同位素10B靶的制备

为准确测量¹⁰B(n，α)⁷Li和¹⁰B(n，t2α)的反应截面，需制备质量厚度为50～350 μg/cm²的¹⁰B靶。本文系统研究了同位素¹⁰B靶的制备工艺，确定了“压片-烧结-蒸发”三步法制备¹⁰B靶。研究了基片温度对¹⁰B膜生长过程、结构和膜基结合力的影响，测试和分析了¹⁰B靶的不均匀性。结果表明，利用间歇式静电聚焦微调电子轰击法制备同位素¹⁰B靶，蒸发速率应低于0.02 μg/(cm²·s)；灯丝平面与¹⁰B柱的最佳距离为10.5～11 mm；生长的¹⁰B膜随基片温度的升高而致密并逐步结晶，膜基结合力也更好，最佳基片温度约为300 ℃。对于尺寸为Ø80 mm同位素¹⁰B靶的制备，不均匀性可控制在10%以内。已经成功在Ta和Al基片上制备了厚度<350 μg/cm²的¹⁰B靶用于核物理实验测量。     

硼中子俘获治疗靶向硼携带剂4-硼-L-苯丙氨酸患者体内生物分布

硼中子俘获治疗(boron neutron capture therapy, BNCT)是二元靶向放射治疗方法，中子并不直接提供肿瘤治疗剂量，而是利用肿瘤靶向¹⁰B携带剂将¹⁰B(n, α)⁷Li俘获反应产生的剂量沉积于肿瘤细胞。因此了解血液、肿瘤组织和正常组织中¹⁰B携带剂的生物分布对于BNCT临床治疗是必不可少的。目前国际上BNCT临床主要使用4-硼-L-苯丙氨酸(4-borono-L-phenylalanine, BPA)为硼携带剂。本文简要总结了BPA的结构、理化特性、细胞摄取机制以及人体生物分布等数据，目的是支持和促进基于BPA的BNCT临床试验准备。     

硼中子俘获治疗中硼浓度测量方法的研究进展

硼中子俘获治疗(boron neutron capture therapy, BNCT)是基于细胞水平的二元靶向新型放射疗法，其治疗机理是利用¹⁰B(n,ɑ)⁷Li^*的核裂变反应，产生的α和⁷Li粒子在细胞尺度内释放所有能量，选择性杀伤肿瘤细胞而对周围正常组织几乎没有影响。相比传统的放疗，BNCT具有精准靶向定位、高生物效应、短疗程的优势，是国际粒子治疗的热点。目前BNCT正在推行临床试验，在瘤内动态、定量监测含¹⁰B药物的硼浓度是实现BNCT“增效、减副”的关键要素。本文简要介绍了BNCT治疗原理，总结了BNCT治疗过程中含硼药物的多种监测方法，包括物理测量法、核测量法、化学测量法以及利用新型分子影像技术(如正电子发射断层成像、磁共振成像、光学成像等)原位、动态、定量监测的新方法，分析了各种方法的优势与局限性，并提出未来BNCT治疗过程中硼浓度精准监测的新发展方向，旨在实现BNCT精准治疗。     

基于4H-SiC肖特基二极管的中子探测器

针对当前极端环境下耐辐照半导体中子探测器的需求,采用耐高温、耐辐照的碳化硅宽禁带半导体材料,利用⁶Li(n, α)³H核反应原理,研制了基于4H-SiC肖特基二极管的中子探测器。利用磁控溅射完成中子转化层的制作,并用SEM表征⁶LiF膜厚。在10～600 V反向偏压下,漏电流维持在6.4 nA以下,表明探测器具备良好的半导体-金属肖特基整流接触。利用²⁴¹Am源研究探测器对5.486 MeV的α粒子的响应,测得分辨率为4.5%。同时,利用该探测器测量了由临界装置产生并经石蜡块慢化后的热中子,观测到热中子与⁶Li作用产生的α和T粒子信号的实验结果。     

