X射線靶組件的制作方法
【專利摘要】一種X射線靶組件，包括靶材，所述靶材具有接收高能電子束轟擊的第一表面，所述第一表面具有受轟擊部位；還包括導(dǎo)熱層，所述導(dǎo)熱層至少覆蓋所述受轟擊部位并與所述受轟擊部位貼合。導(dǎo)熱層使得靶材的受轟擊部位與空氣隔絕，并使得受轟擊部位的熱量能夠快速散發(fā)出去，因此可以在防止靶材受轟擊部位的氧化和表面腐蝕的同時，提升高能電子束的入射功率，提高X射線劑旦+里率。
【專利說明】X射線靶組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種X射線靶組件。

【背景技術(shù)】
[0002]X射線被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷和治療，尤其是腫瘤治療。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，高能電子束轟擊祀材,在祀材內(nèi)發(fā)生韌致福射(高能帶電粒子在突然減速時產(chǎn)生的一種輻射)而產(chǎn)生X射線。高能電子束一般由加速器高壓加速形成，靶材可由例如鎢、金、鉈、鐵、銅、鎳等材料制成。
[0004]高能電子束轟擊靶材時，產(chǎn)生X射線的轉(zhuǎn)換效率很低，通常只有15%左右，高能電子束的大部分能量都被靶材吸收，產(chǎn)生熱量。當機器要求提供的劑量率越大(單位時間產(chǎn)生的X射線劑量)，則要求高能電子束的入射功率越大，同時積聚在靶材上熱量也越多，如果熱量不能得到及時散發(fā)，則會導(dǎo)致靶材表面的融化，嚴重時擊穿，長久使用，靶材表面被氧化，產(chǎn)生變形，導(dǎo)致靶材的使用壽命降低，大大降低了射線治療的安全性。因此靶材的散熱成為一個亟待解決的問題。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中有一種X射線靶組件(現(xiàn)有技術(shù)一)，如圖1所示，靶組件包括暴露于空氣中的靶材11 (例如鎢靶)和具有高導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱金屬12，導(dǎo)熱金屬12具有凹槽14，靶材11位于凹槽14中，靶材11的下表面與凹槽14的底部貼合、上表面用于接收高能電子束的轟擊；另外，導(dǎo)熱金屬12中嵌設(shè)有冷卻水管道13。通過上述結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱金屬12可將積聚于靶材11下表面的熱量迅速傳導(dǎo)至冷卻水管道13，通過冷卻水管道13中冷卻水的作用散發(fā)出去。
[0006]這種靶組件的缺陷在于:一是由于靶材與空氣接觸，加上靶材受轟擊部位溫度較高，導(dǎo)致該部位容易氧化、易被腐蝕；二是靶材的散熱不好，為了保證其使用壽命，只能降低高能電子束的入射功率，以保證靶組件在使用時處于安全溫度范圍內(nèi)，這使得X射線的劑量率受到限制。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中有另一種X射線靶組件(現(xiàn)有技術(shù)二)，如圖2所示，這種靶組件在現(xiàn)有技術(shù)一的基礎(chǔ)上，將靶材11置于加速器的真空環(huán)境Q內(nèi)，這樣可以防止靶材的表面氧化和表面腐蝕。一方面，將X射線靶組件安裝于真空環(huán)境內(nèi)的工藝較復(fù)雜；另一方面，該靶組件沒有解決現(xiàn)有技術(shù)一中散熱不好的問題，導(dǎo)致該靶組件也不能在高能電子束大功率入射的情況下使用。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型提供一種新的靶組件，可以在防止靶材的受轟擊部位的氧化和表面腐蝕的同時，具有較好的散熱效率，提升靶組件的X射線劑量率，且結(jié)構(gòu)簡單。
[0009]為解決上述問題，本實用新型提供一種X射線靶組件，包括靶材，所述靶材具有接收高能電子束轟擊的第一表面，所述第一表面具有受轟擊部位；還包括導(dǎo)熱層，所述導(dǎo)熱層至少覆蓋所述受轟擊部位并與所述受轟擊部位貼合。
