用于保护目标材料的材料和配置

对相关申请的交叉引用

本申请要求2021年4月2日提交的名称为“MATERIALS AND CONFIGURATIONS FORPROTECTION OF OBJECTIVE MATERIALS”的美国临时申请序列号No.63/170,108的优先权，其内容整体出于所有目的经此引用并入本文。

领域

本文描述的主题总体上涉及目标材料(objective material)的保护或钝化，例如中子产生装置内的锂层的钝化。

背景

在许多应用中希望保护或钝化装置内的材料。一种这样的应用是硼中子俘获疗法(BNCT)，其代表治疗各种类型的癌症(包括最困难的类型)的相对较新的方式。BNCT是一种使用硼化合物在保留正常细胞的同时选择性地旨在治疗肿瘤细胞的技术。将含有硼的物质注射到血管中，并且硼聚集在肿瘤细胞中。患者然后接受中子束形式的辐射。通过质子束与位于靶基底上的中子生成材料，如锂或铍的相互作用产生中子。产生的中子束被减速并聚焦在患者上，在此中子与硼反应以选择性地杀死肿瘤细胞。

中子生成材料可以设置为可与某些类型的粒子或等离子体相互作用的层、覆盖物或涂层。锂是常规实例，但其是在正常环境条件(例如，如一般实验室空间中存在的在室温下的空气，等等)下难以操作的高反应性和腐蚀性金属。锂与大气空气中的水分、氮气和/或氧气剧烈反应，并迅速锈蚀和/或氧化。锂转变成氮化物和氢氧化物(例如氢氧化锂(LiOH和LiOH-H

为了安全操作，在一个实例中，锂可以在手套箱内附着到基底上，并填充惰性纯气体(例如氩气)。将锂从手套箱转移到工作区域需要使用“干燥室”，其中空气中的水分量足够低以防止锂过于显著氧化或锈蚀。但是，在干燥室中工作的人员自然地带入水分，以致消除由干燥室提供的益处。此外，干燥室的构造是复杂且昂贵的。

根据使用锂的特定应用，解决上述缺点的尝试取得有限的成功或没有成功。已经提出在锂靶的表面上合成Li

还提出由不锈钢(SS)薄层覆盖或保护的厚锂层作为解决方案。这种方法的缺点在于锂受到保护并且有活力的时间间隔有限(例如仅10分钟)。此外，与施加在加速器靶材料上的厚涂层相关的方法导致加速器粒子的减慢和因此较低的产率或完全阻止所需反应。

还已经提出铍(Be)和/或铝(Al)的抗氧化层。与这些方法相关的缺点包括当两者接触时锂和铝之间的高反应性，以及铝快速扩散通过锂。此外，铍是危险的并且难以操作。

由于这些和其它原因，需要促进材料钝化的改进的系统、装置和方法。

概述

本文描述了用于保护或钝化目标材料的系统、装置和方法的示例性实施方案。钝化区域可以配置为密封防止目标材料从下方区域扩散到钝化区域中和/或扩散穿过钝化区域。钝化区域还可以配置为密封防止外部来源物质或环境物质扩散到钝化区域中和/或穿过钝化区域朝下方区域扩散。描述了具有单层和多层配置的钝化区域。在目标材料为锂的中子生成应用的背景下描述示例性实施方案。

本文描述的主题的其它系统、装置、方法、特征和优点是本领域技术人员在查阅以下附图和详述时显而易见的。所有这些另外的系统、方法、特征和优点旨在包括在本说明书内，在本文描述的主题的范围内，并受所附权利要求书保护。在权利要求书中没有明确记载这些特征的情况下，示例性实施方案的特征绝对不应被解释为限制所附权利要求书。

附图简述

通过研究附图，本文阐述的主题的细节(关于其结构和操作)可以显而易见，其中类似的附图标记指代类似的部件。附图中的组件不一定按比例，而是着重于图解该主题的原理。此外，所有图示旨在传达概念，其中相对尺寸、形状和其它详细属性可能示意性地而非真实地或精确地示出。

图1A是中子束系统的一个示例性实施方案的示意图。

图1B是中子束系统的另一个示例性实施方案的示意图。

图2是描绘靶组装件子系统的一个示例性实施方案的横截面视图。

图3A、3B和3C是描绘中子生成靶的一个示例性实施方案的横截面视图、前透视图和后透视图。

图4A-4B是描绘中子生成靶的一个示例性实施方案的横截面视图。

图5是描绘中子生成靶的一个示例性实施方案的横截面视图。

图6A-6C是描绘中子生成靶的一个示例性实施方案的横截面视图。

图7A-7B是描绘中子生成靶的一个示例性实施方案的横截面视图。

图8是描绘从样品件实验收集的X射线光电子能谱(XPS)数据的曲线图。

图9包括一系列时间序列的自顶向下照片，其描绘具有含氟化锂的钝化区域的靶的一个示例性实施方案。

图10A-10C包括一系列时间序列的自顶向下照片，其描绘与靶的一个示例性实施方案(右)相邻的裸锂基底(左)。

图11是描绘从样品件实验收集的XPS数据的曲线图。

详述

在详细描述本主题之前，要理解的是，本公开不限于所描述的特定实施方案，因此当然可以变化。还要理解的是，本文所用的术语仅为了描述特定实施方案，并且无意构成限制，因为本公开的范围仅受所附根据权利要求书限制。

