CN103505226B - 医院中子照射器-ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医院中子照射器-Ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道，包括紧邻热中子照射装置的石墨减速器侧壁的第一中子减速器、第一γ射线屏蔽器、其一端紧邻第一γ射线屏蔽器的铝箱体、位于铝箱体之内紧邻第一γ射线屏蔽器的第二中子减速器、紧邻铝箱体另一端的第一中子屏蔽器、紧邻第一中子屏蔽器的第三γ射线屏蔽器、紧邻第三γ射线屏蔽器的第二中字屏蔽器、其后为第四γ射线屏蔽器、位于第一中子屏蔽器、第三γ射线屏蔽器、第二中子屏蔽器和第四γ射线屏蔽器中心的测量口、以及位于第二中子减速器与测量口中心的中子束准直孔。本发明解决了从医院中子照射器中子源内直接引出热中子束的空间布局困难、结构施工复杂、出口热中子束强度难以满足要求和中子束内伴随高强度γ本底的问题。

Description

医院中子照射器-Ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道

技术领域

本发明涉及一种医院中子照射器-Ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道，特别是涉及一种解决了从医院中子照射器中子源内直接引出供瞬发γ中子活化分析用热中子束的空间布局困难、结构施工复杂、出口热中子束强度难以满足要求和中子束内伴随高强度γ本底问题的医院中子照射器-Ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道。

背景技术

硼中子俘获疗法BNCT是一项二元靶向放疗肿瘤的新技术。它是根据肿瘤细胞对某种含硼药物具有特异性吸收和浓聚的特点，通过静脉注射方法把¹⁰B引入到肿瘤中，然后用热中子照射肿瘤部位，使产生¹⁰B（n，α）⁷Li核反应。反应产物为高能α粒子和⁷Li离子。它们的射程与细胞大小相当，从而就地杀死癌细胞而不或很少伤及肿瘤周围正常组织,达到***的目的。很显然，为了准确控制患者在治疗过程中所接受的辐射剂量必须在较短的时间内（<30分）准确测定照射的热中子注量和肿瘤中¹⁰B的浓度。本水平实验孔道即为准确测定肿瘤组织或血液中¹⁰B浓度之用。为此必须建造一个中子热化充分、准直度很好，并且具有一定热中子注量率强度的实验孔道，提供给瞬发γ谱仪作为快速分析测定¹⁰B浓度之用。

分析组织中或血液中硼浓度的方法通常有两种，即常规的化学分析法和中子活化分析法。常规化学分析方法分析灵敏度较低,而且,从取样到分析测量需要做繁琐的样品前、后处理，花费时间较长，不能适应BNCT临床实时探测的要求。近年来,投入应用的ICP-MS(电感耦合等离子体质谱仪)和ICP-MS（电感耦合等离子体原子发射谱仪）虽然均能满足测量BNCT对血硼浓度的灵敏度和精度的要求，但是，它们的分析时间稍长，不能契合分析时刻的照射注量率值，在评估患者接受的照射剂量时，误差稍大些。而中子活化分析，不破坏样品（即不需对照射样品进行前后、处理），灵敏度高，快速省时,可作多元素精准的全分析。一般在核单位更倾向利用自身的优势，采用中子活化分析方法。

¹⁰B元素（n，α）反应产物⁷Li^*的半衰期极短（约ns量级）不能采用通常应用的常规缓发中子活化分析方法，而必须采用瞬发γ中子活化分析方法。这种瞬发γ中子活化分析方法对中子束要求较高:束中子要充分热化,并有足够热中子注量率（>1×10⁶n/cm²·s）;中子束中的γ射线本底低（<10⁵n/cm²·s）；热中子束的准直度高（J/Φ>0.9）。

在大中型研究堆上进行瞬发γ中子活化分析通常利用堆上已有的径向或切向水平孔道稍加改造即可满足要求(见图2所示)，但在医院中子照射器的中子源上，像通常大中型研究堆上那样，引出一条满足瞬发γ活化分析用的中子束几乎没有可能。首先，堆内已经没有足够大的空间,因为热和超热中子束的石墨瓦和铝瓦已占去堆的冷却剂自然循环流道面积近70%，再占用较大面积引出中子束将严重影响堆芯冷却；若以小口径管道径向引出源中子，因接受源中子的立体角小，沿途中子损失大，因而不可能达到孔道出口要求的热中子束强度；其次，在结构上，直接从堆内引出一条径向中子束，必须要穿过反应堆壳体，水池的铝衬里，这须要解决好密封和防水渗透问题；在中子束引出水池外以后还须有大空间安置中子热化减速、中子和γ射线的屏蔽和准直部件，这样,在满足热中子束强度上无法保证，在财力上也要作很大的投入。

因此亟需提供一种新型的医院中子照射器-Ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种解决了从医院中子照射器中子源内直接引出供瞬发γ中子活化分析用热中子束的空间布局困难、结构施工复杂、出口热中子束强度难以满足要求和中子束内伴随高强度γ本底问题的医院中子照射器-Ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道。

