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硼中子俘获治疗（BNCT）的传统中子源存在诸多问题，如中子方向性差、屏蔽要求高。研究人员开展利用高强度锂束为 BNCT 定向产生脉冲中子通量的研究。结果显示该系统优势明显，为 BNCT 提供更高效治疗方案。
在癌症治疗的广阔领域中，硼中子俘获治疗（BNCT）一直备受关注。它就像一把潜在的 “精准手术刀”，利用硼元素与中子的特殊反应，能够精准地摧毁癌细胞，同时最大程度减少对健康组织的损伤。然而，这把 “手术刀” 想要发挥最大威力，却面临着重重阻碍。
传统的 BNCT 研究，在 20 世纪 50 年代至 2000 年期间，主要依赖基于核反应堆的技术。但随着时间推移，研究重点逐渐转向加速器基中子源（AB - BNCT）。尽管全球范围内，尤其是东亚地区，AB - BNCT 的研究正在积极开展，但现有的加速器基中子源仍存在不少问题。比如，常用的质子束照射锂或铍靶产生中子的方式，存在阈值能量限制。低于阈值，核反应无法发生；而靠近阈值能量运行时，中子产量又很低，不得不提高质子束能量，可这又会引发不必要的核反应，产生更多干扰治疗的辐射。而且，锂靶寿命短，需要频繁更换；铍靶虽然更耐用，但所需束流能量更高。最重要的是，这些传统方式产生的中子角分布无法控制，患者很可能会受到不必要的辐射暴露。此外，不同类型的加速器，像静电加速器、线性加速器（LINACs）、回旋加速器等，也都各自存在维护复杂、热管理困难、功率需求大、辐射管理要求高等问题。
为了突破这些困境，布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）的研究人员勇敢地踏上了探索之旅。他们开展了一项旨在利用紧凑型加速器开发新型中子产生方法的研究项目，希望能为 BNCT 打造更高效、更安全的中子源。
研究人员另辟蹊径，提出了利用逆运动学原理，采用高强度锂束来产生定向脉冲中子通量的创新方案。在这个方案中，他们利用激光烧蚀等离子体技术来产生三价锂离子（7Li3+）。这种技术就像是给锂离子注入了 “活力”，通过聚焦高脉冲强度的激光到锂表面，产生高温锂等离子体，成功解决了传统方法难以产生足够数量三价锂离子的难题。
产生的锂离子接着通过射频四极加速器（RFQ）和漂移管直线加速器（DTL）进行加速。RFQ 作为初始阶段的加速器，先将离子加速到每核子 350 keV，随后 DTL 接力，把离子加速到每核子超过 2.0 MeV，最终实现了 35 mA 的峰值电流，这一成果与最先进的用于质子的 RFQ 相当。
在中子靶系统方面，研究人员进行了精心设计。他们选用厚度为 14μm 的聚丙烯薄膜作为中子转换器靶材，通过 SRIM 代码模拟和实验验证，这个厚度既能有效将 15 MeV 的锂束减速到核反应所需的阈值能量 13.06 MeV，又不会因能量过度沉积导致薄膜过快降解。同时，他们还设计了磁分离装置，利用超导磁体产生的强磁场，成功将反应产生的锂离子、铍离子与中子分离开来，避免了离子对中子束的干扰，确保了中子束的纯净度。此外，水冷却的铜束流收集器和专门设计的铍收集罐，分别用于处理未参与反应的锂离子和反应产生的放射性铍离子，保障了系统的安全性和稳定性。而基于正向定向中子通量的特性，研究人员设计了模块化的慢化剂，能够根据肿瘤的形状和位置进行定制，大大提高了中子照射的效率和精准度。
研究结果表明，这种基于逆运动学的高强度锂束加速器系统，在中子产生方面展现出巨大的优势。与传统的 BNCT 中子源相比，它的设计更加紧凑高效，中子方向性得到显著改善，慢化剂设计也更加简化。这意味着在 BNCT 治疗中，能够更精准地将中子导向肿瘤部位，减少对周围健康组织的辐射暴露，为实现更安全、更有效的癌症治疗提供了新的可能。
研究人员通过一系列关键技术实现了这一突破。首先是激光烧蚀等离子体技术，用于高效产生三价锂离子；其次是 RFQ 和 DTL 加速器技术，实现对锂离子的有效加速；此外，SRIM 代码模拟技术在优化中子转换器靶材厚度方面发挥了重要作用；还有超导磁体技术，用于离子与中子的分离，确保中子束的质量。
总的来说，这项研究为 BNCT 带来了新的希望。它成功解决了传统中子源存在的诸多问题，为临床应用提供了更具潜力的解决方案。未来，研究人员计划进一步使用氢靶对系统进行测试，并优化靶材和慢化剂的配置，以充分挖掘该系统在癌症治疗中的巨大潜力。相信在不久的将来，这项研究成果将为无数癌症患者带来新的曙光，推动 BNCT 技术在临床治疗中的广泛应用，让更多患者受益于这种精准、高效的癌症治疗方法。
