[发明专利]一种中子慢化用Al/AlF3复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于核反应堆用材料领域，具体涉及一种中子慢化用Al/AlF₃复合材料及其制备方法。

背景技术

硼中子俘获治疗(BNCT)被认为是治疗肿瘤的有效方法，其基本原理是将具有选择性的含10B药物注射入人体血液，药物富集于肿瘤细胞中，使用超热中子束流照射病灶部位，10B吸收中子发生(n,α)反应放出高能量、短射程的α粒子和7Li离子(作用范围约为15μm，与细胞直径相当)，可以在杀死肿瘤细胞的同时避免损伤正常组织细胞。在BNCT技术应用中，高靶向10B药物的开发和超热中子束流的获得是决定该技术能否得到广泛应用的关键。

BNCT所需的超热中子能量介于1eV～10keV之间，要求超热中子所占份额尽可能大，热中子、快中子及γ射线辐射所占份额尽量小到最低限度，这样的辐射场需在反应堆或加速器中子源上实现。反应堆中子能谱一般为0～20MeV之间各种能量的混合谱，需采用特殊设计的中子慢化材料进行过滤。铝、氧化铝和氟化铝是常用的中子慢化材料，在实际应用中，多采用铝和氟化铝不同比例组合来获得BNCT所需中子束流。应用实例如清华大学901核反应堆的最佳慢化材料为ω(AL):ω(ALF₃)为2:3，厚度不小于50cm；中国原子能科学研究院反应堆工程研究所开发的医院中子照射器，理想的慢化材料为体积密度ρ＞2.70g/cm³、ω(AL):ω(ALF₃)为3:7，其厚度不小于70cm。

在不同反应堆产生的中子束流中，各类型中子所占份额差异明显，适用于某一特定反应堆的中子慢化材料通常需要特殊定制。通过相关软件模拟，可以 确定适用于某一堆型的慢化材料成分、密度、厚度等参数。目前，国内已有多家单位展开了关于BNCT的研究，多型专用的微型反应堆也处于构建之中，迫于无法得到致密的Al/AlF₃烧结体，多数反应堆只能使用填充的Al、AlF₃混合物。由于混合物没有强度可言，因此无法加工成特定形状，也不便于运输与安装。另外，混合物难以达到较高体积密度，实现相同的慢化效果，混合物的安装厚度也远大于致密烧结体。总之，目前使用的慢化材料性能无法满足要求，限制了BNCT技术的推广应用，致密Al/AlF₃复合材料的制备有助于推动BNCT快速发展，给肿瘤患者带来福音。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种中子慢化用Al/AlF₃复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种致密度高、力学性能好、成分均匀的中子慢化用Al/AlF₃复合材料。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种中子慢化用Al/AlF₃复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料混合：

将AlF₃、Al粉按质量比1:1～9:1称料混合，再加入烧结助剂并球磨、筛分，物料装入真空袋保存。

(2)热压烧结制备Al/AlF₃复合材料：

将步骤(1)制得的粉料装入热压模具，于烧结炉中对热压模具进行热压烧结；烧结过程中，在室温至400℃时升温速率为10～20℃/min，400℃以上时升温速率2～7℃/min，升温至450～600℃后保温一段时间，保温完成后冷却，即制得所述中子慢化用Al/AlF₃复合材料。

根据本发明，步骤(1)中所采用的AlF₃及铝粉的纯度均高于99.9％，粒度在5μm以下；AlF₃、Al粉的质量比优选为1:1、3:7或1:9。

根据本发明，步骤(1)中所述烧结助剂优选为LiF、NaF、MgF₂中一种，烧结助剂加入量优选为铝粉与氟化铝质量之和的1％。

根据本发明，步骤(1)中所述球磨是指使用快速球磨机球磨，优选采用500ml聚氨酯球磨罐和直径2mm氧化锆球磨子进行球磨；所述快速球磨机优选为行星式快速球磨机，工作转速为200r/min，球磨方式优选为干磨，球磨时间为2h。

根据本发明，步骤(1)中所述筛分是指使用标准筛进行筛分，优选标准筛的筛网目数为60目。

根据本发明，步骤(2)中所述热压模具优选为石墨模具，优选为内部空间100mm×100mm，高度150mm。