氟化镁可以替换为其它与快中子作用截面大、超热中子作用截面小的材料；作为热中子吸收体的Li-6可以替换为其它与热中子作用截面大的材料；作为缓速体第一补充部分的铝合金可以替换为包括Zn、Mg、Al、Pb、Ti、La、Zr、Bi、Si、C中的至少一种的材料，选用较易获得的材料，可以降低缓速体的制造成本，同时具有一定的中子缓速作用，不会对射束品质有较大的影响；作为缓速体第二补充部分的特氟龙可以替换为石墨等，第二补充部分选用比第一补充部分的快中子吸收效果更好的材料，可以降低射束中的快中子含量。可以理解，缓速体的第一、第二补充部分与基本部分中的至少两个也可以采用相同的材料。

[0076] 参阅图7和图8，支撑部21还设置有径向隔板210，径向隔板210所在的平面延伸穿过主轴X，将各容纳单元C1-C3在周向分为至少两个子区域，从而各容纳单元C1-C3内设置的PE块、铅块、铝合金块、石墨块在周向上均分为至少两个子模块。本实施例中，第一径向隔板2101设置在第一侧板221和第二侧板之间，从外壁211延伸到第二内壁213；第二径向隔板
2102设置在第一侧板221和第二横板224之间，从第二内壁213延伸到第三内壁214或第四内壁215。本实施例中，第一径向隔板均为8个，第二径向隔板为4个，均沿周向平均分布；第一、第二径向隔板均为平板，各第二径向隔板与第一径向隔板的其中4个在同一平面上；可以理解，径向隔板也可以为其他个数或有其他排布，或不设置径向隔板。

[0077] 本实施例中，径向隔板210、外壁211、第一横板223和第一、第二、第三、第四内壁212-215是一体的，作为主框架21a，材料为铝合金，具有较好的力学性能且被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短。可以采用铸造工艺，支模一体成型，其中模板选取木模或铝模，砂芯可选用红砂或树脂砂，具体工艺选用业内常用的方式。由于铸造会伴有脱模斜度，根据设计及射束品质的要求，机加工需要将其全部去除。该结构形式以及铸造工艺使框架结构具有整体性好，刚度大、承载能力高的优点。考虑到机加工的刀具所限及直角边的应力集中，所有拐角处均倒圆角。也可以是板材卷制焊接或者先锻造出一个铝合金柱体，然后对该柱体进行机加工成型。

[0078] 如图9，为主框架加工过程的一个实施例，在该实施例中，主框架21a采用6061铝合金，能够满足主框架材料的化学成分及力学性能要求。为了满足主框架被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短的要求，应控制铝合金组成元素种类及各元素质量比例，如Cu元素的质量百分比≤7％。根据相关的计算结合经验积累，本实施中选取主框架材料的化学成分满足Cu≤1.0％，Mn≤1.5％，Zn≤1.0％(质量百分比)；6061铝合金的化学成分表如表1，对比可知6061铝合金能够满足主框架21a材料所需化学成分。

[0079] 表1.化学成分(％)

[0080]

[0081] 为了满足主框架21a对射束整形体主体部23的支撑，主框架的力学性能需满足要求；根据CAE仿真计算及经验调整，本实施中选取铝合金主框架的抗拉强度≥150MPa，屈服强度≥100MPa。

[0082] 由于6061铝合金是变形铝合金，本实施例采用自由锻造方法，通过塑性成形方法改变铝合金的组织、性能，同时能够节约原材料。自由锻造工序方案，锻件的质量很大程度上取决于变形过程中所得到的金属组织，尤其是锻件变形的均匀性。因为变形不均匀，不仅降低了金属的塑性，而且由于不均匀的再结晶，将得到不均匀的组织，使得锻件性能变差，为了获得均匀的变形组织和最佳的力学性能，工序越少越好，加热次数越少越好。本实施例的加工过程如下：

[0083] 1.坯料准备：铝厂等生产商将铝矿石加工成铝锭，并铸造成坯料，配成符合国标6061铝合金成分，对坯料进行检测，如附有合金牌号、熔炼炉、批号、规格、均匀化退火、低倍及氧化膜检验等方面的资料和实验结果；