中子生成靶和其它高能装置或结构通常具有易腐蚀和/或可活动的化学成分，如锂。本文描述了用于钝化或保护这些易腐蚀和/或可活动材料的系统、装置和方法的示例性实施方案。为了便于讨论，作为钝化或保护对象的材料在本文中可以称为目标材料。钝化区域可以配置为通过抑制目标材料扩散到钝化区域中(和完全穿过钝化区域)而将目标材料固定或保持在原位。钝化区域还可以配置为将目标材料与周围环境中的化学物质隔离，并由此保护其免受污染物(例如空气组分，如氮气和氧气，或水组分，如氢气和氧气)和其它不良腐蚀反应的影响。

在其中使用目标材料的应用可以差异很大。本文描述了在这些种类繁多的应用中用于目标材料的钝化的示例性实施方案。应用的非穷举名单包括：用于研究或能量产生和商业化的反应堆，例如聚变和裂变反应堆；用于医疗应用(如医学诊断系统、医学成像系统或放射治疗系统)、用于科学工具、用于工业或制造过程(如半导体芯片的制造)、用于改变材料性质(如表面处理)、用于食品辐照或用于医疗灭菌中的病原体破坏的粒子加速器；以及成像应用，如货物或集装箱检查。

为了便于描述，本文描述的许多实施方案在放射治疗系统的背景下进行，其使用锂目标材料作为配置用于BNCT的中子生成靶中的中子生成材料。该实施方案可用于其它中子生成材料，如铍(Be)。实施方案不限于中子发生和BNCT应用。

示例性BNCT应用

详细参考附图，图1A是用于本公开的实施方案的射束系统10的一个示例性实施方案的示意图。在图1A中，射束系统10包括源12、低能束线(LEBL)14、耦合至低能束线(LEBL)14的加速器16和从加速器16延伸到靶100的高能束线(HEBL)16。LEBL 14配置为将射束从源12传输到加速器16的输入端，加速器16又配置为通过加速由LEBL 14传输的射束而产生射束。HEBL 18将射束从加速器40的输出端传输到靶100。靶100可以是配置为响应由入射束施加的刺激产生所需结果的结构，或者可以改变射束的性质。靶100可以是系统10的组件，或者可以是至少部分由系统10调节或制造的工件。

图1B是图解用于硼中子俘获疗法(BNCT)的中子束系统10的另一个示例性实施方案的示意图。在此，源12是离子源，加速器16是串列式加速器。中子束系统10包括充当带电粒子束注入器的预加速器系统20、耦合至预加速器系统20的高电压(HV)串列式加速器16，和从串列式加速器16延伸到容纳靶100(未示出)的中子靶组装件200的HEBL 18。在这一实施方案中，靶100配置为响应足够能量的质子的撞击生成中子，并且可以被称为中子生成靶。中子束系统10以及预加速器系统20也可用于其它应用，如本文所述的那些其它实例，并且不限于BNCT。

预加速器系统20配置为将离子束从离子源12传输到串列式加速器16的输入端(例如输入孔)，因此也充当LEBL 14。由耦合至其上的高压电源42供电的串列式加速器16可以产生能量大致等于施加到安置在加速器16内的加速电极的电压的两倍的质子束。质子束的能级可以通过将负氢离子束从加速器16的输入端加速到最内部的高电位电极、从各离子剥离两个电子、然后通过相同的外加电压向下游加速所得质子来实现。

HEBL 18可以将质子束从加速器16的输出端传输到中子靶组装件200内的靶，中子靶组装件200安置在延伸到患者治疗室中的束线分支70的末端。系统10可以配置为将质子束引导到任何数量的一个或多个靶和相关治疗区域。在这一实施方案中，HEBL 18包括可以延伸到三个不同的患者治疗室中的三个分支70、80和90，其中每个分支可以终止于靶组装件200和下游射束成形装置(未示出)。HEBL 18可以包括泵室51、用于防止射束散焦的四极磁体52和72、用于将射束转向到治疗室中的偶极或偏转磁体56和58、射束校正器53、诊断器如电流监测器54和76、快速射束位置监测器55段和扫描磁体74。

HEBL 18的设计取决于治疗设施的配置(例如治疗设施的单楼层配置、治疗设施的双楼层配置等)。可以使用偏转磁体56将射束递送到靶组装件(例如安置在治疗室附近)200。可以包括四极磁体72以随后将射束聚焦到靶处的特定尺寸。然后，射束通过一个或多个扫描磁体74，其以所需图案(例如螺旋形、曲线形、成行和成列步进、其组合等)将射束横向移动到靶表面上。射束横向移动可有助于实现质子束在锂靶上的平滑且均匀的时间平均分布，以防止过热并使中子生成在锂层内尽可能均匀。

在进入扫描磁体74后，射束可以被递送到电流监测器76中，其测量射束电流。靶组装件200可以用闸阀77与HEBL体积物理分离。闸阀的主要功能是在加载靶和/或将用过的靶更换为新靶的同时将束线的真空体积与靶分离。在实施方案中，射束可以不被偏转磁体56弯曲90度，而是直接去往图1B的右侧，然后进入位于水平束线中的四极磁体52。根据建筑物和房间的配置，该射束随后可以被另一个偏转磁体58弯曲至所需角度。或者，偏转磁体58可以被Y形磁体代替，以将束线分成两个方向，以用于位于同一楼层的两个不同的治疗室。

图2是描绘图1B中所示的中子束系统10的靶组装件子系统200的一个示例性实施方案的横截面视图。在这一实施方案中，中子生成靶100封装在罩盖202和HEBL 18的真空或近真空内部区域210之间。箭头B显示带电粒子(例如质子)束的方向，其首先撞击上游侧112的面。可以在相反的下游侧114(中子束从此处离开靶100)实现靶100的冷却。罩盖202可以螺栓连接到HEB 118，由此在靶100和HEB 118的真空区域210之间提供真空密封206，以及在靶100和冷却剂入口204和出口208之间提供水密密封205。

