医院中子照射器性能与特性

介绍了医院中子照射器及其相关系统的设计情况,描述了医院中子照射器的性能和特性。为验证医院中子照射器的固有安全特性,进行了4.2 mk反应性释放实验。实验结果表明,反应堆功率快速上升,在229 s时,功率达到85.7 kW峰值,随后,由于燃料元件多普勒效应和慢化剂的负温度效应会非能动地把功率限制在允许的安全水平之下。满功率运行时,各个工艺房间γ剂量率小于1μSv/h,且中子剂量率为本底水平,具有低辐射特点。     

医院中子照射器建造

医院中子照射器装置于2007年开始建造,2008年12月完成了反应堆厂房建造,2009年3月完成了相关系统的安装和调试。2009年12月7日首次达到临界,2010年1月22日达到满功率运行。物理调试结果表明,医院中子照射器反应堆最终后备反应性为4.2 mk,满功率最大可连续运行时间为12 h,功率波动小于0.3%;4.2 mk反应性释放实验表明,反应堆在229 s时达到85.7 kW的最大峰值功率,随后,由于燃料元件多普勒效应和慢化剂的负温度效应会非能动地把功率限制在允许的安全水平之下,反应堆具有良好的固有安全特性。     

医院中子照射器试运行

医院中子照射器及其辅助系统于2010年年初完成热调试试验,随后投入试运行至今,共开堆99次(天),累积释放能量1 832.42 kW.h(折合积分中子注量为2.198 9×1017cm-2)。试运行期间实验数据显示,医院中子照射器及其辅助系统满足规定的运行限值和条件,未发生任何事故,具有很好的安全性与可靠性,达到了设计要求。     

WIMS/CITATION在IHNI-1堆芯物理计算中的应用

建立了利用WIMS+CITATION计算医院中子照射器Ⅰ型堆堆芯中子学参数的模型,计算了堆芯的功率分布、顶铍反应性价值、控制棒价值、温度系数、堆芯燃耗等中子学参数,计算结果与文献数据一致,表明文章所建立的计算模型可用于医院中子照射器I型堆堆芯的物理计算。     

医院中子照射器PGNAA系统初步设计及测量

完成了医院中子照射器(IHNI)瞬发γ中子活化分析(PGNAA)系统的初步设计,并按照设计完成系统搭建。该系统探测器屏蔽部分和中子束屏蔽部分内层均为天然LiF粉末,外层为铅屏蔽层。使用该系统进行的硼浓度测量实验结果表明,该系统可测量10B浓度为10 ppm(1 ppm=10-6),体积为2 mL的样品,10B元素测量灵敏度为0.822 cps(s-1)/ppm。同时发现天然LiF粉末会在待测能区产生较高本底,影响测量精度。     

BNCT医院中子照射器辐射场特性参数初步测量

为验证BNCT医院中子照射器的设计效果,对其辐射场的特性参数如中子能谱、中子通量密度及其空间分布、中子和γ吸收剂量率及其空间分布等进行了测量。针对该照射器的特点,建立了一套由多球谱仪、235U裂变电离室、金箔、组织等效正比计数器和热释光探测器组成的测量系统,利用蒙特卡洛计算方法优化设计探测器的结构,以提高超热能区的分辨率和甄别不同能量成分中子的能力。初步测量结果表明,该照射器的中子通量密度达到了预期设计要求。     

迈入新世纪的硼中子俘获疗法（BNCT）

扼要叙述进入21世纪之际,硼中子俘获疗法(boron neutorn capture therapy,BNCT)在国际范围内的一些显著进展,包括BNCT的临床定位、肿瘤复发的探索、硼浓度的定量探测、靶向掺硼药物的开发以及我国医院中子照射器的问世.这些BNCT长期开发中的瓶颈趋于缓解,预示了BNCT个性化与例行化的前景更为清晰.     

医院中子照射器I型堆超热中子束流孔道的优化设计

采用蒙特卡罗程序(Monte Carlo neutron and photo transport code,MCNP)对医院中子照射器Ⅰ型堆(IHNI-1)超热中子束流孔道的慢化层、反射层进行了优化设计。首先对FLUENTAL、Al等材料组成的6种慢化体方案进行了分析比较,给出了孔道出口处超热中子通量密度较大的两种设计方案;基于此两种慢化体设计方案,在保持束流孔道外框尺寸不变情况下,对慢化体周围的反射层进行了分析比较,给出了反射层的推荐方案;基于慢化体和反射层优化方案,最后给出了超热中子束流孔道出口处束流参数的空间分布。     

基于WIMS和MCNP耦合程序的医院中子照射器I型堆燃耗计算

建立了基于WIMS和MCNP的临界-燃耗耦合计算方法,并对此方法进行了验算.通过栅元和组件问题的分析计算以及西安脉冲堆燃耗实验对比,验证了此耦合程序的可靠性和正确性.最后应用此耦合程序对医院中子照射器Ⅰ型堆的燃耗进行了计算和分析.     

