医院中子照射器建造

　　1 前言

　　硼中子俘获治疗( boron neutron capture therapy，BNCT) 始于 20 世纪 60 年代，通过几十年的研究、发展，该方法在治疗恶性肿瘤方面，如脑胶质瘤、黑色素瘤、头颈部肿瘤等，取得了很好的疗效，被国际上公认为是目前治疗恶性肿瘤的有效方法。该方法原理是通过将具有选择性的含硼药物注入人体血液，待含硼药物富集在肿瘤组织后，利用热中子照射肿瘤部位，经由10B( n，α)7Li 反应放出的高能量、短射程的 α 粒子和7Li 粒子，来杀死肿瘤细胞。

　　医院中子照射器是根据硼中子俘获治疗的需要而设计的专用于硼中子俘获治疗的核反应堆装置。该装置于 2007 年开始建造，2010 年达到满功率运行。文章将介绍该装置的建造和物理调试情况。

　　2 医院中子照射器建造[1]

　　医院中子照射器( in-hospital neutron irradiator，IHNI)[1]反应堆燃料采用UO2作燃料，金属铍作反射层，轻水作慢化和冷却剂。反应堆产生的热量通过自然循环方式冷却。在反应堆堆芯相对两侧分别设置了热中子束流和超热中子束流，用于治疗病人。堆芯位于密闭的堆容器的下部，堆容器直径为620 mm，高度为 6 082 mm，堆容器悬挂在水池内，水池的下部尺寸为 2 600 mm ×1 100 mm ×1 800 mm，上部尺寸为 4 000 mm ×2 300 mm ×4 700 mm。

　　2. 1 堆芯

　　堆芯由燃料组件和铍反射层组成，堆芯布置见图 1。燃料组件位于堆芯中心，由燃料元件和鸟龙架组成。采用235U 富集度为 12. 5 % 的 UO2作燃料元件，上下栅板通过 5 根拉杆组成燃料元件架，燃料元件以同心圆排列，共 10 圈。在燃料组件上下和周围，有金属铍反射层( 上铍、侧铍和底铍) 。上铍反射层为不同厚度半圆型，中心控制棒位于堆芯中心。医院中子照射器为一次装料，最大后备反应性为4. 5 mk，随着运行时间变化，通过添加上铍反射层来增加后备反应性，上铍反射层高度为 110 mm，当全部上铍反射层添加完毕后，堆不能继续运行时，反应堆到寿期。

　　2. 2 中子束流

　　在堆芯相对的两侧设有两条中子束流用于病人治疗，一条为热中子束流，另一条为超热中子束流，见图 1。热中子束流由石墨、铋屏和硼聚乙烯以及圆锥形铋组成，石墨为中子慢化层，铋屏为屏蔽射线，硼聚乙烯和圆锥形铋为中子束流准直器，断面尺寸为 1 200 mm × 1 200 mm，距 离 堆 芯 中 心1 615 mm。超热中子束流由铝慢化层、镉吸收屏、铋屏蔽层和硼聚乙烯与圆锥形铋中子束流准直器组成，断面尺寸为 1 200 mm × 1 200 mm，距离堆芯中心 1 605 mm。在热中子束流装置内引出一条实验中子束流用于血硼浓度测量，实验中子束流内部材料为铋，外部材料为石墨，距离热中子束流轴线为1 840 mm，断面尺寸为 600 mm × 600 mm。