钝化区域的示例性实施方案

图3A是描绘用于BNCT的钝化中子生成靶100的一个示例性实施方案的横截面视图。图3B和3C分别是靶100的上游侧112和下游侧114的透视图。靶100在区域110中包括目标材料。目标材料的几个实例是锂(例如天然丰富的锂或锂-7)和铍。在区域110的上游(例如上方)位置，靶100包括钝化区域302，其配置为保护区域110，例如通过抑制如本文所述的扩散。钝化区域302和区域110可以配置为各种不同形状，包括例如平面、凹形、凸形、圆形、球形或半球形、圆锥形、不规则形状和/或其任何组合。

在这一实施方案中，区域110配置为在基底120的第一(或上游)表面121上耦合至基底结构120的平面中子生成层。沿方向B传播(例如从串列式加速器16沿着HEBL 18(未示出))的质子束穿过钝化区域302，然后与层110相互作用以产生中子，中子又穿过基底120并从靶100的下游侧114离开。中子生成过程将目标材料(例如锂)转化成放射性同位素(例如铍的放射性同位素，7Be)。

基底120可以配置用于除热以消散入射质子束的高能级。钝化区域302和中子生成层110优选具有使得质子能够在质子能量下降到低于用于中子形成的核反应的阈值(例如对于锂-7为1.88MeV)之后相对较快地离开层110的总厚度。这避免层110中的进一步能量耗散，这种能量耗散是低效的并导致层110的加热而没有中子产生。质子可以穿过中子生成材料层110到基底120并将它们的剩余能量耗散在基底120中，或部分耗散在基底120中且部分耗散在位于靶100下游的另一组件中。基底120可以由具有高热导率的材料制成，例如铜(Cu)、铜-金刚石粉末复合材料、CVD金刚石等。靶100可以包括一种或多种材料以抑制起泡，如在层100和基底120之间的钽层。基底120的下游侧114可以由通过通道122的冷却剂流主动冷却，该冷却剂流被设计成除热(例如大约25千瓦(kW)热功率)。通道122可以具有如图3C描绘的螺旋配置，或根据需要的另一种配置。

层110的目标材料可以是高度活动或扩散的材料，如锂。钝化区域302可以配置为抑制(例如密封、抵抗、基本抑制或完全阻止)层110的内部目标材料在从下游到上游的方向上扩散到区域302中或穿过区域302，在此其可能与另一物质或周围环境接触。可以通过区域302的一个或多个层中的一种或多种不同材料实现对目标材料扩散的抑制。在一些示例性实施方案中，钝化区域302具有1x 10

在使用锂作为目标材料的实施方案中，这种特性也可称为锂阻隔特性。在钝化区域302中可以通过各种不同材料表现出锂阻隔特性。可用于本文所述的任何和所有实施方案的此类材料的实例是(或可以包括)氟化锂(LiF)、硫化锂(Li

在中子生成应用中，也含有中子生成材料(例如锂或铍)的表现出反应物阻隔特性的材料可以在使用过程中提供中子生成的附加益处(例如除了中子生成层之外)。在中子生成材料是锂的实施方案中，表现出锂阻隔特性的材料可以是例如氟化锂和/或硫化锂。含锂材料如氮化锂(Li

在一些实施方案中，目标阻隔材料不与目标材料形成共晶组合(熔点小于单独考虑的组成材料的熔点的组合)。当目标材料是锂时，一些实施方案可以忽略与锂形成共晶组合的材料，例如铝、银、金、铋、钯或锌，或铝、银、金、铋、钯或锌的合金。

区域302还可以配置为密封防止外部来源物质(例如来自周围环境的物质，如空气、水分、以下任何一种或组合：氧气、氮气、二氧化碳、氢气或其它气体等)在从上游到下游方向上侵入和扩散到区域302中或穿过区域302。如果这些物质渗透到靶100中，这些物质可能潜在污染层110中的目标材料或与层110中的目标材料反应(例如氧化)。为了便于描述，这种特性在本文中可以称为环境阻隔特性。可以在具有正常空气压力(例如一个大气压(atm))的环境、较高压力环境或较低压力环境(例如真空或接近真空)中表现出环境阻隔特性。在钝化区域302中可以通过各种不同材料表现出环境阻隔特性。此类材料的实例是(或可以包括)铝、银、金、钛、不锈钢、铝硅(AlSi)、钼、钨、碳化钨、钽、铂或其它污染阻隔材料的一种或多种。可以使用已知抑制或防止目标材料的污染物扩散的其它材料而不脱离本公开的范围。

在一些示例性实施方案中，环境阻隔特性可以具有100或更小，优选3.1或更小的对氧气、氮气和二氧化碳的气体渗透率(在25℃下以(立方厘米(cc)x毫米(mm))/(平方米(m

目标阻隔特性和环境阻隔特性不需要是永久的，而是可以是实质性(substantial)的，以便在对特定应用切实有效的一段时间(例如1小时或更长、1天或更长、1周或更长、1个月或更长)内抑制扩散，这可以如本文所述变化。本文公开的钝化区域302的实施方案可用于在一个月或更多个月的长时间内保护中子生成材料。

钝化区域302可以紧邻并接触层110，或可以被一或多个其它层或区域分隔。在图3A-3C的实施方案中，钝化区域302配置仅一个表现出反应物阻隔特性的层310(例如氟化锂)。层310可以进一步配置为表现出环境阻隔特性(例如用于短暂持续时间应用的氟化锂)。

图4A是描绘具有钝化区域302的中子生成靶100的另一个示例性实施方案的横截面视图。在这一实施方案中，区域302包括钝化层310(如前述实施方案中那样位于层110的上游)和位于层310的上游并与层310相邻的附加钝化层410。层410可以被称为上游层410，而层310可以被称为下游层310。上游层410可以布置在下游层310的第一上游表面上，而下游层310又可以布置在层110的第一上游表面上。一个或多个附加层或膜可以存在于区域302中，如参考图4B描述的中间层。