基于真实细胞模型的低能α粒子辐照模拟研究

本文以人体上皮细胞为模版,利用Geant4、ROOT模拟α粒子能量沉积的微观过程和空间行为,对次级电子的产生及相互作用事件等进行描述,并针对细胞形态结构特异性,对不同能量、不同生物学分布、特定源 靶组合下α粒子在真实细胞体元模型中的微观剂量特征进行研究,获取了低能α粒子物理径迹结构、次级电子作用点的径向空间分布、次级电子能谱分布、单次事件比能分布、亚细胞S值等特征量。结合计算结果分析了α粒子在亚细胞水平上的微剂量学特征变化及影响规律,实现了对特定结构亚细胞水平微观剂量特征的定量描述。     

TBP-TEVA萃取色层分离-α能谱法测定辐照镎靶溶解液中痕量236Pu的可行性

²³⁶Pu的含量控制是钚热源的一项重要参数,通过α能谱准确测量镎靶溶解液中痕量²³⁶Pu,建立镎靶辐照靶件溶解液中钚的分离方法。根据杂质组成特点采用TBP-TEVA萃取色层双柱分离,用氨基磺酸亚铁以及亚硝酸钠对钚进行调价,对靶件溶解液中的Al、Fe、U、Th和Np等进行分离,去污系数均大于10⁴,钚的回收率为90.7%。研究大量²³⁸Pu对α能谱测定²³⁶Pu的干扰,结果表明,大量²³⁸Pu会造成仪器本底升高,²³⁸Pu能谱峰分辨率降低;在7 500 Bq ²³⁸Pu干扰下,测量4.3 h 时,²³⁶Pu的最小可检测活度为1.20×10^-2 Bq（当量质量为6.11×10^-16 g）。计算结果表明,镎靶溶解液样品中钚的同位素比值n(²³⁶Pu)/n(²³⁸Pu) ≥4.63×10^-8时,取合适的样品量使得电沉积源中²³⁸Pu 活度在 450~7 500 Bq范围内,均可测量其中的痕量²³⁶Pu,同时可准确测定同位素比值n(²³⁶Pu)/n(²³⁸Pu)。     

涂硼正比计数管涂硼厚度对探测效率影响的研究

涂硼正比计数管是可用于反应堆压力容器外对中子注量率进行监测的关键设备,涂硼正比计数管的涂硼厚度对自身的本征探测效率有影响。仿真不同厚度硼层中¹⁰B(n,α)⁷Li生成的⁷Li和α粒子的输运过程,计算硼层界面位置离子整体射出率并给出涂硼正比计数管本征探测效率的计算方法。仿真与计算结果表明：单位核反应率下硼层界面处离子整体射出率在涂硼厚度小于1.5μm时与硼层厚度近似呈正线性相关,在涂硼厚度大于1.5μm后随涂硼厚度增大而增速变缓,在涂硼厚度为3.6μm时达最大为1.3×10^-4 (cm²·s)^-1。基于离子整体射出率的结果进一步计算得到涂硼正比计数管本征探测效率与涂硼厚度之间关系曲线,该关系曲线可以为涂硼正比计数管研制中选择合适涂硼厚度、确定最佳的探测效率提供参考。     

用于CSNS反角白光中子源的双屏栅电离室设计及性能研究

为测量中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source, CSNS）反角白光中子源150 keV以下能区飞行时间法中子能谱,研制基于¹⁰B(n, α)⁷Li和⁶Li(n, t)α核反应的双屏栅电离室,采用薄窗和薄底衬的结构设计。通过Garfield++、SRIM和Simcenter Magnet Electric程序对屏栅电离室的工作气体、极间距和电场分布等工作参数进行模拟设计,并采用α源及CF₄、P10、90%Ar-10%CO₂三种气体对电离室进行性能参数测试。结果表明,选定电子漂移速度快、扩散系数小,以及阻止本领大的CF4作为CSNS/Back-n束上测试工作气体,阴极-栅极和栅极-阳极间距分别为20 mm和5 mm。屏栅电离室收集区74 mm范围内是电场均匀区,场强的相对偏差≤0.03%;性能测试结果表明,工作气体为CF₄时,电离室对²³⁹Pu/²⁴¹Am/²⁴⁴Cm混合α面源具有很好的能量分辨,最佳能量分辨率为2.4%@5.48 MeV。对比平板型电离室和硅微条探测器的测量结果,验证了本工作研制的屏栅型电离室的能量分辨优势。     

