提高垂直超热中子束照射通量的堆芯组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于中子俘获疗法炬NCT)技术领域，具体设及一种提高抗癌核素中 子刀（CancericidalNuclideNeutronKnife)垂直超热中子束照射通量的堆巧组件及其 方法。
【背景技术】
[0002] 核反应堆棚中子俘获疗法中子源能提供两种方向的中子束流，一是水平方向，再 是垂直方向。迄今核反应堆中子源引出的中子束，几乎都是水平方向的束装置。主要原因在 于堆巧反射层外周围有较大的空间可用作设置束装置，同时保证较高的入射中子强度。为 了传输处方剂量到达患部，BNCT需要束流对准患部，在设定束流强度下，对患部维持一定的 照射时间，根据屯、理学分析，病人进入照射室后，对核福射有潜在的恐惧屯、理，会坐立不安。 人体重屯、最低的即为邱式或躺式，此时人的屯、情会自然释缓。因而垂直照射束是BNCT所首 先追求的，它可使病人在自然势态下接受照射，而且垂直束可包罗全身肢体、脏器的所有患 部。
[0003] 大中型研究堆因堆巧大，负荷重，支撑结构与堆内构件都坐落在堆底，而体积更 大，负荷更重的堆体又都压在底部基础结构上，因而腾不出空间来设置一套垂直照射室装 置。迄今世界上BNCT核反应堆中子源上极少垂直中子束就是该个原因。
[0004] 唯一例外的是美国的MITR堆，它千方百计设置了一套BNCT垂直中子束，确实提 供了病人最舒适的照射条件，但因它是重水堆，该条束只能产生热中子，虽然束强极高达 5X109n?cm2 ?S1出口通量，但堆的功率却是5000kw，只能作浅部疾患照射，迫使它斥巨 资在堆巧周围再引出一条超热水平中子束，用作深部肿瘤照射。
[0005] -般反应堆即使在堆巧下方设置照射座，由于堆巧底部冷却剂循环所需空间和各 种复杂构件的存在，输出的中子谱难W保证是超热中子谱，世界上还找不到一条束强满足 要求的垂直超热中子束。
[0006] 微堆结构的反应堆堆巧小，负荷轻，整个堆体悬挂在池顶框架上，堆底及其下部空 间无承重结构框架存在，为垂直束提供了潜在的布局空间。堆巧底部结构经过改造设计，可 顺利将堆巧泄露出的高能中子导入照射座，引出一条束强达标，质量优秀的超热中子束。
[0007] 在核反应堆内要使源通量增加，最直接的办法就是提高堆功率。如图1所示，根据 现有技术的水平超热中子束参数（3X108n?cm2 ?gi)，要使其达标单靠功率来达到的话， 堆功率就需要提升3. 5倍。若要设达标的垂直超热束，堆功率需要提高10倍W上。为了设 置垂直超热束，设计一个几百千瓦功率的反应堆，那就不是微堆了。显然，该是一条根本不 可行的途径。
【发明内容】
[0008] 本实用新型的目的在于提供一种提高垂直超热中子束照射通量的堆巧组件，该堆 巧组件能有效提高高能中子在堆巧能谱中所占的比分，从而增加泄出堆巧中子谱的强度， 拓宽热上中子份额，并在过渡区内保证不被过度软化，保持足够强度的热上中子比分输入 照射座中，最终提高从照射座输出的垂直超热束的通量。
[0009] 实现本实用新型目的的技术方案；一种提高垂直超热中子束照射通量的堆巧组 件，该组件包括过渡段部分W及堆巧部分，过渡部分包括底被盘、水层、下筒体底板；堆巧部 分包括上被片、侧被环、石墨瓦件、侣瓦件、燃料组件。下筒体内一侧设有侣瓦件，下筒体内 另一侧设有石墨瓦件，下筒体底部内安装有底被盘，底被盘底部与下筒体底板之间设有水 层，底被盘上安装有燃料组件，燃料组件外侧套有侧被环，燃料组件顶部设有上被片，燃料 组件包括上栅板、下栅板、中央控制椿、若干个燃料椿和若干个贫轴椿，中央控制椿插在上 栅板、下栅板中屯、内，若干个燃料椿、贫轴椿分别布置在上栅板、下栅板的不等间距的若干 个同屯、圆的圆周上。
[0010] 所述的底被盘厚度为5畑1，水层厚度5臟，下筒体底部的厚度为5. 2畑1。