在图4A的实施方案中，下游层310表现出锂阻隔特性并抑制层110的锂向上扩散到层410。层310可以是例如氟化锂或本文公开的任何其它锂阻隔材料。上游钝化层410表现出环境阻隔特性，并且抑制可能污染或腐蚀层110的锂的外部来源物质的侵入和扩散。层410可以是例如铝或本文所述的任何其它环境阻隔材料。因此，区域302的双层配置使得层410能够由具有优异密封或阻隔性质但原本会腐蚀层110的锂以降低锂的中子生成能力的有效性的物质组成。层310充当抑制锂移动到与层410接触的非反应性阻隔，由此使任何破坏性反应或其它不良反应最小化。当目标材料高度可活动时，如锂的情况，这样的配置是特别理想的。

在一些示例性实施方案中，钝化区域302的厚度(例如层310(如果单独存在)的厚度，或层310和410的组合厚度)在BNCT应用中不超过三(3)微米，以使进入的质子的能量减少最小化，尽管区域302不限于此。在另一些实施方案中，区域302的厚度不超过十(10)微米，而在再一些实施方案中，区域302的厚度不超过50微米。选择的特定厚度取决于应用，例如加速电压或其它电位差等。对于具有多个层(例如310和410)的区域302，各层的厚度取决于具体应用和所需的扩散抑制程度。因此，宽范围的厚度在本公开的范围内。

图4B是描绘具有多层钝化的中子生成靶100的另一个示例性实施方案的横截面图。在此，区域302包括三个钝化层，下游层310、上游层410和位于层310和410之间的中间层450。中间层450可以促进附着，有助于应力消除(例如作为聚合物、形状记忆合金等)，或在层310和层410之间执行其它功能。中间层830还可以防止物质在层310和层410之间扩散。在一些实施方案中，可以顺序沉积层，以使下游层310沉积在中子生成材料110的上游表面上，中间层450沉积在层310的上游表面上，上游层410沉积在中间层450的上游表面上。层310、410和/或450可以通过任何适用的制造技术安置(例如在层110上)，如沉积(例如化学气相沉积)、溅射或使用胶粘剂、机械力或其它附着机制。中间层450的所需厚度取决于中子生成靶的具体应用和环境。因此，不同的厚度在本公开的范围内。

图5-7B用于描述具有钝化的附加示例性实施方案。这些实施方案在区域302(图7A)中具有单个钝化层或在区域302中具有两个钝化层。但是，图5-7B的实施方案可以各自在区域302内配置一个、两个、三个或更多个钝化层。

图5是描绘中子生成靶100的附加示例性实施方案的横截面视图，其中钝化覆盖中子生成层110的顶表面和侧表面。在此，钝化区域302包括沉积(或以其它方式安置)在中子生成层110的最顶部上游表面111A上以及在横向侧表面111B和111C(其可以是相同的侧表面，例如，如在圆形靶100的情况下)上的层310和410。层310和410都终止于下游表面121的下游(例如下方)的位置。在这一实施方案中，层110的侧面111B和111C与基底120的侧面齐平，尽管这可以变化。此外，尽管钝化层310和410被描绘为随着它们从上游表面111A延伸到侧表面111B和111C而变薄，但是可以在所有表面上保持它们的厚度(例如相等或均匀覆盖)。

图6A-6C是描绘具有钝化的靶100的附加示例性实施方案的横截面视图。在这些实施方案中，基底120包括侧壁602B和602C，它们部分包围内部体积，如凹部或腔，将中子生成材料110沉积或以其它方式安置在其中。材料110的下游表面耦合到基底120的凹部的上游表面121，如通过粘附、过盈配合或其它附着方式。基底120中的凹部可以机械加工或蚀刻到基底120中。基底120也可以(或替代性地)具有多件式构造，其中相对较高的侧壁部分602B(邻近111B)和602C(邻近111C)附接到中心部分602D以形成凹部。在这些实施方案中，主要通过基底120为层110提供侧面保护。

在图6A的实施方案中，钝化区域302包括两个钝化层310和410，这两个钝化层也都位于基底120中的凹部内。在一些实施方案中，如图6A中所示，区域302(例如层402)的最上游表面411可以与基底120的最上游表面611齐平。在图6B的实施方案中，层110还是安置在凹部内，并且钝化区域302还是包括两个钝化层310和410。但是在这一实例中，钝化层310和410都位于层110和基底120中的凹部上方。在此，层110的最上游表面111A与基底120的最上游表面611齐平，但实施方案可以不同。在图6C的实施方案中，层110和下游钝化层310安置在凹部内，而上游钝化层410位于层310和基底120中的凹部上方。在此，层310的最上游表面311与基底120的最上游表面611齐平，但是同样地，实施方案可以不同。在具有中间层450的实施方案中，该层450可以与层310和410一起安置在凹部内(图6A)，与层310和410一起在凹部上方(图6B)，或者在凹部内或在凹部上方(如图6C的实施方案中允许的)。

图7A和7B是描绘中子生成靶100的附加示例性实施方案的横截面视图。在图7A的实施方案中，层110位于基底120的上游表面611上。钝化区域302包括安置在层110上方的层310，以覆盖所有表面111A、111B和111C。在图7B的实施方案中，区域302包括安置在层110上方以使所有表面111A、111B和111C被覆盖的层310，以及位于层310上方以使层310的所有表面被覆盖的层410。换言之，层310包封层110，而层410包封这两个层310和110。这些实施方案相对容易制造，例如对各层(例如110、310和410)使用顺序沉积步骤而不形成凹部。

