用于BNCT-SPECT的帕维亚TRIGA MARK II反应堆热柱优化设计

针对坐落于意大利帕维亚大学的TRIGA Mark II反应堆热柱结构进行优化设计,从而满足面向硼中子俘获治疗(BNCT)的单光子发射计算机断层成像(SPECT)研究要求。为提高计算效率并减小统计误差,对比分析使用SSW/SSR方法与直接使用反应堆为源项时热柱内照射位置处中子能谱,其结果基本一致,从而验证了SSW/SSR方法的可靠性。为在该反应堆开展BNCT中SPECT实验,热柱中子束需准直为笔形束。对比分析四种热柱优化方案下束流口处及探测器处热中子和光子通量：40 cm长石墨(射束口5 cm3 cm);0.5 cm厚硼包裹40 cm长石墨(射束口5 cm3 cm);30 cm长天然锂聚乙烯(射束口直径4 cm);30 cm长天然锂聚乙烯(20 cm长射束口直径5 cm,5 cm长射束口直径4 cm,5 cm长射束口直径2 cm)。结果显示,射束口处热中子通量分别为1.05108,2.52107,6.08107和5.10 107 #/(cm2s)。综合考虑中子准直效果及光子污染,方案三具有最优性能。为后续进行BNCT-SPECT理论和实验研究提供了基础,从而有效促进BNCT剂量准确评估方法的研究进程。     

Gamma全吸收型BaF2探测装置中子屏蔽体与吸收体的研究

中国原子能科学研究院已经建造完成了我国第一套全吸收型BaF₂探测装置,采用瞬发γ测量法,精确测量中子俘获反应截面。中子源是利用HI-13串列加速器产生的脉冲化质子束,通过7Li(p, n)7Be反应建立。为了有效降低周围环境材料和探测器产生的散射中子本底,约束中子束流的形状,使用MCNP程序模拟设计了屏蔽体,采用含硼聚乙烯(B₄C质量分数为5%)包裹5 cm铅的方案,以及准直器采用平行孔的方案。该设计使样品处的中子束斑平整均匀,直径约为2 cm,束斑外的中子注量降低5个数量级,γ注量降低3个数量级。同时设计了中子吸收体(外半径为10 cm,厚度为7 cm)用于吸收待测样品产生的散射中子。MCNP和GEANT4程序的模拟结果表明:选择含硼聚乙烯(10B₄C质量分数为10%)作为中子吸收体的加工材料,其中子吸收率达到了80%,并设置1 MeV的能量加和阈,能够满足在线测量中子俘获反应截面的实验要求。     

热中子分析探雷的中子源慢化装置设计与优化

与传统的地雷探测技术相比,热中子分析(Thermal Neutron Analysis,简称TNA) 探雷技术具有准确率高、虚警率低和对环境适应性强的特点,但探测速度较慢,制约了其广泛应用。为了提高地雷位置处的慢热中子通量,缩短探测时间,提出了一种基于252Cf 的中子源慢化装置设计构型,主要包含中子慢化层、中子反射层、本底 屏蔽层和侧向中子吸收层4 个部分。采用数值模拟的方法比较了4种常用中子慢化(反射) 材料的性能,优选高密度聚乙烯作为慢化材料,石墨作为反射材料。同时,为了满足辐射安全要求,对屏蔽材料的结构进行了优化计算。按照设计构型搭建了TNA 探雷实验平台。在104 n/s 中子源强下优化了慢化层和反射层的厚度,测试了装置慢化效能,在107 n/s 中子源强下评估了装置辐射安全性能。结果表明,采用该装置可使地雷位置处的慢热中子通量提升11 倍以上,并能有效保障辐射安全。Compared with the traditional landmine detection methods, Thermal Neutron Analysis (TNA) landmine detection has the advantages of high accuracy, low false alarm rate and strong adaptability to the environmental change.But the long detection time restrict the wide application of this technology. In order to shorten the detection time, one possible design of neutron moderation device based on 252Cf neutron source is proposed to enhance the moderated neutronflux in mine position. The device consists of four parts, the neutron moderator, the neutron reflector, the background shield and the useless neutron absorbing layer. Then, the performance of four widely used materials in neutronics was compared with MCNP5 code, and HDPE was chosen as the neutron moderator material, graphite as the neutron reflector material. The thickness of the useless neutron absorbing layer was optimized at the same time. Finally, an experimental platform of 252Cf neutron moderation device was assembled on the basis of simulation results, and a series of experiments were carried out to optimize the geometric dimensions and evaluate the dose equivalent with two different strengths neutron source, 104 and 107 n/s. The results indicate that this device can effectively enhance the thermal neutron flux at mine position by more than 11 times and ensure the radiation safety.