为解决上述技术问题，本发明一种医院中子照射器-Ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道，包括堆芯、位于堆芯一侧的石墨瓦、以及邻近石墨瓦的石墨减速器；堆芯的中子源强度为2.5×10¹⁵n/s～2.5×10¹⁶n/s；石墨减速器径向尺寸为1200mm×1200mm～1000mm×1000mm；还包括与石墨减速器侧壁相邻的第一中子减速器、与第一中子减速器相邻的第一γ射线屏蔽器、其一端与第一γ射线屏蔽器相邻的铝箱体、位于铝箱体之内与第一γ射线屏蔽器相邻的第二中子减速器、与铝箱体另一端相邻的第一中子屏蔽器、与第一中子屏蔽器相邻的第三γ射线屏蔽器、与第三γ射线屏蔽器相邻的第二中子屏蔽器、与第二中子屏蔽器相邻的第四γ射线屏蔽器、位于第一中子屏蔽器、第三γ射线屏蔽器、第二中子屏蔽器和第四γ射线屏蔽器中心的测量口、以及位于第二中子减速器与测量口中心的中子束准直孔。

中子束准直孔为锥形空气腔，其腔前端外推至石墨减速器外壁边缘处的孔径为100mm，其腔尾端中子束出口处的直径为20mm；锥形空气腔对应墨减速器的位置距离堆芯圆心770mm～850mm。

第一减速器由石墨制成。

第一γ射线屏蔽器由金属铋制制成。

第二γ射线屏蔽器由4块长方形金属铋板制成；其中两块长90mm宽500mm厚40mm，另两块长90mm宽580mm厚40mm。

第二中子减速器由核级石墨块砌成。

测量口为金属铋的台阶形圆柱体，总长260mm。

第一中子屏蔽器与第二中子屏蔽器由含LiF质量百分比80%的聚乙烯制成。

第三γ射线屏蔽器与第四γ射线屏蔽器由金属铋制成。

本发明解决了从医院中子照射器中子源内直接引出供瞬发γ中子活化分析用热中子束的空间布局困难、结构施工复杂、出口热中子束强度难以满足要求和中子束内伴随高强度γ本底的问题。具有如下技术优点：

1）本发明利用在减速剂中，中子是各向同性的特性，采用从热中子束装置的石墨减速器后部，垂直地引出已很好热化了的中子（Φth/Φn>93%）作为本热中子束的中子源，再经本装置的热化，即可满足对中子束要充分热化（Φth/Φn>98%）的要求，节省了直接自IHNI中子源装置引出所必须的大量中子减速器材料；

2）本发明利用热中子束装置对堆芯所张的立体角很大，收集到的堆的源中子多，经石墨减速器热化后，其后部仍有很高的中子束强度（Φn～4×10¹⁰n/cm²·s），这比直接从IHNI中子源装置内，通过小直径导管引中子束的源强至少1～2个量级。

3）本发明利用热中子束装置石墨减速器后部垂直地引出中子束，相对IHNI中子源装置的堆芯来说，本装置即是其切向孔道，这就大大减弱了来自堆芯的很强γ射线，对保证瞬发γ分析***的正常工作十分有利。

4）以本发明建造的¹⁰B浓度分析孔道构思巧妙、结构简单、用材料不多，经理论计算和实验测量表明，完全达到设计要求。

孔道处参数：

Φ_th=3.08×10⁶n/cm²·s（理论值），Φ_th-热中子注量率

2.95×10⁶n/cm²·s（实验值），

Φ_th/Φ_tn=0.98，Φ_th/Φ_tn—热与总中子注量率之比

Φ_γ=8×10⁴γ/cm²·s，Φ_γ—γ射线注量率

—表示中子束并行度的参数

5）为了验证利用该实验孔道进行硼-10浓度分析的可行性，临时组装了一套瞬发γ中子活化分析装置，并获得了初步分析结果（见图2）。结果表明，该孔道作为瞬发γ中子活化法分析硼-10浓度是可行的。

附图说明

图1为本发明所提供的医院中子照射器-Ⅰ中子束装置血硼浓度实时测量孔道的示意图。

图2为硼-10浓度分析结果图。

图中：1为第一中子减速器；2为第一γ射线屏蔽器；3为铝箱体；4为第二γ射线屏蔽器；5为第二中子减速器；6为中子束准直孔；7为测量口；8为第一中子屏蔽器；9为第三γ射线屏蔽器；10为第二中子屏蔽器；11为第四γ射线屏蔽器；12为热中子束装置；13为中子源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

中子源13包括堆芯和位于堆芯一侧的石墨瓦；堆芯的中子源强度为2.5×10¹⁵n/s～2.5×10¹⁶n/s；热中子束源装置12包括邻近石墨瓦的石墨减速器，石墨减速器面对中子源13的径向尺寸为1200mm×1200mm～1000mm×1000mm。