在图3A和图4A-7B的实施方案中，各个层(例如层110、310、410和/或450)以相对于彼此以及相对于基底120的厚度并非按比例的厚度显示，重点在于层相对于彼此的相对位置。此外，在层(例如层110、310、410和/或450)被显示为具有各种横截面轮廓的情况下，如具有尖锐边缘的矩形侧面轮廓(例如图3A、4A、4B和6A-6C)，或具有圆形边缘的球形轮廓(例如图5和7A-7B)，或层之间的明确线性边界，这些图示仅是示例并且可以根据特定应用的需要而变化。本文描述的各个实施方案可以配置具有任何横截面轮廓、混合或确定的线性或非线性边界和/或其任何组合的层。

除了其它益处之外，本文描述的示例性实施方案可以显著简化目标材料(例如锂)从生产地点(例如实验室空间、干燥室、手套箱或其它)到工作环境(例如以生产用于BNCT应用的中子)的转移。在目标材料为面向等离子体的组件的应用中，钝化区域的上游(例如最上游)钝化层可以配置为与等离子体相互作用而不污染等离子体。或者，上方钝化层可以配置为在初始等离子体相互作用或室壁调节(chamber wall conditioning)过程中烧掉。在这样的实施方案中，目标材料保持暴露于等离子体以供相互作用，并且所述一个或多个钝化层将成功地提供保护涂层以用于将目标材料从生产地点转移到工作环境。

实验结果

图8是描绘从样品件实验收集的数据的曲线图，其中高纯铝沉积到清洁锂金属上，然后暴露于空气。X-射线光电子能谱学(XPS)用于收集此处描绘的光谱数据，其指示自最初铝沉积开始经过两周后沉积的铝的表面上(在几纳米内)的物类组成。这些结果表明，此时在表面上没有留下铝。得出的结论是，对于这种样品，锂容易扩散通过铝表面层，然后与空气中的组分反应。铝也可能已经扩散到下面的锂层中。在目标材料是锂或另一种高度活动物类的实施方案中，钝化区域302优选有能力基本抑制并且甚至防止锂穿过钝化区域扩散到其可以在没有其它组分(例如氧气、水和二氧化碳)的情况下反应的位置。

图9包括一系列自顶向下(从上游到下游)照片，其描绘了如图7A的横截面视图中描绘的那样配置的靶100的一个示例性实施方案，其中主要由天然丰富的锂组成的中子生成层110被只有一个钝化层310的钝化区域302覆盖，其中该层310由氟化锂组成。在这一实例中，层310具有500nm的厚度。将靶100从手套箱内的惰性气体气氛中取出，并置于具有湿度水平为50％的正常气氛的环境实验室设置中。每个照片在从靶100首次暴露于实验室环境中的气氛的大约第一时刻(时间零点)开始测量的特定时间拍摄。时间零点是标记为零分钟(0min)的左上的照片，上行的左起第二个照片是从时间零点起30秒(0.5min)拍摄的，上行的中间照片是从时间零点起1分钟(1min)拍摄的，以此类推，直到在时间零点之后170分钟拍摄的最后一张照片(下行，最右边)。

天然丰富的锂通常几乎立即与周围大气(例如20-60％相对湿度)反应，并且可以在大气暴露几秒(例如10-30秒)内形成深色氮化锂(Li

图10A-10C包括一系列自顶向下(从上游到下游)照片，其描绘了与靶100的一个示例性实施方案(右)相邻的裸锂基底900(左)。基底900包括具有天然丰富的锂的裸涂层的铜基底，并且没有钝化区域。锂可与环境气氛自由反应。靶100如图7B的横截面视图中描绘的那样配置，其中由天然丰富的锂组成的中子生成层110被具有两个钝化层310和410的钝化区域302覆盖。省略冷却通道。层310由LiF组成，厚度为900nm，层410由铝组成，厚度为400nm。

将两个样品都从手套箱内的惰性气体气氛中取出，并置于具有湿度为50％的正常气氛的环境实验室设置中。图10A的照片在靶100和基底900首次暴露于实验室环境中的空气的几乎瞬间之后1分钟拍摄。图10B的照片在首次暴露之后3分钟拍摄，图10C的照片在首次暴露之后125分钟拍摄。裸锂基底900几乎立即与周围大气反应，并且在1分钟时已经变色，在3分钟时变成更深色调的紫色，在125分钟时最终变成黑色。相反，靶100即使在125分钟时也几乎没有变色。随后通过在除去铝层410时的检查确认不存在锂变色。这些结果与图8和图9的结果相结合，表明双层钝化区域302充分保护锂层110免受污染，如氮化物形成，即使在暴露两小时后也是如此。换言之，LiF层310基本抑制锂向上游方向扩散穿过层310，而铝层410基本抑制大气反应物向下游方向扩散穿过层410。

图11是描绘从类似于参考图10A-10C所述配置的示例性靶100实验收集的数据的曲线图，其中天然丰富的锂层被LiF层310(900nm厚)覆盖，再被铝层410(400nm厚)覆盖。然后使靶暴露于空气多天。X-射线光电子能谱学(XPS)用于收集图11中描绘的光谱数据。不同于其中在铝涂层的表面上没有留下铝的图8的结果，此处的结果显示铝层410的表面组成仍然包括铝。这表明，尽管表面上存在一些锂，但LiF层310基本阻碍锂迁移到铝表面，否则锂会在此反应并如图8的实例中发生的那样遮盖铝。

