提高垂直超熱中子束照射通量的堆芯組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于中子俘獲療法炬NCT)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種提高抗癌核素中 子刀（CancericidalNuclideNeutronKnife)垂直超熱中子束照射通量的堆巧組件及其 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核反應(yīng)堆棚中子俘獲療法中子源能提供兩種方向的中子束流，一是水平方向，再 是垂直方向。迄今核反應(yīng)堆中子源引出的中子束，幾乎都是水平方向的束裝置。主要原因在 于堆巧反射層外周圍有較大的空間可用作設(shè)置束裝置，同時保證較高的入射中子強度。為 了傳輸處方劑量到達患部，BNCT需要束流對準(zhǔn)患部，在設(shè)定束流強度下，對患部維持一定的 照射時間，根據(jù)屯、理學(xué)分析，病人進入照射室后，對核福射有潛在的恐懼屯、理，會坐立不安。 人體重屯、最低的即為邱式或躺式，此時人的屯、情會自然釋緩。因而垂直照射束是BNCT所首 先追求的，它可使病人在自然勢態(tài)下接受照射，而且垂直束可包羅全身肢體、臟器的所有患 部。
[0003] 大中型研究堆因堆巧大，負荷重，支撐結(jié)構(gòu)與堆內(nèi)構(gòu)件都坐落在堆底，而體積更 大，負荷更重的堆體又都壓在底部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，因而騰不出空間來設(shè)置一套垂直照射室裝 置。迄今世界上BNCT核反應(yīng)堆中子源上極少垂直中子束就是該個原因。
[0004] 唯一例外的是美國的MITR堆，它千方百計設(shè)置了一套BNCT垂直中子束，確實提 供了病人最舒適的照射條件，但因它是重水堆，該條束只能產(chǎn)生熱中子，雖然束強極高達 5X109n?cm2 ?S1出口通量，但堆的功率卻是5000kw，只能作淺部疾患照射，迫使它斥巨 資在堆巧周圍再引出一條超熱水平中子束，用作深部腫瘤照射。
[0005] -般反應(yīng)堆即使在堆巧下方設(shè)置照射座，由于堆巧底部冷卻劑循環(huán)所需空間和各 種復(fù)雜構(gòu)件的存在，輸出的中子譜難W保證是超熱中子譜，世界上還找不到一條束強滿足 要求的垂直超熱中子束。
[0006] 微堆結(jié)構(gòu)的反應(yīng)堆堆巧小，負荷輕，整個堆體懸掛在池頂框架上，堆底及其下部空 間無承重結(jié)構(gòu)框架存在，為垂直束提供了潛在的布局空間。堆巧底部結(jié)構(gòu)經(jīng)過改造設(shè)計，可 順利將堆巧泄露出的高能中子導(dǎo)入照射座，引出一條束強達標(biāo)，質(zhì)量優(yōu)秀的超熱中子束。
[0007] 在核反應(yīng)堆內(nèi)要使源通量增加，最直接的辦法就是提高堆功率。如圖1所示，根據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)的水平超熱中子束參數(shù)（3X108n?cm2 ?gi)，要使其達標(biāo)單靠功率來達到的話， 堆功率就需要提升3. 5倍。若要設(shè)達標(biāo)的垂直超熱束，堆功率需要提高10倍W上。為了設(shè) 置垂直超熱束，設(shè)計一個幾百千瓦功率的反應(yīng)堆，那就不是微堆了。顯然，該是一條根本不 可行的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本實用新型的目的在于提供一種提高垂直超熱中子束照射通量的堆巧組件，該堆 巧組件能有效提高高能中子在堆巧能譜中所占的比分，從而增加泄出堆巧中子譜的強度， 拓寬熱上中子份額，并在過渡區(qū)內(nèi)保證不被過度軟化，保持足夠強度的熱上中子比分輸入 照射座中，最終提高從照射座輸出的垂直超熱束的通量。
[0009] 實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案；一種提高垂直超熱中子束照射通量的堆巧組 件，該組件包括過渡段部分W及堆巧部分，過渡部分包括底被盤、水層、下筒體底板；堆巧部 分包括上被片、側(cè)被環(huán)、石墨瓦件、侶瓦件、燃料組件。下筒體內(nèi)一側(cè)設(shè)有侶瓦件，下筒體內(nèi) 另一側(cè)設(shè)有石墨瓦件，下筒體底部內(nèi)安裝有底被盤，底被盤底部與下筒體底板之間設(shè)有水 層，底被盤上安裝有燃料組件，燃料組件外側(cè)套有側(cè)被環(huán)，燃料組件頂部設(shè)有上被片，燃料 組件包括上柵板、下柵板、中央控制椿、若干個燃料椿和若干個貧軸椿，中央控制椿插在上 柵板、下柵板中屯、內(nèi)，若干個燃料椿、貧軸椿分別布置在上柵板、下柵板的不等間距的若干 個同屯、圓的圓周上。
