本发明专利技术公开一种硼中子俘获治疗(BNCT)中子慢化及束流整形系统，使用AlF3和Al复合材料作慢化剂，Al基B4C复合材料作热中子吸收剂，Bi作伽马屏蔽层，聚四氟乙烯作反射层。通过慢化层物理设计与蒙特卡罗参数化分析，获得束流整形系统内各部分材料组分及尺寸，达到国际原子能机构IAEA推荐的BNCT出口中子束流指标。本发明专利技术的优点在于慢化材料毒性低、加工可靠性高；通过蒙卡多目标优化，达到最大中子利用率，慢化后中子束流品质较好，各项技术指标满足设计要求。要求。要求。
【技术实现步骤摘要】
一种硼中子俘获治疗（BNCT）中子慢化及束流整形系统
[0001]本专利技术涉及硼中子俘获治疗BNCT的中子慢化及束流整形系统设计，属于中子物理、核材料研究等多学科交叉领域。
技术介绍
[0002]硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,简称BNCT)是一种基于
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B(n，a)7Li反应治疗癌症的二元放射疗法，具备精准、高效的优点，针对大范围弥散性恶性肿瘤及中晚期癌症，如颅脑肿瘤等，具有特殊治疗优势。通过2.5MeV质子打锂靶产生中子，并将中子慢化，获得治疗所需的超热中子；同时，屏蔽有害的热中子、以及伽马成分，降低癌症治疗过程中病人正常组织的辐射剂量。因此，中子束流品质对癌症治疗以及正常组织保护至关重要，而中子慢化与束流整形系统的设计是影响束流品质的核心关键。基于加速器的BNCT治疗系统，具有体积小、涉核审批容易等优势，适用于医院规模化建设，具有广泛的应用前景。
[0003]本专利技术所在项目团队正开展国产紧凑型BNCT研究，基于加速器产生2.5MeV质子，通过7Li(p,n)7Be反应，产生平均能量为0.33MeV的快中子。为获得治疗所需超热中子(0.5eV～ 10keV)，需要对其进行慢化；另外，需要控制热中子(<0.5eV)、快中子(>10keV)、γ剂量水平，降低正常组织辐照危害、提高病人治疗安全性。国际原子能机构(IAEA)针对硼中子俘获治疗系统，给出出口束流技术指标。该技术指标建议出口处获治疗系统，给出出口束流技术指标。该技术指标建议出口处较高的超热中子注量率，有助于降低病人辐照时间，提高治疗效率；快中子成分(即快中子剂量与超热中子注量率之比)，γ成分(即快中子剂量与超热中子注量率之比)，γ成分(即γ剂量与超热中子注量率之比)，热中子比例(即热中子注量与超热中子通量之比)本项目即开展高性能的快中子慢化与束流整形系统设计。
[0004]中子慢化的材料需要有较高的中子散射截面，能够迅速将平均能量0.33MeV中子慢化；同时，中子吸收截面要小、γ射线反应截面小。因此，一般选用中等质量核素，如Al/Mg/F/O/C 等。同时，需要将无效的热中子吸收，常用的热中子吸收材料有6Li、
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B等。中子慢化材料设计，是一个多目标优化过程，需要满足超热中子通量高，同时，快中子、热中子、γ射线成分低的要求。另外，针对医疗设备大规模推广和应用，要求慢化材料加工、制造可行性高，且成本可控。
[0005]芬兰国家技术研究中心VTT开发了Fluental
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，其核心材料组分为质量分数69％的AlF3、 30％的Al以及1％的LiF，材料加工技术成熟，中子慢化性能优异，超热中子注量率高、γ射线低。但同时，Fluental
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材料为芬兰VTT专利材料，其价格昂贵；另外，Fluental
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材料中的LiF有毒，加工制造条件严格，不利于大规模制备。因此，本专利技术采用AlF3、金属Al 复合材料作中子慢化剂，通过多目标优化分析，获得最佳束流参数的材料组分；同时，设计合理的热中子吸收层、伽马屏蔽层和反射层，获得国际原子能机构IAEA推荐出口束流指标的中子慢化和束流整形系统设计。
[0006]本专利技术的目的为设计一套中子慢化及束流整形系统，将7Li(p,n)7Be反应产生的中子慢化。质子能量2.5MeV，产生的中子平均能量0.33MeV，慢化后出口为超热中子，能量 0.5eV～10keV。
[0007]本专利技术的技术解决问题：将平均能量0.33MeV中子慢化，获得超热中子束，且满足国际原子能机构IAEA对热中子、超热中子、快中子、伽马成分的不同需求，是多目标优化过程，需要设计合理的中子慢化和束流整形结构。
[0008]本专利技术设计的中子慢化系统及束流整形系统，需要降低束流中的有害成分，包括热中子、γ射线。
[0009]基于上述需求，本专利技术的设计结构由中子慢化层、热中子吸收层、γ屏蔽层、反射层、准直器组成。
[0010]所述中子慢化层为第一中子慢化层(1)和第二中子慢化层(6)。
[0011]所述γ屏蔽层为第一γ屏蔽层(4)和第二γ屏蔽层(5)。
[0012]所述中子慢化层材料为AlF3/Al复合材料，将0.33MeV中子慢化至超热中子水平。
[0013]所述热中子吸收层为Al基B4C复合材料，功能为吸收多余热中子。
[0014]所述γ屏蔽层材料为Bi，降低γ射线成分。
[0015]所述反射层材料为聚四氟乙烯，将外围中子反射回出口，提高中子利用率。
[0016]所述准直器材料为聚四氟乙烯，提高束流准直特性和照射治疗深度。
[0017]优选地，中子慢化层厚度为12～16cm，材料为65～70wt％的AlF3和30～35wt％的Al。
[0018]优选地，热中子吸收层厚度为0.3～0.5cm，碳化硼含量5wt％～20wt％。
[0019]优选地，γ屏蔽层厚度为3～5cm。
[0020]优选地，反射层半径35～40cm。
[0021]优选地，准直器出口半径5cm、深度5～10cm。
[0022]本专利技术的优势在于通过蒙卡多目标优化，各项技术指标达到国际原子能机构IAEA推荐束流品质要求，包括超热中子通量、快中子成分、γ成分、热中子比例。本专利技术通过优化的计算分析，在γ射线、快中子、热中子成分满足国际原子能机构IAEA推荐束流指标的基础上，能够获得最大通量的超热中子束。因此，本专利技术能相应减少BNCT治疗时间，对于提高 BNCT治疗经济性、降低病人治疗费用，具有显著经济效益；同时，能降低有害的γ射线、热中子、快中子对正常组织的损失，能提高治疗安全性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术结构设计图，其中1为第一中子慢化层、6为第二中子慢化层、2为反射层、3为热中子吸收层、4为第一γ屏蔽层、5为第二γ屏蔽层、7为准直器。
[0024]图2为本专利技术慢化层及束流整形系统出口中子能谱的模拟数据。
[0025]图3为超热中子通量随慢化层厚度、热中子吸收层厚度变化结果。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及具体实施例详细介绍本专利技术。但以下的实施例仅限于解释本专利技术，本专利技术的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例的叙述，本领域的
技术人员是可以完全实现本专利技术权利要求的全部内容。
[0027]本专利技术通过全面的蒙卡分析和迭代计算，设计合理的慢化层、热中子吸收层、伽马屏蔽层、反射层及准直器，获得满足IAEA推荐指标的中子束流。
[0028]本专利技术中子慢化及束流整形系统，满足国际原子能机构IAEA推荐BNCT束流指标：即快中子成分(即快中子剂量与超热中子注量率之比)，γ成分(即γ剂量与超热中子注量率之比)，热中子比例(即热中子注量与超热中子通量之比)
[0029]本专利技术中子慢化及束流整形系统能够对2.5MeV质子锂反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种硼中子俘获治疗(BNCT)中子慢化及束流整形系统，其特征在于：包括依次设置的第一中子慢化层(1)、反射层(2)、热中子吸收层(3)、第一γ屏蔽层(4)、第二γ屏蔽层(5)、第二中子慢化层(6)和准直器(7)；其中第一中子慢化层(1)和第二中子慢化层(6)厚度均为12～16cm，材料为65～70wt％的AlF3和30～35％的Al；反射层(2)半径35～40cm，材料为聚四氟乙烯；热中子吸收层为0.3～0.5cm，材料为Al基B4C复合材料，碳化硼含量5％～20％，将热中子吸收，降低热中子辐照危害；第一γ屏蔽层(...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢棚，祝庆军，洪兵，王纪超，梁立振，刘松林，罗广南，孔德峰，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：
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