钝化区域厚度的示例性实施方案

表1-4提供模型化值，以利于描述用于示例性BNCT应用的钝化区域302的一些实施方案的厚度特征，其中质子束碰撞基底上的靶锂层以产生中子。中子生成靶通常不利于在中子生成材料上使用厚钝化区域，因为厚钝化区域降低入射质子的能量并降低中子生成的有效性。

表1显示在几种质子能量下，在天然丰富的锂(约92％锂-7)中的入射质子粒子的范围(有时称为停止范围(stopping range))。在右列中列出变量“达到阈值的深度(depth-to threshold)”，并且表示平均质子在其减慢到对7Li(p,n)7Be反应的阈值能量(大约1.88MeV)之前在材料内行进的距离。在质子减慢超过这一阈值能量之后，其不再能够产生中子。例如，在2.50兆电子伏特(MeV)的质子能量下，高能质子进入锂材料，然后在锂中行进大约90微米，直到其减慢至阈值能量。在这一实例中，如果锂厚度小于90微米(um)，中子产率将降低，并且锂材料没有得到最有效的利用。实际上希望具有对中子发生靶而言足够厚的锂层，但不能太厚(例如200um)以致质子能量在阈值以下的降低耗散锂中的过多热量。

表1

在锂上方具有保护性覆盖层的实施方案中，保护性覆盖层将另外减慢质子。表2显示与表1中相同的入射质子的质子范围，但是对于表2中的数据，在天然丰富的锂的上方添加由1微米厚的氟化锂(LiF)层组成的保护性覆盖层。

表2

在2.5MeV的质子入射能量下，1微米厚的LiF层使质子减慢了0.03MeV(2.5MeV-2.47MeV)。这使得达到阈值的深度轻微减小了大约4.5微米。

表3显示与在1微米厚的下游钝化层310(LiF)和下方的锂上具有由铝组成的0.5微米厚的上游钝化层410的实施方案相关的质子范围。这种配置类似于关于图7和图10描述的配置。

表3

表3表明1.5微米厚的双层钝化区域不会显著减慢质子。由于具有多个钝化层的钝化区域较薄，在该区域中没有发生严重的入射粒子能量损失。

相反，如果钝化区域相对较厚，质子能量显著降低，这对于实际的中子发生装置不一定是理想的，因为可能难以将粒子加速到较高能量。表4显示当安置在天然丰富的锂上时，相对较厚(10微米)的Parylene C保护层表现如何。Parylene C是一种广泛使用的聚合物，主要由低Z元素组成并用于钝化电子器件，因为Parylene C防潮。

在表4中，在2.50MeV的相同能量下，10微米的Parylene C层将质子减慢大约0.20MeV，因此与裸锂(表1)相比，使得达到阈值的深度减少了几乎30％，并且进一步说明达到阈值的深度对钝化区域厚度的依赖性。

大多数相等厚度的金属钝化将比聚合物Parylene C更多地减慢质子。

表4

本文描述的实施方案的钝化区域可以形成相对较薄的钝化覆盖层。钝化区域302的理想厚度取决于特定应用，其可以如本文所述变化。例如，在一些实施方案中，整个钝化区域302的厚度(沿射束轴从上游-下游测量，参见例如图3A、4A和4B中的标记303)为100微米或更小。在一些实施方案中，钝化区域302的厚度为50微米或更小。在某些应用，如BNCT中，更薄的钝化区域302是理想的，尽管不是必需的。例如，在这些和另一些实施方案中，钝化区域302的厚度为10微米或更小，或在一些实施方案中，钝化区域302的厚度为5微米或更小，或在一些其它实施方案中，钝化区域302的厚度为3微米或更小，且在一些其它实施方案中，钝化区域302的厚度为1(一)微米或更小。

目标材料的厚度可以根据需要满足应用的需要。在BNCT应用中，所需厚度可以取决于入射质子能量，并且可以例如在10微米至300微米之间。在入射质子束的能量为1.88MeV至3MeV的一个示例性实施方案中，锂层的厚度可为10-200微米，在入射质子束的能量为2.25MeV至2.75MeV的一个示例性实施方案中，锂层的厚度可为40-150微米。在一个示例性实施方案中，锂层的厚度在40-150微米之间，而双层钝化区域302位于其上方。下游层310可以是氟化锂，上游层410可以是金属，如铝、钛、不锈钢、其合金等。区域302的厚度可以根据本文所述的任何实施方案。在一个示例性实施方案中，层310具有在200-400nm范围内的厚度，层410具有在500-800nm范围内的厚度。

在一些示例性实施方案中，钝化区域302(例如其全部或一部分，如层310、410、450等)可以在其所处系统的运行过程中被除去。例如，在BNCT应用中，粒子束入射到钝化区域302上可以使区域302在运行过程中从靶100上除去(例如烧蚀或燃烧)。该除去可以是由高能粒子束引起的区域302中的温度升高的结果。所造成的中子生成反应也可以促进区域302的这种降解。区域302的除去可以通过减少减慢通过钝化区域302的入射粒子所经历的能量损失而提高中子生成层110的中子生成效率。粒子束可以在靶表面上移动(例如光栅化)，并且可以在靶表面的部分区域上(在此粒子束在靶上的入射与靶的周围区域相比处于相对最高水平(例如持续时间))除去所有或一部分区域302。

本文描述的实施方案也可适用于电池设计和制造。快速发展的锂电池工业受到锂对潮湿气氛的敏感性的限制。在受保护或钝化的装置是电池的金属锂阳极的情况下，可以应用本文所述的实施方案。该实施方案可以简化并降低制造在环境气氛(例如空气)中稳定并且无枝晶的金属锂阳极的成本。

作为到目前为止描述的实施方案的回顾和/或补充，下面阐述本主题的各个方面，此处的重点在于以下实施方案的相互关系和可互换性。换言之，重点在于实施方案的各个特征可以与每个其它特征组合的事实，除非另有明确说明或逻辑上不合理。

