专利名称:一种14MeV中子慢化材料的制作方法
一种14MeV中子慢化材料技术领域：
[0001]本实用新型涉及一种14MeV中子慢化材料，属于核技术应用领域。
技术背景[0002]在硼中子俘获治疗(BNCT)中，肿瘤位置的中子通量需要大于IO9CnT2iT1,快中子比率要求小于3%。高产额D-T中子发射器具有价格低、体积小、可移动、关断后无辐射等优点，是BNCT最佳的候选中子源。但是它的中子能量为14MeV，需要慢化后才能用于BNCT。[0003]随着产额为1013n/s的D-T中子发生器的出现，14MeV中子的慢化成为研究热点。 目前，常用的中子慢化材料是水、石墨、重水、石蜡以及聚乙烯等，其缺点是慢化效率低，慢化后的快中子比率很难小于3%，即使D-T中子发生器的产额达到1013n/s，也无法满足BNCT 的要求。
发明内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种14MeV中子慢化材料，所要解决的技术问题是提高其慢化效率，使产额为1013n/s的D-T中子发生器可用于BNCT。[0005]本实用新型采用的技术方案是14MeV中子慢化材料是由3种材料构成，第1种材料是3cm厚的钨，第2种材料是4cm厚的铅，第3种材料是21cm厚的人造金刚石细颗粒。[0006]本实用新型的设计理由如下[0007]14MeV快中子被重金属非弹性散射后，大多数散射中子的能量低于3MeV，能谱的峰值在2MeV左右，此能量是氢元素慢化效果最佳的区域。因此，常用重金属对14MeV中子进行慢化，然后再用富含氢元素的物质对其进一步慢化。[0008]钨和铅都属于重金属，密度大，慢化快中子的能力强。此外，钨和铅的(n，2n)反应截面比较大，能对中子起到增殖作用，有利于提高热中子通量，降低快中子比率。[0009]钨的密度(19. 35X 103kg/m3)比铅(11. 34X 103kg/m3)大，慢化快中子的能力强， 但是其热中子吸收截面(11.0b)远大于铅(0. Ib)的。由于最初的中子束内热中子比例非常少，所以用快中子慢化能力强、热中子吸收截面大的钨对其进行慢化，然后用慢化能力稍弱、吸收截面非常小的铅对中子束进一步慢化。当中子能谱的峰值降低到2MeV左右时，再用水、石墨、重水、石蜡或者聚乙烯对其进行慢化。[0010]金刚石与石墨是碳元素的同素异形体，其密度为3. 50g/cm3左右，而石墨的密度只有2. 62g/cm3，所以金刚石慢化中子的效果应该比石墨好。天然的大块金刚石非常昂贵，可以选用人造金刚石细颗粒，密度约为3. 20g/cm3。[0011]水、石蜡、聚乙烯等富含氢元素物质中的氢含量比较大，中子慢化能力强，但其氢元素的热中子吸收截面比较大，MCNP模拟结果显示它们即使与钨、铅组合，也无法用于BNCT。如果D-T中子发生器的产额为1013n/s，钨铅与重水、石墨、金刚石组合慢化其产生的14MeV中子束，在快中子比率小于3%的条件下能够得到的最高中子通量依次为 3. 09 XlOW2S"1, 2. 29 XlOW2S"1 和 2. 88X 109cnT2s-1，都达到了 BNCT 的要求。钨铅重水组合和钨铅金刚石组合的慢化效果明显好于钨铅石墨组合，所以本实用新型不采用钨铅石墨组合。钨铅重水组合慢化后的最高中子通量只比钨铅金刚石组合高7. 3%，但是重水的价格远远高于人造金刚石细颗粒，所以本实用新型采用钨铅金刚石组合慢化14MeV中子。[0012]MCNP程序的模拟结果显示，当钨、铅、金刚石的厚度分别为3cm、14cm和21cm时， 14MeV中子慢化材料的慢化效果最好。[0013]本实用新型的有益效果是，可以有效地提高14MeV中子的慢化效率。如果D-T中子发生器的产额为1013n/s，本实用新型可以使肿瘤位置的热中子通量达到2. SSXIOWs-1, 且快中子的比例小于3 %，可以满足BNCT的要求。
[0014]下面结合附图和实施例进一步对本实用新型进行说明。图1为本实用新型的截面图。[0015]图中1.钨，2.铅，3.金刚石。
具体实施方式
[0016]在图1中，钨(1)、铅⑵和金刚石(3)依次紧密连接。14MeV中子束首先进入3cm 厚的钨(1)内，被初步慢化后进入14cm厚的铅( 内，当其能谱的峰值被铅( 降低到2MeV 左右后进入21cm厚的金刚石(3)内，在离开金刚石(3)时，快中子的比例低于3%。如果 D-T中子发生器的产额为1013n/s，肿瘤位置的热中子通量能够达到2. 88 X IO9CnT2iT1。
权利要求
1.一种14MeV中子慢化材料，由钨、铅和金刚石3种材料组成的，其特征是钨、铅和金刚石依次紧密相连。
2.根据权利要求
1所述的14MeV中子慢化材料，其特征是钨的厚度为3cm，与铅紧密相连。
3.根据权利要求
1所述的14MeV中子慢化材料，其特征是铅的厚度为Hcm，位于钨和金刚石之间。
4.根据权利要求
1所述的14MeV中子慢化材料，其特征是金刚石的厚度为21cm，与铅紧密相连。
专利摘要
本实用新型涉及一种14MeV中子慢化材料。其特征在于用3种材料依次慢化14MeV中子先用慢化14MeV中子能力强、热中子吸收截面大、厚度为3cm的钨(1)慢化14MeV中子束，然后用慢化14MeV中子能力稍若、热中子吸收截面小、厚度为14cm的铅(2)进一步慢化此中子束，最后用中子慢化能力较强、热中子吸收截面较小、密度较大、厚度为21cm的金刚石(3)对此中子束进行慢化，出射中子束的快中子比率小于3％。如果D-T中子发生器的产额为1013n/s，肿瘤位置的热中子通量能够达到2.88×109n/s，可以用于硼中子俘获治疗。
文档编号G21K1/10GKCN202332321SQ201120474140
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月25日
发明者兰民, 向鹏, 孙正昊, 李鑫, 程道文, 董小刚, 韦韧, 韩冬 申请人:长春工业大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan