铅散裂中子靶物理特性研究

利用蒙卡程序DCM/CEM对ADS标准散裂中子靶进行了计算。计算了长0.6 m,直径0.2 m的圆柱形208Pb靶,在0.1～1.6 GeV的质子轰击下,Pb靶发生散裂反应产生的中子产额及表面的中子注量、能谱分布以及靶内能量沉积分布,解释了以前的实验结果。计算结果与文献数据、实验数据进行了比较,符合良好,对进一步进行ADS堆芯设计具有较好的理论指导意义。     

AB-BNCT中子靶物理设计分析

质子加速器适用于为硼中子俘获治疗提供中子源,其中子源强及能谱较反应堆中子源更具可调性。中子靶物理计算分析是加速器中子源设计的基础,为其提供粒子能量、流强等参数需求分析,并为靶体结构尺寸设计、中子慢化和屏蔽分析等提供前端参数。本文利用MCNPX蒙特卡罗程序,通过对质子打靶的中子产额和能谱、靶体能量沉积、打靶后靶材放射性活度和中子出射空间角分布等进行研究,提出能量2.5 MeV质子轰击100～200μm锂靶的设计,并用模拟计算数据论证其合理性。该设计中子源在1 mA流强质子轰击下,源强可达9.74×10~(11) s~(-1);拟设计15 mA、2.5 MeV质子束产生的中子源,在治疗过程中靶材放射性活度累积最大值约为1.44×10~(13) Bq。     

用LAHET和MCNP程序研究散裂中子靶的中子学性能

利用LAHET和MCNP程序对ADS散裂中子靶进行模拟计算。因靶的基本物理性质随束流和靶形状的变化而改变,所以首先评估了源强和靶的几何形状对靶性质的可能影响,然后计算长1.2m、直径为0.6m的圆柱形液态铅靶在1GeV质子轰击下,靶内中子的产生和泄漏及能量的沉积等。与文献数据、实验数据进行了比较,符合良好。计算结果还表明:源强和几何的选择对中子产生和泄漏可产生较大影响;用液态铅作散裂靶时,中子产额和泄漏额较高,且泄漏能谱在可利用范围内,但能量沉积在靶中的分布极不均匀,这可能给传热带来问题。     

用DCE/CEM和LAHET软件计算ADS标准散裂靶的比较

利用蒙卡程序DCM／CEM和LAHET对加速器驱动的次临界系统ADS标准散裂中子靶进行了计算。长为0．6m、直径为0．2m的圆柱形^208Pb靶在0．15—1．6GeV的高能质子轰击的情况下,利用两软件对质子在靶内的能量沉积、Pb靶发生散裂反应产生的中子及靶内和表面的中子注量、中子能谱分布等进行了比较计算。结果表明：两者模拟结果在中能区(0．8—1．0GeV)符合很好,但在质子能量较高或较低时,两者略有差别。     

中子发生器靶高压电源设计

采用单端反激式变换器级联C-W半波倍压整流器的两级升压方式设计中子发生器靶高压电源.深入研究了其中的一些关键技术:在靶高压电源中实现了软开关,消除了硬开关损耗大、噪声大和频率低的缺陷;探索了高频高压下优化变压器的设计方法,减小了变压器的损耗和噪声;研究了靶高压电源的数字化控制技术,提高了输出电压的精度和稳定性.     

BNCT中载能粒子对肿瘤细胞损伤效应的Monte Carlo模拟及分析

为更好地了解硼中子俘获治疗(Boron neutron capture therapy,BNCT)中载能粒子穿过单个细胞引起的生物学效应以及理解在细胞或亚细胞水平上的微观剂量分布,采用Monte Carlo程序模拟载能粒子在人体细胞中的输运过程,给出了α粒子垂直细胞表面入射时的射程分布、径迹结构及靶损伤情况,同时模拟分析了^10B位于细胞中不同位置时主要载能粒子(α粒子和^7Li离子)在细胞中能量沉积情况和相应的细胞损伤与存活情况,为BNCT的微剂量研究提供了初步的理论依据。     

15 MeV电子束驱动中子源靶站模拟分析

电子轰击金属靶产生的中子源,可用于核素反应截面测量实验。为利用7.5 kW、15 MeV电子加速器作为驱动加速器,产生适用于核数据测量实验的中子源,相应开展了该功率下的中子靶站设计。研究中,依据蒙特卡罗程序MCNPX模拟计算的中子源数据,分析优化靶站结构;计算得到靶体能量沉积,导入商用CFD软件CFX中作为热源,模拟分析靶体对流传热性质,优化冷却通道模型,安全实现中子靶站冷却。本研究模拟设计的靶站,能产生强度为10¹²s^-1量级的中子源。     

