CN102855954A

CN102855954A - 14MeV中子热化装置

Info

Publication number: CN102855954A
Application number: CN2011101807349A
Authority: CN
Inventors: 程道文; 李鑫; 韩冬; 向鹏; 韦韧; 董小刚; 孙正昊; 兰民
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-02

Abstract

一种热化效率较高的“14MeV中子热化装置”。用快中子反射层反射D-T中子发生器发射的、远离热中子准直通道出口的14MeV中子，使热化效率提高185.10％。先用快中子慢化层和中子慢化层依次慢化14MeV中子，使热化效率提高36.81％。用聚乙烯作为中子慢化、热化材料，价格远低于重水，热化效率比水高1.01％。用中子反射层反射远离热中子准直通道出口的中子，使热化效率提高537.97％。用热中子聚集层使热中子在准直通道内聚集、准直，使热化效率提高80.28％。此装置可以作为热中子源，用于硼中子俘获治疗、热中子照相等。

Description

14MeV中子热化装置

技术领域

本发明涉及一种用多种材料、多层结构热化14MeV快中子的装置，可以作为热中子源，用于硼中子俘获治疗以及热中子照相，属于核技术应用领域。

背景技术

以D-T中子发生器为中子源进行热中子照相、硼中子俘获治疗有许多优点：(1)不工作时，可以关断D-T中子发生器的电源，无中子辐照，容易防护；(2)D-T中子发生器体积小，可以制成小型装置，容易移动；(3)D-T中子发生器的造价低，容易推广。

D-T中子发生器产生的中子能量为14MeV，慢化、热化后才可以作为热中子源。由于D-T中子发生器的强度远低于反应堆，所以在慢化体材料的选择以及慢化体结构的设计等方面需要优化。

为了提高14MeV中子的热化效率，本发明用多种材料、多层结构对其进行慢化、热化，其热化效率明显高于单一材料、单一结构的热化效率。本发明的热化效率定义为：

发明内容

本发明提供一种“14MeV中子热化装置”，所要解决的技术问题是提高14MeV中子的热化效率。

为了实现上述目标，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种“14MeV中子热化装置”，包括D-T中子发生器，热中子准直通道，快中子反射层，中子慢化层，快中子慢化层，热中子聚集层以及中子反射层。

热中子准直通道的直径(D)为2cm，可以用于硼中子俘获治疗。长度(L)为40cm，准直比(L/D)为20，可以用于热中子照相。

中子显电中性，D-T中子发生器发射的14MeV中子大约有一半沿着热中子准直通道的反向运行，为了提高中子利用率，增加热化装置的热化效率，本发明用快中子反射层对其进行反射，使热化效率提高

185.10 % (= \frac{1.0667 \times 10^{- 4} - {3.7450 \times 10}^{- 5}}{3.7450 \times 10^{- 5}}) .

中子的慢化、热化主要是通过中子与慢化体内原子核的碰撞来实现的。所以，常用富含氢元素的材料对中子进行慢化、热化，如聚乙烯，水，重水等。重水的热化效率虽然略高于聚乙烯和水，但是其价格太高，所以本发明采用聚乙烯对中子进行慢化、热化，其热化效率比用水高

1.01 % (= \frac{1.0667 \times 10^{- 4} - 1.0570 \times 10^{- 4}}{1.0570 \times 10^{- 4}}) .

中子慢化层中对中子慢化、热化起主要作用的是氢元素，其慢化的最佳区域是中子能量为2MeV左右。所以，本发明在快中子慢化层中用铅慢化14MeV中子，使其能量降低到2MeV左右，热化效率提高了

36.81 % (= \frac{1.0667 \times 10^{- 4} - 7.8040 \times 10^{- 5}}{7.8040 \times 10^{- 5}}) .

为了使热中子在热中子准直通道内聚集、准直，本发明用镁制作一个热中子聚集层，可以使热化效率提高

80.28 % (= \frac{1.0667 \times 10^{- 4} - 5.9224 \times 10^{- 5}}{5.9224 \times 10^{- 5}}) .