[0084] 2.下料：通过剪切、锯切、气割等方法对检测符合要求的坯料进行加工，如进行端面切割，并及时清除毛刺、油污和锯屑等，满足锻造设备加工的需求；

[0085] 3.加热：在锻造前对坯料进行加热处理，以降低变形抗力，提高塑性。如采用辐射式电阻加热炉，炉中带有循环空气，能够保持温度精准和均匀，炉温偏差可以控制在±10℃范围内，本实施例中，最高开锻温度是520℃，终锻温度是450℃，允许极限温度是530℃。可以理解，也可以采用其他加热设备。加热保温时间的确定要充分考虑合金的导热性、坯料规格、加热设备的传热方式等因素，本实施例中，加热时间是根据强化相的溶解和获得均匀化组织来确定，这种状态下具有较好的塑性，可以提高铝合金锻造性能。可以理解，也可以在步骤2下料之前对坯料进行加热处理，此时坯料在加热前，如进入加热炉前，要清除油污、碎屑和其他污垢，以免污染炉内空气。

[0086] 4.锻造：6061铝合金的材料为多晶体，晶粒之间存在晶界，而晶粒内部还存在亚晶粒和相界，因此，利用材料的可塑性，借助外力的作用使其产生塑性变形，能够获得所需形状(如柱体)、尺寸和一定组织性能的锻件。通过锻造变形消除金属坯料的铸态组织，大大提高塑性和力学性能。本实施例中，采用自由锻造方法，如镦粗和拔长，在锻件温度不低于规程温度的条件下反复进行上述两种方法按照工艺进行静态锻打，以获得组织内部精密的晶粒，锻造设备具有锻打毛坯的精度。

[0087] 5.粗加工和热处理：为了最终获得满足使用要求的力学性能，还需要通过热处理改变金属材料的组织和性能，改变金属内部质量。本实施例通过步骤4的锻造获得的为柱体，直接对柱体进行热处理，难以保证柱体中心材料的性能。因此，通过粗加工对锻造获得的柱体的中心位置(即柱体与第四容纳单元C4相应的区域)打孔，之后再进行深度热处理，能够保证热处理后主框架靠近中心位置(形成第四容纳单元C4的主框架部分)及整体的材料性能；同时，第四容纳单元C4容纳缓速体的基本部分，此时能够保证对缓速体的支撑，防止缓速体变形损坏，影响换靶及射束品质。可以理解，粗加工还可以包括对主框架外壁211和内壁212-215之间的空心区域(即柱体与第一、第二、第三容纳单元C1、C2、C3相应的区域)的初步加工，如钻削、铣削切割锻造获得的柱体在该区域的实体部分；本实施例中，没有对该区域做粗加工，防止粗加工后再进行热处理时，壁厚较薄容易产生变形等。在工艺能够保证中心区域及其他区域材料性能的情况下，还可以不做粗加工；粗加工应留有余量以备后续进一步机械加工。

[0088] 本实施例采用的热处理工艺是T6(固溶+时效)。固溶处理是使合金发生沉淀硬化的先行工序，将固溶时形成的固溶体以快速冷却方式获得亚稳定的过饱和固溶体，给自然时效和人工时效创造条件，使强度和硬度显著提高。固溶处理后还需要进行时效处理，把固溶处理后的铝置于一定温度之下，保持一定的时间，过饱和固溶体就会分解，从而引起合金的强度和硬度大幅度提高，可以是室温保持或加热。时效处理是热处理的最后一道工序，可以提高并决定铝合金的最终力学性能。加热温度和保温时间可以根据实际情况进行选择。可以理解，也可以采用其他热处理工艺，只要能满足使用需求的力学性能即可。

[0089] 6.理化检测和检验：热处理完成以后，需进行理化检测和检验，包括尺寸检测、元素检测、力学性能检测、超声波探伤无损检测等。可以是热处理相关人员在热处理后进行的检测，也可以是机械加工(见下文所述)相关人员在机械加工之前的检验。力学性能检测可以是在热处理后的工件相关区域切割部分材料进行检测，本实施例中，粗加工时中心位置打孔取下的部分可以同时做热处理，对该部分做检测近似代表靠近主轴X的内壁214、215的性能；外壁211和内壁212-215之间的区域通过切割热处理后的锻造柱体在该区域的材料进行检测。可以理解，当对外壁211和内壁212-215之间的空心区域进行了粗加工时，对该区域粗加工切割下来的部分同时进行热处理后的检测也可以同样近似代表该区域的性能，区域的选取可以在图纸进行标注。对上述区域取样进行力学实验，得到屈服强度和拉伸强度。无损检测采用超声波探伤，可以是全面检验或分区检验，本实施例中，对靠近中心的内壁进行超声波探伤检测。