遗传算法优化加速器硼中子俘获治疗束流整形设计

基于加速器的硼中子俘获治疗(AB-BNCT)设备是一种基于加速器产生的超热中子的癌症治疗装置,可以建在人口密集地区的医院。BNCT治疗对于中子注量率和各种沾污有严格的要求,为满足这些要求需对中子束流整形装置进行优化设计。本文以14 MeV回旋加速器为基础,研究了一种基于遗传算法的束流整形装置(BSA)的优化设计方案,利用遗传算法对束流整形装置内部材料及尺寸进行设计优化。结果表明,该方法可高效地实现多目标优化设计。该方法经过修改能够用于核工程其他相关领域的设计。     

散裂中子靶能量沉积研究

利用SHIELD程序研究了中高能质子入射在长0．6m、直径0．2m的圆柱形铅靶上的第入射质子产生的能量沉积。同时计算了靶材料分别为Be、C、Al、Cu、Pb和贫化铀的每个射质子产生的能量沉积沿轴向分布。计算结果与实验数据符合很好。分别对束流为10mA、能量为1．5Ge质子点入射、散焦入射散理解靶能量沉积引起的靶内功率密度分布进行了研究。     

150 MeV加速器驱动的反应堆系统固态金属靶优化研究

对150MeV加速器驱动的反应堆系统的固态靶进行了优化，就靶的几何设计、靶中泄漏中子产额、泄漏中子能谱及靶中能量沉积问题进行了研究。提出了钨饼与水组成的组合靶的概念，在中子产额影响较小的情况下，较好地解决了固态靶散热问题。     

加速器驱动的次临界系统散裂靶泄漏中子谱研究

为研究加速器驱动的次临界系统（ADS）散裂靶的散裂中子学特性,采用Geant4计算不同能量质子轰击铅铋靶产生的泄漏中子产额、能谱、轴向积分分布。模拟得到1 GeV质子对应的靶的优化尺寸及优化后泄漏中子谱,计算结果可为ADS散裂靶件和堆芯设计提供参考。     

Influences of Neutron Source Spectrum and Thermal Neutron Scattering Law Data on the MCNPX Simulation of a Cyclotron-Based Neutron Field for Boron Neutron Capture Therapy

In our previous study, the simulation of a cyclotron-based neutron field for boron neutron capture therapy (BNCT) using a (p,n) spallation source with the MCNPX code was validated through measurements of the neutron energy spectrum behind the moderator assembly and the thermal neutron distribution in an acrylic phantom using reaction rates of ¹⁹⁸Au. These validations showed that the simulation generally well reproduced the measurements. However, some discrepancies between the measurements and the calculation remained for clinical trials. In this paper, we investigated the influences of neutron source spectrum and thermal neutron scattering law data in the simulation to resolve those discrepancies. We also compared measured and calculated neutron doses behind the moderator assembly with results obtained using a tissue equivalent proportional counter. We clarified that the neutron source spectrum calculated using the LA150 data led to the overestimation of high-energy neutrons in a phantom, but this overestimation did not significantly affect the neutron dose distribution in a phantom, because a dominant part of the absorbed dose is due to neutrons of energies below 1MeV. The study of the influence of neutron scattering law data in a phantom also indicated that the use of selected S(α,β) data led to an improvement in the simulation of thermal neutron behavior.     

10~(12)n/s氘氚聚变中子发生器旋转氚靶设计与传热分析

本文设计一种用于1012 n/s量级氘氚中子发生器HINEG(High Intensity Neutron Generator)的旋转氚靶系统,对该系统的技术难点、机械和冷却方案等进行介绍,给出了该靶系统的设计关键指标参数,并利用CFD方法对该旋转靶系统的传热过程进行三维模拟和分析。分析结果表明,该靶系统在稳定运行时,靶片最高温度为48℃,靶系统采用的冷却方案可以有效地实现靶系统的散热,不会发生氚的大量释放和靶片熔毁。     

keV能区单能中子参考辐射场核反应靶设计

质子轰击中等质量靶核是产生keV能区单能中子的一种常用方法。选择⁴⁵Sc(p,n)⁴⁵Ti反应中子源作为keV能区单能中子参考辐射场的中子源,利用FloWizard软件模拟大束流条件下核反应靶的温度分布,分析了影响靶温度分布的主要因素。利用Target程序模拟核反应靶出射中子能谱,分析了不同材料的散射中子本底。同时精细调节5SDH 2加速器端电压,测量了薄靶（Sc）的激发曲线,测量结果与NPL和PTB的接近。     

超热中子辐射场的理论设计

为得到满足硼中子俘获治疗(BNCT)系统所要求的超热中子辐射场,利用清华大学试验核反应堆中子源,采用蒙特卡罗(MC)计算方法,设计了两种产生超热中子辐射场的工程理论方案,并对这两种方案进行了分析与对比.结果表明,方案1比方案2更具有优势,故确定方案1为BNCT系统最终设计方案.