医院中子照射器I型堆超热中子束流孔道的优化设计

江新标，朱养妮，赵柱民，陈立新，周永茂

(1.西北核技术研究所，西安 710024;2.中国核工业集团中原对外工程公司，北京 100191)

1 前言

高品质的超热中子束是硼中子俘获治疗(boron neutron capture therapy，BNCT)恶性肿瘤取得成功的关键 条 件之一[1]。由 于超热中子 束 (0.4 ～10000 eV)具有以下两个优点:

1)穿透力强，能深入到大脑深部;

2)与热中子相比，超热中子对正常脑细胞的损伤较小。

因此目前国际上倾向于采用超热中子束来开展BNCT研究。超热中子经过人体组织慢化后，可在人体组织较深部位得到较为理想的热中子，该热中子可与富集在肿瘤区域的含硼药物中的10B发生核反应，释放出传能线密度较高的α粒子和7Li粒子来杀伤肿瘤细胞，实现肿瘤的二元治疗目的。

医院中子照射器 I型堆(IHNI－1)设计有BNCT 超热中子束流孔道[2，3]，该孔道最初采用 Al和Al2O3作为慢化材料来设计超热中子孔道，其几何结构横截面图如图1所示。在设计BNCT超热中子束流方面，Al和Al2O3慢化材料的性能不如专用材料 FLUENTAL[4]，因此，最初采用 Al和 Al2O3慢化材料设计的超热中子通量密度较小，约为4.58×108cm－2·s－1，没有达到 1.0 ×109cm－2·s－1的国际通用要求。因此，为了进一步提高IHNI－1堆超热中子孔道的束流强度，文章利用Al、FLUENTAL等材料对图1中的超热中子滤束装置的慢化体进行优化设计。

图1 IHNI－1堆超热中子束流孔道的几何示意图Fig.1 Epithermal neutron duct of IHNI－1 reactor

2 IHNI－1堆超热中子束流孔道慢化体的优化设计及分析

2.1 IHNI－1堆超热中子束流孔道慢化体优化设计

由于慢化体、反射层材料等对超热中子束流影响较大，因此主要对这两部分的材料和结构进行优化设计。……