[0010]可選的，所述靶組件為固定靶或旋轉(zhuǎn)靶。
[0011 ] 可選的，所述導(dǎo)熱層覆蓋所述第一表面。
[0012]可選的，還包括散熱部，所述靶材具有與所述第一表面相背的第二表面，所述第二表面與所述散熱部貼合。
[0013]可選的，所述散熱部具有凹槽，所述靶材和所述導(dǎo)熱層位于所述凹槽內(nèi)，所述導(dǎo)熱層與所述凹槽的側(cè)壁貼合。
[0014]可選的，所述散熱部中具有至少一條冷卻液通道。
[0015]可選的，所述散熱部的材質(zhì)為導(dǎo)熱金屬。
[0016]可選的，所述導(dǎo)熱層的材質(zhì)為石墨或石墨的改性材料，或者為抗氧化的金屬或合金。
[0017]可選的，所述導(dǎo)熱層包括基礎(chǔ)層和抗氧化層，所述基礎(chǔ)層為鈹、鐵，或鈹、鐵的改性材料中的至少一種；所述基礎(chǔ)層至少與所述受轟擊部位貼合，所述抗氧化層位于所述基礎(chǔ)層與所述受轟擊部位相背的一側(cè)、覆蓋所述基礎(chǔ)層并與所述基礎(chǔ)層貼合。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0019]在靶材的受轟擊部位設(shè)置導(dǎo)熱層，導(dǎo)熱層使得靶材的受轟擊部位與空氣隔絕，并使得受轟擊部位的熱量能夠快速散發(fā)出去，因此可以在防止靶材受轟擊部位的氧化和表面腐蝕的同時，提升高能電子束的入射功率，提高X射線劑量率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種X射線靶組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種X射線靶組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本實用新型實施例一中X射線靶組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本實用新型實施例一中固定靶材的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本實用新型實施例一中旋轉(zhuǎn)靶材的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是本實用新型實施例一中靶組件與現(xiàn)有技術(shù)中靶組件的束斑比較圖；
[0026]圖7是本實用新型實施例一中靶組件與現(xiàn)有技術(shù)中靶組件的能譜圖；
[0027]圖8是本實用新型實施例二 X射線靶組件中導(dǎo)熱層的側(cè)視圖。

【具體實施方式】
[0028]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例做詳細的說明。
[0029]實施例一
[0030]本實施例提供一種X射線靶組件100，參照圖3，包括靶材101、導(dǎo)熱層102和散熱部 103。
[0031]結(jié)合圖4-5所不,祀材101具有接收高能電子束轟擊的第一表面101a、以及與第一表面1la相背的第二表面1lb,第一表面1la具有受轟擊部位A,導(dǎo)熱層102覆蓋第一表面1la并與第一表面1la貼合。
[0032]導(dǎo)熱層102是本實施例結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件，理論上來說，導(dǎo)熱層102材質(zhì)的選取條件為:導(dǎo)熱系數(shù)越大越好、密度越小越好、厚度越小越好。本實施例中，導(dǎo)熱層102的材質(zhì)選用石墨或石墨的改性材料。
[0033]散熱部103的材質(zhì)為導(dǎo)熱金屬，其一個表面上具有凹槽103a ;散熱部103中具有至少一條冷卻液通道104，冷卻液通道104中盛有冷卻液，例如水等。靶材101和導(dǎo)熱層102位于凹槽103a內(nèi)，靶材101的第二表面1lb與凹槽103a的底部貼合，導(dǎo)熱層102與凹槽103a的側(cè)壁貼合。導(dǎo)熱層102在吸收了第一表面1la上的熱量后，通過導(dǎo)熱層102與凹槽103a側(cè)壁貼合的部位，可以迅速地將熱量傳遞至散熱部103，然后由散熱部103將熱量傳遞至冷卻液，最終通過冷卻液的循環(huán)散發(fā)出去。