[0010] 所述的底被盤厚度為5畑1，水層厚度5臟，下筒體底部的厚度為5. 2畑1。
[0011] 所述的上柵板、下柵板的不等間距的同屯、圓為十一個。
[0012] 所述的燃料椿共計350根，235U豐度為14%，上柵板、下柵板的第1圈圓周上均勻布 置5根燃料椿，第2圈圓周上均勻布置11根燃料椿，第3圈圓周上均勻布置17根燃料椿， 第4圈圓周上均勻布置23根燃料椿，第5圈圓周上均勻布置29根燃料椿，第6圈圓周上均 勻布置35根燃料椿，第7圈圓周上均勻布置41根燃料椿，第8圈圓周上均勻布置47根燃 料椿。
[0013] 所述的上柵板、下柵板的第9圈圓周上布置8根錯拉桿，該8根錯拉桿與45根燃 料椿沿上柵板、下柵板的周向均勻分布。
[0014] 所述的上柵板、下柵板的第10圈圓周上布置12根貧軸椿，該圈圓周上的12根貧 軸椿與51根燃料椿2沿上柵板、下柵板的周向均勻分布，該12根貧軸椿分為4組，每3根 為一組，每組中的3根貧軸椿相鄰，組間間隔分別為6根燃料椿、12根燃料椿、5根燃料椿； 所述的上柵板、下柵板的第11圈圓周上布置23根貧軸椿，該圈圓周上的23根貧軸椿與46 根燃料椿2沿上柵板、下柵板的周向均勻分布，該圈圓周上的23根貧軸椿相鄰布置。
[0015] 本實用新型的有益技術(shù)效果在于：
[001引（1)本實用新型的堆巧是欠慢化堆忍，采用235U豐度14%的燃料椿，降低堆巧H/U-5比為159. 8 (現(xiàn)有技術(shù)為190)，進一步增加了堆巧的欠慢化度，硬化了堆巧的平均中子 能譜，將高能中子從堆巧更多地泄露出去，有益于增加超熱束的通量，圖6、圖7為歸一化對 數(shù)坐標(biāo)下原型微堆堆巧化/U-5比值238)與本實用新型堆巧的徑向熱中子分布對比圖，H/ U- 5越小反中子阱越明顯，因此本實用新型堆巧的反中子阱效果優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
[0017] (3)本實用新型的底被盤經(jīng)過多方案的厚度優(yōu)化計算，采用5cm的厚度，相比現(xiàn)有 技術(shù)中10cm厚的被片，僅僅增加適當(dāng)堆巧U裝量，同時減少慢化能力較強的Be對熱上中子 的損耗，增加熱上成分的輸入，最終提高超熱束的通量。
[0018] (3)本實用新型拋棄了一般反應(yīng)堆底部大容量水腔的設(shè)計，僅保留維持自然循環(huán) 流動暢通的最低厚度，大大削減了高能中子的損失，使偏硬的中子譜順利輸入到照射座，形 成高效的超熱中子束，下筒體采用了加厚侶底板，使較高能量（~IMev)的中子順利穿越， 保證輸入中子能譜不被軟化，產(chǎn)生的活化丫射線由于進入照射座被簡過濾，對照射束沒有 影響。
[0019] (4)上述（1) (2) (3)的技術(shù)效果，使垂直超熱束比現(xiàn)有技術(shù)估價提高一個量級W 上。作為工程冗余措施，本實用新型的堆巧功率設(shè)為45kw，相比現(xiàn)有技術(shù)提高到了 1.5倍， 增加了堆巧中子通量，為達到高通量超熱束的產(chǎn)生留出適當(dāng)余地，通過非均勻圈距燃料椿 布局設(shè)計，解決了由于功率提高帶來的功率不均勻系數(shù)偏大的問題，提升功率后的反應(yīng)堆 仍具有固有安全性，日常運行堆巧熱工參數(shù)滿足要求，基準(zhǔn)事故下可由冷卻劑溫度負反饋 作用下降低功率并穩(wěn)定在較低值。
[0020] (5)本實用新型的垂直超熱中子束，經(jīng)過計算驗證，45kw的功率可產(chǎn)生1. 2X 109n ?cm 2i的超熱中子通量，是迄今國際上取epi/P堆比值最高的核反應(yīng)堆超熱中子束設(shè)計。
【附圖說明】
[0021] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中照射裝置的主視圖；
[0022] 圖2為本實用新型所提供的一種提高垂直超熱中子束照射通量的堆巧組件的主 視圖；
[0023] 圖3為圖2中堆巧的主視圖；
[0024] 圖4為圖2中堆巧的俯視圖；。
[00巧]圖5為熱中子反應(yīng)堆中的中子能譜分布圖。
[0026] 圖6為本實用新型所提供的一種提高垂直超熱中子束照射通量的堆巧組件原 型一一微堆的徑向熱中子通量密度分布圖。
[0027] 圖7為本實用新型所提供的一種提高垂直超熱中子束照射通量的堆巧組件的徑 向中子/光子通量密度分布圖。
[0028] 圖中；1為中央控制椿，2為燃料椿，3為貧軸椿，