[0011] 所述的上栅板、下栅板的不等间距的同屯、圆为十一个。
[0012] 所述的燃料椿共计350根，235U丰度为14%，上栅板、下栅板的第1圈圆周上均匀布 置5根燃料椿，第2圈圆周上均匀布置11根燃料椿，第3圈圆周上均匀布置17根燃料椿， 第4圈圆周上均匀布置23根燃料椿，第5圈圆周上均匀布置29根燃料椿，第6圈圆周上均 匀布置35根燃料椿，第7圈圆周上均匀布置41根燃料椿，第8圈圆周上均匀布置47根燃 料椿。
[0013] 所述的上栅板、下栅板的第9圈圆周上布置8根错拉杆，该8根错拉杆与45根燃 料椿沿上栅板、下栅板的周向均匀分布。
[0014] 所述的上栅板、下栅板的第10圈圆周上布置12根贫轴椿，该圈圆周上的12根贫 轴椿与51根燃料椿2沿上栅板、下栅板的周向均匀分布，该12根贫轴椿分为4组，每3根 为一组，每组中的3根贫轴椿相邻，组间间隔分别为6根燃料椿、12根燃料椿、5根燃料椿； 所述的上栅板、下栅板的第11圈圆周上布置23根贫轴椿，该圈圆周上的23根贫轴椿与46 根燃料椿2沿上栅板、下栅板的周向均匀分布，该圈圆周上的23根贫轴椿相邻布置。
[0015] 本实用新型的有益技术效果在于：
[001引（1)本实用新型的堆巧是欠慢化堆忍，采用235U丰度14%的燃料椿，降低堆巧H/U-5比为159. 8 (现有技术为190)，进一步增加了堆巧的欠慢化度，硬化了堆巧的平均中子 能谱，将高能中子从堆巧更多地泄露出去，有益于增加超热束的通量，图6、图7为归一化对 数坐标下原型微堆堆巧化/U-5比值238)与本实用新型堆巧的径向热中子分布对比图，H/ U- 5越小反中子阱越明显，因此本实用新型堆巧的反中子阱效果优于现有技术。
[0017] (3)本实用新型的底被盘经过多方案的厚度优化计算，采用5cm的厚度，相比现有 技术中10cm厚的被片，仅仅增加适当堆巧U装量，同时减少慢化能力较强的Be对热上中子 的损耗，增加热上成分的输入，最终提高超热束的通量。
[0018] (3)本实用新型抛弃了一般反应堆底部大容量水腔的设计，仅保留维持自然循环 流动畅通的最低厚度，大大削减了高能中子的损失，使偏硬的中子谱顺利输入到照射座，形 成高效的超热中子束，下筒体采用了加厚侣底板，使较高能量（~IMev)的中子顺利穿越， 保证输入中子能谱不被软化，产生的活化丫射线由于进入照射座被簡过滤，对照射束没有 影响。
[0019] (4)上述（1) (2) (3)的技术效果，使垂直超热束比现有技术估价提高一个量级W 上。作为工程冗余措施，本实用新型的堆巧功率设为45kw，相比现有技术提高到了 1.5倍， 增加了堆巧中子通量，为达到高通量超热束的产生留出适当余地，通过非均匀圈距燃料椿 布局设计，解决了由于功率提高带来的功率不均匀系数偏大的问题，提升功率后的反应堆 仍具有固有安全性，日常运行堆巧热工参数满足要求，基准事故下可由冷却剂温度负反馈 作用下降低功率并稳定在较低值。
[0020] (5)本实用新型的垂直超热中子束，经过计算验证，45kw的功率可产生1. 2X 109n ?cm 2i的超热中子通量，是迄今国际上取epi/P堆比值最高的核反应堆超热中子束设计。
【附图说明】
[0021] 图1为现有技术中照射装置的主视图；
[0022] 图2为本实用新型所提供的一种提高垂直超热中子束照射通量的堆巧组件的主 视图；
[0023] 图3为图2中堆巧的主视图；
[0024] 图4为图2中堆巧的俯视图；。
[00巧]图5为热中子反应堆中的中子能谱分布图。
[0026] 图6为本实用新型所提供的一种提高垂直超热中子束照射通量的堆巧组件原 型一一微堆的径向热中子通量密度分布图。
[0027] 图7为本实用新型所提供的一种提高垂直超热中子束照射通量的堆巧组件的径 向中子/光子通量密度分布图。
[0028] 图中；1为中央控制椿，2为燃料椿，3为贫轴椿，