[0034]石墨或石墨改性材質(zhì)的導(dǎo)熱能力非常好，而且其導(dǎo)熱率具有明顯的各項異性，其沿晶體層面方向的導(dǎo)熱率是垂直于晶體層面方向的導(dǎo)熱率的數(shù)倍或數(shù)十倍，因此，設(shè)置導(dǎo)熱層102的晶體層面方向與靶材的第一表面1la平行，利用石墨的上述性質(zhì)，可以將積聚在受轟擊部位A的熱量沿平行于第一表面1la的方向快速傳導(dǎo)至散熱部103。
[0035]這里將石墨的導(dǎo)熱性能與空氣的導(dǎo)熱性能作簡單比較。對于任何導(dǎo)熱物質(zhì)，其導(dǎo)熱率(單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量)定義為:
AQ AAT
[0036]-^- = K-
At X
[0037]上式中，等式左邊為導(dǎo)熱率，K為導(dǎo)熱系數(shù)，A為導(dǎo)熱面積，AT為溫度差(即導(dǎo)熱物質(zhì)產(chǎn)生作用時，對熱源形成的溫度降幅)，X是導(dǎo)熱物質(zhì)的厚度?？諝庠跇藴薁顟B(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.024ff/m.K，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)為151W/m.K。假設(shè)A和x相同，溫度為600K時，石墨沿晶體層面方向的導(dǎo)熱率可達892W/m.K，是空氣導(dǎo)熱率的3萬倍左右，以靶材101為鎢靶為例，靶材101上覆蓋厚度為0.5mm的石墨材質(zhì)的導(dǎo)熱層102，經(jīng)計算，當入射電子功率為1000W時，受轟擊部位A的溫度降幅可達230?260攝氏度。顯而易見地，相對于空氣而言，導(dǎo)熱層102具有更良好的導(dǎo)熱效果，可以有效降低第一表面1la的熱量積聚，因此可以對靶組件施加較高的高能電子束的入射功率，提高X射線劑量率。
[0038]另外，由于其垂直于第一表面1la方向的導(dǎo)熱率較平行于第一表面1la方向要低一些，導(dǎo)熱層102在該方向可以保持較高的溫度梯度，使得導(dǎo)熱層102與靶材101相背的一側(cè)表面溫度較低，以此保護石墨表面、使其不容易受到侵蝕。
[0039]導(dǎo)熱層102除了可以起到傳遞熱量的作用外，還有另外一個作用，就是隔絕靶材101的第一表面1la和空氣，可以防止靶材101的第一表面1la受到氧化和表面腐蝕，對靶材101起到很好的保護作用。由于石墨本身具有抗氧化性，因此石墨材料的導(dǎo)熱層102也不容易被氧化腐蝕，具有較長的使用壽命。
[0040]下面驗證石墨材質(zhì)的導(dǎo)熱層對于電子束的束斑和光子能譜的影響(石墨層的密度為 2.26g/cm3)。
[0041]本實施例中采用MC算法(Marching Cubes,移動立方體算法)計算了導(dǎo)熱層102的厚度為0.5mm時對束斑的擴束作用。如圖6所示，橫坐標代表半徑R(單位為cm)，縱坐標代表能量流(單位為Mev/cm2)，點狀曲線a、實線狀b分別代表傳統(tǒng)靶組件設(shè)計(無導(dǎo)熱層)和本實施例靶組件設(shè)計的束斑。從圖6中可以看到，兩條曲線a、b基本重合，所以在圖中顯示為一條曲線。也就是說，本實施例中導(dǎo)熱層102對束斑的影響可以忽略不計，例如，本實驗中采用束斑為1mm，能量為6Mev的電子束入射，電子束穿過導(dǎo)熱層102后，在靶材101表面的束斑大小仍為1mm。
[0042]圖7顯示了導(dǎo)熱層102對光子能譜的影響，其中橫坐標代表能量(單位為Mev)，縱坐標代表相對強度，點狀曲線aa代表傳統(tǒng)靶組件設(shè)計(無導(dǎo)熱層)的光子能譜，實線狀曲線bb代表本實施例中靶組件設(shè)計的光子能譜，從圖7中可以看到，兩條曲線的峰值基本重合，因此導(dǎo)熱層102對光子能譜的影響也可以忽略。