[0090] 7.机械加工：经过检测和检验，热处理后的锻造体符合要求之后，进行机械加工得到最终需要的形状和尺寸的主框架，可以理解，机械加工可以包括钻、铣、车等常规机械加工手段，本实施采用大型龙门铣床铣削，配合编程软件进行自动加工。

[0091] 主框架21a与第二横板224采用螺栓连接，在第四内壁215朝向第二侧板222的端面上均匀机加工第一螺纹孔，在第二横板224上与第一螺纹孔对应的位置上均匀机加工第一通孔，螺栓穿过第一通孔与第一螺纹孔连接。考虑到螺栓的装配，第一通孔的孔径略大于第一螺纹孔的孔径，第一螺纹孔、第一通孔的个数满足连接强度即可。第一、第二侧板221、222和第二横板224为铅锑合金材料，铅能够起到进一步屏蔽辐射的作用，同时铅锑合金强度较高。第一、第二侧板221、222的外轮廓与外壁211的外轮廓一致。第一、第二侧板221、222和第二横板224与主框架均采用螺栓连接，在主框架21a内壁朝向第一、第二侧板和第二横板的端面上分别均匀机加工第二螺纹孔，在第一、第二侧板221、222和第二横板224上与第二螺纹孔相应的位置上均匀机加工第二通孔，考虑到螺栓的装配，第二通孔的孔径略大于第二螺纹孔的孔径，第二螺纹孔、第二通孔的个数满足连接强度即可。

[0092] 可以理解，本实施例中主框架、侧板、端板(第二横板)的材料只要具有一定的强度并被中子活化后产生的放射性同位素半衰期短(如小于7天)，主框架的材料性能能够满足支撑射束整形体即可，如铝合金、钛合金、铅锑合金、不含钴的钢材、碳纤维、PEEK、高分子聚合物等；侧板、端板(第二横板)与主框架之间可采用其他可拆卸连接或不可拆卸的连接，当采用可拆卸连接，便于更换主体部的各个部分。本实施例中射束整形体的支撑部和填充在支撑部内的主体部还可以有其他的构造方式。

[0093] 施工时，先将主框架21a放入射束整形体支撑部预留的安装孔中，用螺栓等连接主框架21a的外壁211与射束整形体支撑部。然后进行主体部的填装及第一、第二侧板和第二横板的安装，由于PE、铝合金、石墨的密度小，相应区可整体填装；由于铅比较重，可以沿中子束N方向分片人工填装，或者借助机械整体填装；氟化镁也可整体填装或分片填装。射束整形体安装完成后，安装传输管、靶材、准直器等其他构件，准直器30设置在射束出口后部，从准直器30出来的超热中子束向患者200照射，经浅层正常组织后被缓速为热中子到达肿瘤细胞M。本实施例中，准直器通过螺栓等固定到主框架21a，在第二内壁213朝向第二侧板的端面预留第三螺纹孔，在第二侧板222上与第三螺纹孔相应的位置上均匀机加工第三通孔，考虑到螺栓的装配，第三通孔的孔径略大于第三螺纹孔的孔径，第三螺纹孔、第三通孔的个数满足连接强度即可。可以理解，准直器30还可以通过其他连接方式进行固定，准直器30也可以取消或由其他结构代替，中子束从射束出口出来直接向患者200照射。本实施例中，患者200和射束出口之间还设置了辐射屏蔽装置50，屏蔽从射束出口出来的射束对患者正常组织的辐射，可以理解，也可以不设置辐射屏蔽装置50。

[0094] 本发明实施例中所述的“柱体”或“柱体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势基本不变的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆柱体状的对应的轮廓线，也可以是曲率较大的接近线段的圆弧，如曲率较大的球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆柱体状或曲率较大的球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。

[0095] 本发明实施例中所述的“锥体”或“锥体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势逐渐变小的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆锥体状的对应的轮廓线，也可以是圆弧，如球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆锥体状或球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。

[0096] 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，都在本发明要求保护的范围之内。