第一减速器1由石墨砌成，与热中子束装置的减速器适配，位于石墨减速器的外壁，引入本装置的中子源；第一γ射线屏蔽器2由金属铋制成，用以屏蔽来自热中子束的γ射线；第二γ射线屏蔽器4由4块长方形金属铋板制成；其中两块长90mm宽500mm厚40mm，另两块长90mm宽580mm厚40mm；用以屏蔽由热中子装置侧面来的γ射线；第二中子减速器5，由核级石墨块砌成；中子束准直孔6，为锥形空气腔，其腔前端外推至与热中子束流装置交界面处的孔径为φ100mm，尾部中子束出口处的孔径为20mm；锥形空气腔对应墨减速器的位置距离中子源圆心770mm～850mm；测量口7为金属铋的台阶形圆柱体，总长260mm，用以准直中子束和屏蔽中子束周围的γ射线；第一中子屏蔽器8由含LiF（80%^wt）的聚乙烯板制成；第三γ射线屏蔽器9，由金属铋制成，该屏蔽器用于降低测量室的γ本底；第二中子屏蔽器10，由含LiF（80%^wt）的聚乙烯做成；第四γ射线屏蔽器11，由金属铋制成，用以进一步降低测量室的γ本底。

铝箱体3与热中子束装置12的铝箱体在设备加工时即焊为一体，铝箱体3为横断面600×600mm长度为1240mm的长方形柱。安装第一中子减速器1使其前端面与热中子束铝箱体的内侧表面齐平，即紧邻石墨减速器；然后安装第一γ射线屏蔽器、第二γ射线屏蔽器4；在第二γ射线屏蔽器4形成的腔体内安装第二中子减速器5；再安装第一中子屏蔽器8，接下去依次安装第三γ射线屏蔽器9，测量口7，第二中子屏蔽器10和第四γ射线屏蔽器11。在安装过程中，各部件应对齐、贴紧，避免形成漏束和造成较大的安装尺寸误差。

Claims (8)

1.一种医院中子照射器-I中子束装置血硼浓度实时测量孔道，包括堆芯、位于所述堆芯一侧的石墨瓦、以及邻近所述石墨瓦的石墨减速器；所述堆芯的中子源强度为2.5×10¹⁵n/s～2.5×10¹⁶n/s；所述石墨减速器径向尺寸为1200mm×1200mm～1000mm×1000mm；其特征在于：还包括与所述石墨减速器侧壁相邻的第一中子减速器、与所述第一中子减速器相邻的第一γ射线屏蔽器、其一端与所述第一γ射线屏蔽器相邻的铝箱体、位于所述铝箱体之内与所述第一γ射线屏蔽器相邻的第二中子减速器、与所述铝箱体另一端相邻的第一中子屏蔽器、与所述第一中子屏蔽器相邻的第三γ射线屏蔽器、与第三γ射线屏蔽器相邻的第二中子屏蔽器、与第二中子屏蔽器相邻的第四γ射线屏蔽器、位于所述第一中子屏蔽器、第三γ射线屏蔽器、第二中子屏蔽器和第四γ射线屏蔽器中心的测量口、以及位于所述第二中子减速器与测量口中心的中子束准直孔。

2.根据权利要求1所述的一种医院中子照射器-I中子束装置血硼浓度实时测量孔道，其特征在于：所述中子束准直孔为锥形空气腔，其腔前端外推至石墨减速器外壁边缘处的孔径为100mm，其腔尾端中子束出口处的直径为20mm；所述锥形空气腔对应石墨减速器的位置距离堆芯圆心770mm～850mm。

3.根据权利要求1所述的一种医院中子照射器-I中子束装置血硼浓度实时测量孔道，其特征在于：所述第一中子减速器由石墨制成。

4.根据权利要求1所述的一种医院中子照射器-I中子束装置血硼浓度实时测量孔道，其特征在于：所述第一γ射线屏蔽器由金属铋制成。

5.根据权利要求1所述的一种医院中子照射器-I中子束装置血硼浓度实时测量孔道，其特征在于：所述第二中子减速器由核级石墨块砌成。

6.根据权利要求1所述的一种医院中子照射器-I中子束装置血硼浓度实时测量孔道，其特征在于：所述测量口为金属铋的台阶形圆柱体，总长260mm。

7.根据权利要求1所述的一种医院中子照射器-I中子束装置血硼浓度实时测量孔道，其特征在于：所述第一中子屏蔽器与第二中子屏蔽器由含LiF质量百分比80％的聚乙烯制成。

8.根据权利要求1所述的一种医院中子照射器-I中子束装置血硼浓度实时测量孔道，其特征在于：所述第三γ射线屏蔽器与第四γ射线屏蔽器由金属铋制成。