在各种实施方案中，一种中子生成靶包括基底、安置在基底上方的中子生成区域和安置在中子生成区域上方的钝化区域。在这些实施方案的一些中，中子生成区域包括配置为生成中子的目标材料，并且钝化区域配置为密封防止目标材料扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有1x 10

在这些实施方案的一些中，目标材料是锂。在这些实施方案的一些中，钝化区域具有5x 10

在这些实施方案的一些中，目标材料是锂。在这些实施方案的一些中，钝化区域具有5x 10

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括氟化锂。

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括氟化锂、硫化锂、氟化镁、碳(C)、类金刚石碳、(超)纳米晶体金刚石或聚合物。

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括锂。在这些实施方案的一些中，钝化区域不包括氮化锂、氧化锂，也不包括氢氧化锂。

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括与目标材料接触的层。在这些实施方案的一些中，该层不包括铝也不包括铍。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有10微米或更小的厚度。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有3微米或更小的厚度。

在这些实施方案的一些中，所述靶配置用于硼中子俘获疗法(BNCT)程序。

在这些实施方案的一些中，所述靶配置为在暴露于具有1.88至3.0兆电子伏特(MeV)的能量的质子束时生成中子。

在这些实施方案的一些中，钝化区域配置为在运行过程中被除去。

在这些实施方案的一些中，目标材料包括锂。

在这些实施方案的一些中，钝化区域不包括目标材料和另一种材料的共晶组合。

在各种实施方案中，一种中子生成靶包括基底、安置在基底上方并包括配置为生成中子的目标材料的中子生成区域和安置在中子生成区域上方并包括下游层和上游层的钝化区域。在这些实施方案的一些中，下游层配置为密封防止目标材料扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，下游层具有1x 10

在这些实施方案的一些中，目标材料是锂。在这些实施方案的一些中，下游层具有5x 10

在这些实施方案的一些中，目标材料是锂。在这些实施方案的一些中，下游层具有5x 10

在这些实施方案的一些中，下游层包括氟化锂。

在这些实施方案的一些中，下游层包括氟化锂、硫化锂、氟化镁、碳(C)、类金刚石碳、(超)纳米晶体金刚石或聚合物。

在这些实施方案的一些中，下游层包括锂。在这些实施方案的一些中，下游层不包括氮化锂、氧化锂，也不包括氢氧化锂。

在这些实施方案的一些中，下游层不包括铝也不包括铍。

在这些实施方案的一些中，上游层配置为密封防止环境物质扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，上游层配置为密封防止来自大气的物质扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，上游层配置为密封防止氧气、氮气和水扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，上游层配置为密封防止环境物质扩散穿过钝化区域的上游层并与下游层接触。

在这些实施方案的一些中，上游层包括铝、钛、铂、镍、钢、银、金、不锈钢、铝硅、钼、钨、碳化钨和/或钽。

在这些实施方案的一些中，上游层具有100或更小的对氧气、氮气和二氧化碳的气体渗透率，以(立方厘米x毫米)/(平方米x天x大气压)测量。

在这些实施方案的一些中，上游层具有3.1或更小的对氧气、氮气和二氧化碳的气体渗透率，以(立方厘米x毫米)/(平方米x天x大气压)测量。

在这些实施方案的一些中，上游层具有0.6或更小的水蒸气透过率(WTVR)，以(克x毫米)/(平方米x天)测量。

在这些实施方案的一些中，上游层具有0.09或更小的水蒸气透过率(WTVR)，以(克x毫米)/(平方米x天)测量。

在这些实施方案的一些中，上游层与下游层接触。

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括在上游层与下游层之间的中间层。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有10微米或更小的厚度。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有3微米或更小的厚度。

在这些实施方案的一些中，所述靶配置用于硼中子俘获疗法(BNCT)程序。

在这些实施方案的一些中，所述靶配置为在暴露于具有1.88至3.0兆电子伏特(MeV)的能量的质子束时生成中子。

在这些实施方案的一些中，至少一部分钝化区域配置为在运行过程中被除去。

在这些实施方案的一些中，目标材料包括锂。

在各种实施方案中，一种制造用于硼中子俘获疗法的靶的方法包括将中子生成区域施加到基底上，和在中子生成区域上方施加钝化区域。在这些实施方案的一些中，中子生成区域包括配置为生成中子的目标材料，并且钝化区域配置为密封防止目标材料扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，钝化区域的下游层配置为密封防止目标材料扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，该方法进一步包括在下游层上方施加钝化区域的上游层。在这些实施方案的一些中，上游层与下游层接触和/或下游层与中子生成区域接触。

在这些实施方案的一些中，中子生成区域和钝化区域根据上述实施方案的任一项配置。

在这些实施方案的一些中，中子生成区域和钝化区域根据上述实施方案的任一项配置。

在各种实施方案中，一种产生中子的方法包括对靶施加粒子束以使来自粒子束的粒子穿过钝化区域并在撞击靶的中子生成区域时生成中子。在这些实施方案的一些中，钝化区域配置为密封防止中子生成区域的材料扩散到钝化区域中。在这些实施方案的一些中，该方法进一步包括继续对靶施加粒子束以使至少一部分钝化区域被除去。

在这些实施方案的一些中，所述靶根据上述实施方案的任一项配置。

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括上游层和下游层。在这些实施方案的一些中，上游层和下游层都通过在靶的区域中继续施加粒子束而被除去。

在这些实施方案的一些中，该方法作为硼中子俘获疗法(BNCT)程序的一部分进行。

在各种实施方案中，一种靶装置包括包含凹部的基底、在基底的凹部中的中子生成区域和安置在中子生成区域上方的钝化区域。在这些实施方案的一些中，钝化区域包括上游层和下游层。在这些实施方案的一些中，下游层位于所述凹部中。

在这些实施方案的一些中，上游层位于所述凹部中。在这些实施方案的一些中，基底包括与所述凹部相邻的侧壁。在这些实施方案的一些中，下游层没有延伸到侧壁的上游表面上方.

