[发明专利]14MeV中子慢化材料

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种14MeV中子慢化材料，属于核技术应用领域。

背景技术

在硼中子俘获治疗(BNCT)中，肿瘤位置的中子通量需要大于10⁹cm-²s^-1，快中子所占比例要求小于3％。高产额D-T中子发射器具有价格低、体积小、可移动、关断后无辐射等优点，是BNCT最佳的候选中子源。但是其中子能量为14MeV，需要慢化后才能用于BNCT。

随着产额为10¹²n/s的D-T中子发生器的出现，14MeV中子的慢化成为研究热点。目前，常用的中子慢化材料是铅、水、重水、石蜡以及聚乙烯等，其缺点是慢化效率低，即使D-T中子发生器的产额提高到10¹³n/s，也达不到BNCT的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种14MeV中子慢化材料，所要解决的技术问题是提高其慢化效率。

本发明采用的技术方案是：14MeV中子慢化材料是由3种材料构成，第1种材料是7cm厚的钨，第2种材料是6cm厚的铅，第3种材料是21cm厚的重水。

本发明的设计理由如下：

14MeV快中子被重金属非弹性散射后，大多数散射中子的能量低于3MeV，能谱的峰值在2MeV左右，此能量是氢元素慢化效果最佳的区域。因此，常用重金属对14MeV中子进行慢化，然后再用富含氢元素的物质对其进一步慢化。

钨和铅都属于重金属，密度大，慢化快中子的能力强。此外，钨和铅的(n，2n)反应截面比较大，能对中子起到增殖作用，有利于提高热中子通量，降低快中子比例。

钨的密度(19.35×10³kg/m³)比铅(11.34×10³kg/m³)大，慢化快中子的能力强，但是其热中子吸收截面(11.0b)远大于铅(0.1b)的。由于最初的中子束内热中子比例非常少，所以用快中子慢化能力强、热中子吸收截面大的钨对其进行慢化，然后用慢化能力稍弱、吸收截面非常小的铅对中子束进一步慢化。当中子能谱的峰值降低到2MeV左右时，再用富含氢元素的物质对其进行慢化。

碳、氢、氘、氧的热中子吸收截面依次为：0.0030b，0.1900b，0.0005b和0.0001b。很明显，重水的热中子吸收截面远远小于水，石蜡以及聚乙烯。钨和铅慢化后的中子束所含的热中子比例较大，适合用重水慢化。

MCNP程序的模拟结果显示，当钨、铅、重水的厚度分别为7cm、6cm和21cm是，14MeV中子慢化材料的慢化效果最好。

本发明的有益效果是，可以有效地提高14MeV中子的慢化效率，如果D-T中子发生器的产额高于1.05×10¹²n/s，本发明可以使其热中子通量大于1.0×10⁹n/s，且快中子的比例小于3％，满足BNCT的要求。

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。图1为本发明的截面图。

图中1.钨，2.铅，3.重水。

具体实施方式

在图1中，钨(1)、铅(2)和重水(3)依次紧密连接。14MeV中子束首先进入7cm厚的钨(1)内，被初步慢化后进入6cm厚的铅(2)内，当其能谱的峰值被铅(2)降低到2MeV左右后进入重水(3)内，在离开重水(3)时，快中子的比例低于3％。