[0043]由此可見，本實施例中導(dǎo)熱層102對靶組件性能的影響可以忽略不計。
[0044]在其他實施例中，導(dǎo)熱層的厚度可以根據(jù)需要選取其他值。
[0045]其中，靶組件可以為固定靶或旋轉(zhuǎn)靶。參照圖4，當靶組件為固定靶時，受轟擊部位A通常位于靶材101的中心區(qū)域；參照圖5，當靶組件為旋轉(zhuǎn)靶時，受轟擊部位A形成一個環(huán)形。
[0046]在其他實施例中，導(dǎo)熱層的面積也可以小于第一表面的面積，但須保證導(dǎo)熱層至少覆蓋受轟擊部位并與受轟擊部位貼合；靶材和導(dǎo)熱層還可以直接設(shè)置于散熱部的表面，而不一定需要設(shè)置在凹槽中，只要保證導(dǎo)熱層與散熱部具有貼合部分即可；另外，根據(jù)靶材的散熱要求，也可以不設(shè)置散熱部，此時可以設(shè)置導(dǎo)熱層只覆蓋受轟擊部位，此時受轟擊部位的熱量可以通過導(dǎo)熱層散發(fā)到空氣中。
[0047]實施例二
[0048]本實施例與實施例一的區(qū)別在于，參照圖4-5并結(jié)合圖8所示，導(dǎo)熱層102在結(jié)構(gòu)上包括基礎(chǔ)層102a和抗氧化層102b，基礎(chǔ)層102a為鈹、鐵，或鈹、鐵的改性材料中的至少一種。
[0049]其中，基礎(chǔ)層102a至少與受轟擊部位A貼合,抗氧化層102b位于基礎(chǔ)層102a與受轟擊部位A相背的一側(cè)、覆蓋基礎(chǔ)層102a并與基礎(chǔ)層102a貼合。
[0050]如果作為基礎(chǔ)層102a的鈹、鐵的改性材料本身就具有抗氧化性，則可以省去抗氧化層102b的設(shè)置。
[0051]為了降低導(dǎo)熱層102對入射電子束的束斑和能譜的影響，導(dǎo)熱層102至少需要滿足:導(dǎo)熱層102的導(dǎo)熱系數(shù)大于15W/m.K，密度小于19g/cm3，導(dǎo)熱層102的厚度根據(jù)所選材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)決定。
[0052]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種X射線靶組件，包括靶材，所述靶材具有接收高能電子束轟擊的第一表面，所述第一表面具有受轟擊部位； 其特征在于，還包括導(dǎo)熱層，所述導(dǎo)熱層至少覆蓋所述受轟擊部位并與所述受轟擊部位貼合。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線靶組件，其特征在于，所述靶組件為固定靶或旋轉(zhuǎn)靶。
3.如權(quán)利要求1所述的X射線靶組件，其特征在于，所述導(dǎo)熱層覆蓋所述第一表面。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的X射線靶組件，其特征在于，還包括散熱部，所述靶材具有與所述第一表面相背的第二表面，所述第二表面與所述散熱部貼合。
5.如權(quán)利要求4所述的X射線靶組件，其特征在于，所述散熱部具有凹槽，所述靶材和所述導(dǎo)熱層位于所述凹槽內(nèi)，所述導(dǎo)熱層與所述凹槽的側(cè)壁貼合。
6.如權(quán)利要求4所述的X射線靶組件，其特征在于，所述散熱部中具有至少一條冷卻液通道。
7.如權(quán)利要求1所述的X射線靶組件，其特征在于，所述導(dǎo)熱層包括基礎(chǔ)層和抗氧化層，所述基礎(chǔ)層為鈹、鐵，或鈹、鐵的改性材料中的至少一種； 所述基礎(chǔ)層至少與所述受轟擊部位貼合，所述抗氧化層位于所述基礎(chǔ)層與所述受轟擊部位相背的一側(cè)、覆蓋所述基礎(chǔ)層并與所述基礎(chǔ)層貼合。
【文檔編號】A61N5/10GK204029760SQ201420439378
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】劉艷芳, 李貴, 徐峰 申請人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司