在这些实施方案的一些中，上游层没有延伸到侧壁的上游表面上方。

在这些实施方案的一些中，上游层在侧壁的上游表面上方延伸。

在这些实施方案的一些中，所述靶根据上述实施方案的任一项配置。

在各种实施方案中，一种靶装置包括基底和安置在基底上方的中子生成区域。在这些实施方案的一些中，中子生成区域包括上游表面和侧壁表面。在这些实施方案的一些中，靶装置进一步包括安置在中子生成区域的上游表面和侧壁表面上方的钝化区域。

在这些实施方案的一些中，钝化区域和基底包围中子生成区域。

在这些实施方案的一些中，所述靶根据上述实施方案的任一项配置。

在各种实施方案中，一种装置包括基底、安置在基底上方并包括锂的第一区域和安置在第一区域上方的钝化区域。在这些实施方案的一些中，钝化区域配置为密封防止锂扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，第一材料是锂。在这些实施方案的一些中，钝化区域具有5x 10

在这些实施方案的一些中，第一材料是锂。在这些实施方案的一些中，钝化区域具有5x 10

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括氟化锂。

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括氟化锂、硫化锂、氟化镁、碳(C)、类金刚石碳、(超)纳米晶体金刚石或聚合物。

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括锂。在这些实施方案的一些中，钝化区域不包括氮化锂、氧化锂，也不包括氢氧化锂。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有100微米或更小的厚度。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有50微米或更小的厚度。

在各种实施方案中，一种装置包括基底、安置在基底上方并包括锂的第一区域和安置在第一区域上方并包括下游层和上游层的钝化区域。在这些实施方案的一些中，下游层配置为密封防止锂扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，下游层具有5x 10

在这些实施方案的一些中，下游层具有5x 10

在这些实施方案的一些中，下游层包括氟化锂。

在这些实施方案的一些中，下游层包括氟化锂、硫化锂、氟化镁、碳(C)、类金刚石碳、(超)纳米晶体金刚石或聚合物。

在这些实施方案的一些中，下游层包括锂。在这些实施方案的一些中，下游层不包括氮化锂、氧化锂，也不包括氢氧化锂。

在这些实施方案的一些中，下游层不包括铝也不包括铍。

在这些实施方案的一些中，上游层配置为密封防止环境物质扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，上游层配置为密封防止来自大气的物质扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，上游层配置为密封防止氧气、氮气和水扩散到钝化区域中。

在这些实施方案的一些中，上游层配置为密封防止环境物质扩散穿过钝化区域的上游层并与下游层接触。

在这些实施方案的一些中，上游层具有100或更小的对氧气、氮气和二氧化碳的气体渗透率，以(立方厘米x毫米)/(平方米x天x大气压)测量。

在这些实施方案的一些中，上游层具有3.1或更小的对氧气、氮气和二氧化碳的气体渗透率，以(立方厘米x毫米)/(平方米x天x大气压)测量。

在这些实施方案的一些中，上游层具有0.6或更小的水蒸气透过率(WTVR)，以(克x毫米)/(平方米x天)测量。

在这些实施方案的一些中，上游层具有0.09或更小的水蒸气透过率(WTVR)，以(克x毫米)/(平方米x天)测量。

在这些实施方案的一些中，上游层包括铝、钛、铂、镍、钢、银、金、不锈钢、铝硅、钼、钨、碳化钨和/或钽。

在这些实施方案的一些中，上游层与下游层接触。

在这些实施方案的一些中，钝化区域包括在上游层与下游层之间的中间层。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有100微米或更小的厚度。

在这些实施方案的一些中，钝化区域具有50微米或更小的厚度。

在各种实施方案中，一种中子束系统包括加速器和从加速器延伸到根据上述实施方案的任一项配置的中子生成靶的束线。

应该指出，关于本文提供的任何实施方案描述的所有特征、要素、组件、功能和步骤旨在可以与来自任何其它实施方案的这些自由组合和替换。如果仅关于一个实施方案描述了某个特征、要素、组件、功能或步骤，应该理解的是，除非另有明确说明，该特征、要素、组件、功能或步骤可以与本文描述的每个其它实施方案一起使用。本段落因此在任何时候都充当提出根据权利要求的先行基础和书面支持，以在这样的组合或替换可行的特定情况下组合来自不同实施方案的特征、要素、组件、功能和步骤，或将来自一个实施方案的特征、要素、组件、功能和步骤替换为另一个实施方案的这些，即使以下说明书没有明确指出。明确承认，明文表述每种可能的组合和替换过于繁琐，尤其是考虑到本领域普通技术人员容易认识到每种这样的组合和替换的可容许性。

如本文和所附根据权利要求书中所用，单数形式“一”和“该”包括复数对象，除非上下文另有明确规定。

尽管实施方案能有各种修改和替代形式，但其具体实例已经显示在附图中并在本文中详细描述。但是，应该理解的是，这些实施方案不限于所公开的特定形式，而是相反，这些实施方案应该覆盖落在本公开的精神内的所有修改、等同物和替代物。此外，实施方案的任何特征、功能、步骤或要素可能列举在根据权利要求中或添加到根据权利要求中，以及通过不在该范围内的特征、功能、步骤或要素来限定根据权利要求书的发明范围的否定性限制。