事故工况下医院中子照射器I型堆瞬态特性研究

采用RELAPS/SCDAP/MOD3.4程序对医院中子照射器Ⅰ型堆(IHNI-1)在事故工况下的瞬态特性进行研究,对意外大反应性引入和池水丧失事故工况进行了计算和分析,计算结果表明:IHNI-1堆具有良好的固有安全性,在发生大反应性引入和池水丧失事故时,最终能够稳定在较低功率,确保反应堆安全.     

分群结构对IHNI-1堆动态参数计算结果的影响研究

基于WIMS和CITATION程序的计算结果,编制了动态参数计算程序CKPWC(calculating kinetic parameters based on WIMS and CITATION),对医院中子照射器Ⅰ型堆(in-hospital neutron irradiator mark 1 reactor,IHNI-1)的动态参数计算进行了研究.首先使用WIMS计算出均匀化栅元截面以及69群通量,再使用CITATION进行四群扩散计算,最后编制动态参数计算程序,计算了IHNI-1动态参数(缓发中子有效份βeff和中子代时间Λ).经过比较研究发现,分群结构对动态参数的计算结果有很大的影响.给出了计算IHNI-1缓发中子份额和中子代时间的最佳四群分群结构.使用文章中的最佳分群结构思想对西安脉冲堆动态参数进行了验证计算,计算结果与设计值符合一致,说明给出的IHNI-1动态参数计算结果具有一定的可信性.     

医院中子照射器I型堆热中子束流孔道等效平面源的模拟计算

采用蒙特卡罗程序MCNP模拟计算了医院中子照射器Ⅰ型堆(IHNI-1)热中子束流孔道出口处的等效平面源.对B堆芯进行了临界搜索计算,模拟计算了热中子束流孔道及出口处中子、γ的束流参数,应用等效平面源模型建立了BNCT等效中子、γ平面源.为人体头颅等效模型剂量分布的快速计算提供了较为可靠的平面源.     

基于MCNP和ORIGEN2耦合程序的IHNI-1型堆裂变产物中毒及燃耗分析

为了准确地计算反应堆的裂变产物中毒和燃耗问题,开发了一套蒙特卡罗方法程序系统.利用通用的燃耗计算方法,基于MCNP和ORIGEN2,编写了相关的数据转换、截面修正、数据接口程序,实现了MCNP和ORIGEN2程序的耦合.采用堆芯精细结构划分,对医院中子照射器Ⅰ型堆裂变产物中毒和燃耗进行了计算分析.     

Engineering Novel Targeted Boron‐10‐Enriched Theranostic Nanomedicine to Combat against Murine Brain Tumors via MR Imaging‐Guided Boron Neutron Capture Therapy

Glioblastoma multiforme (GBM) is a very common type of “incurable” malignant brain tumor. Although many treatment options are currently available, most of them eventually fail due to its recurrence. Boron neutron capture therapy (BNCT) emerges as an alternative noninvasive therapeutic treatment modality. The major challenge in treating GBMs using BNCT is to achieve selective imaging, targeting, and sufficient accumulation of boron‐containing drug at the tumor site so that effective destruction of tumor cells can be achieved without harming the normal brain cells. To tackle this challenge, this study demonstrates for the first time that an unprecedented ¹⁰B‐enriched (96% ¹⁰B enrichment) boron nanoparticle nanomedicine (¹⁰BSGRF NPs) surface‐modified with a Fluorescein isothiocyanate (FITC)‐labeled RGD‐K peptide can pass through the brain blood barrier, selectively target at GBM brain tumor sites, and deliver high therapeutic dosage (50.5 µg ¹⁰B g^?1 cells) of boron atoms to tumor cells with a good tumor‐to‐blood boron ratio of 2.8. The ¹⁰BSGRF NPs not only can enhance the contrast of magnetic resonance (MR) imaging to help diagnose the location/size/progress of brain tumor, but also effectively suppress murine brain tumors via MR imaging‐guided BNCT, prolonging the half‐life of mice from 22 d (untreated group) to 39 d.