为了提高中子的利用率，本发明在中子慢化层的外部套一层铅，反射向外传播的中子，提高中子慢化层的中子通量，使热化效率提高

537.97 % (= \frac{1.0615 \times 10^{- 4} - 1.6736 \times 10^{5}}{1.6736 \times 10^{5}}) .

总之，在“14MeV中子热化装置”中，快中子反射层，快中子慢化层，热中子聚集层以及中子反射层都可以大幅度地提高14MeV中子的热化效率。而以水为慢化材料的中子慢化层的热化效率较高，价格最低，

附图说明

下面结合附图和实施例进一步对本发明进行说明。

附图是本发明的结构方框图，主要由7部分组成：

1.D-T中子发生器：是一个半径为2.5cm，长为10cm的柱体。以D-T中子发生器的轴线为x轴，热中子准直通道出口为x轴正方向，以D-T中子发生器的靶(即产生中子的区域)为坐标原点。

2.快中子反射层：以x轴为轴线的圆柱体(去掉D-T中子发生器所占的区域)，半径和厚度皆为60cm，材料为铅，用于反射沿x轴负向传播的快中子。

3.快中子慢化层：以x轴为轴线的圆柱壳，内径为1cm，外径为60cm，厚度为12.5cm，内部为铅，用于慢化快中子。

4.热中子准直通道：以x轴为轴线，半径为1cm，长为40cm的柱体，内部为真空，用于聚集、准直热中子。

5.热中子聚集层：以x轴为轴线的圆柱壳，内径为1cm，外径为6cm，长度为27.5cm，内部为镁，用于反射热中子准直通道内的热中子，使其在通道内聚集、准直。

6.中子慢化层：以x轴为轴线的圆柱壳，内径为6cm、外径为9.5cm，长度为27.5cm，内部为聚乙烯，用于慢化、热化中子。

7.中子反射层：以x轴为轴线的圆柱壳，内径为9.5cm、外径为60cm，长度为27.5cm，内部为铅，用于反射远离热中子准直通道的中子。

具体实施方式

图中，D-T中子发生器(1)发射的14MeV中子，约有50％沿着x轴的负向传播(v_x＜0)，被快中子反射层(2)反射后，有部分中子沿着x轴的正向传播(v_x＞0)。原来沿x轴正向传播的中子以及反射后沿x轴正向传播的中子，只有很少一部分能够直接到达热中子准直通道(4)的出口。其它中子将被快中子慢化层(3)慢化，能量降至2MeV左右，然后被中子慢化层(6)、热中子聚集层(5)以及中子反射层(7)多次反射、慢化、热化。进入热中子准直通道(4)的热中子在热中子聚集层(5)的多次反射作用下，逐渐在热中子准直通道(4)内聚集、准直，最终到达中子准直通道(4)的出口。

Claims

1.一种14MeV中子热化装置，由D-T中子发生器(1)，快中子反射层(2)，快中子慢化层(3)，热中子准直通道(4)，热中子聚集层(5)，中子慢化层(6)以及中子反射层(7)构成，其特征是：用快中子反射层(2)反射D-T中子发生器(1)发射的、远离热中子准直通道(4)出口的14MeV中子，用快中子慢化层(3)和中子慢化层(6)依次慢化14MeV中子，用中子反射层(7)反射远离热中子准直通道(4)出口的中子，用热中子聚集层(5)使热中子在中子准直通道(4)内聚集、准直，提高出口处的热中子通量。

2.根据权利要求1所述的14MeV中子热化装置，其特征是：快中子反射层(2)是一个与D-T中子发生器(1)同轴的圆柱体(去掉D-T中子发生器(1)所占的区域)，材料为铅。

3.根据权利要求1所述的14MeV中子热化装置，其特征是：快中子慢化层(3)是一个与D-T中子发生器(1)同轴的圆柱壳，材料为铅，位于热中子准直通道(4)外部。

4.根据权利要求1所述的14MeV中子热化装置，其特征是：热中子聚集层(5)是一个与D-T中子发生器(1)同轴的圆柱壳，材料为镁，位于热中子准直通道(4)和中子慢化层(6)之间。

5.根据权利要求1所述的14MeV中子热化装置，其特征是：中子反射层(7)是一个与D-T中子发生器(1)同轴的圆柱壳，材料为铅，位于中子慢化层(6)外部。