UiO-66-(COOH)2的合成及其对锂同位素吸附分离性能研究

为研究金属有机骨架材料对⁷Li的吸附分离性能,本研以水作为溶剂,四氯化锆和均苯四甲酸为起始原料,采用水热法合成金属有机骨架材料UiO-66-(COOH)₂,对合成材料的形貌、孔径、热稳定性等进行表征与分析;通过静态吸附实验探讨吸附时间、反应温度、溶液浓度对UiO-66-(COOH)₂锂离子吸附性能及同位素分离因子的影响;并对Li⁺浓度、⁶Li/⁷Li同位素丰度进行测定。结果表明,UiO-66-(COOH)₂可实现对锂的吸附以及⁷Li的分离,且在293 K Li₂CO₃溶液中,每0.05 g UiO-66-(COOH)₂对10 mL 0.05 mol/L Li₂CO₃进行4 h的静态吸附,最大吸附量Q为9.53 mg/g,分离因子S（⁷Li/⁶Li）为1.019 54。研究结果为⁷Li的分离提供了新途径。     

时间间隔分析测量低浓度220Rn的实验研究

介绍了一种测量低浓度²²⁰Rn的方法--时间间隔分析方法。²²⁰Rn原子发生衰变发射α粒子并产生²¹⁶Po时,在很短时间内,²¹⁶Po衰变(半衰期0.145 s)又发射α粒子。多时间分析方法就是对2个连续发射的α粒子的时间间隔进行分析,使²²⁰Rn从²²²Rn中分辨出来。本实验通过卢卡斯氡探测器（FD125）对10 Bq的²²⁰Rn标准源进行流气式测量。当²²²Rn活度小于10倍左右²²⁰Rn活度时,计数率控制在60 min^-1以内,时间分辨率设置为1 ms,测量时间为10 h,测量结果的相对偏差在7%内。     

恒星中子源~(13)C(α,n)~(16)O反应的研究

13 C(α,n)16 O是渐进巨星支(AGB)星中慢速中子俘获(s)过程的主中子源反应,而17 O 6.356 MeV1/2+阈下共振对13 C(α,n)16 O反应影响很大。本文使用HI-13串列加速器和Q3D磁谱仪,首次测量了13C(11B,7Li)17 O转移反应角分布,确定了影响13C(α,n)16 O反应最关键、最不确定的17 O(Ex=6.356MeV)阈下共振态的α宽度,从而得出天体物理能区13 C(α,n)16 O反应的天体物理S因子和反应率,澄清了国际上已有S因子数据间高达25倍的巨大分歧。AGB星s过程核合成网络计算表明:新反应率数据导致恒星中铅的丰度增加了25%。     

硼中子俘获治疗的进展及前景

硼中子俘获疗法(boron neutron capture therapy,BNCT)是一种可以选择性杀伤肿瘤细胞的放射疗法,硼(10 B)化合物携带剂注入人体后,会选择性富集于肿瘤细胞,与中子发生俘获反应,释放α粒子和7Li粒子杀死肿瘤。BNCT以靶向治疗、低毒高效等优势成为了放射治疗领域的新型手段。从上世纪开始,硼中子俘获疗法已在世界各国崭露头角并逐渐发展起来,已经能够成功治疗脑胶质瘤、黑色素瘤等多种疾病。目前,BNCT面临着如何研发创新更高效的含硼药物,建立更为精确的硼剂量测量体系,以及医用中子源如何摆脱核反应堆等问题。本文对BNCT的原理、优势、进展以及所面临的问题进行简要综述与探究。     

Quantitative estimations in neutron capture radiography

Theoretical models are proposed for the calculation of the local concentrations, in a specimen, of nuclides such as ⁶Li, ¹⁰B, ¹⁴N or ¹⁷O, from the corresponding local densities of tracks on the detectors. Several different cases have been studied: i) one or several types of particle involved, ii) initial energy of the particles below, or above the “upper threshold of detection”, iii) possible nonnegligible abrasion of the detectors during etching and iv) contribution of background tracks originating from the detectors themselves. The theoretical equations have been applied to the interpretation of experimental data.     

Investigation of neutron converters for production of optically stimulated luminescence (OSL) neutron dosimeters using Al2O3:C

This paper presents the optically stimulated luminescence (OSL) properties of neutron dosimeters in powder and in the form of pellets prepared with a mixture of Al₂O₃:C and neutron converters. The neutron converters investigated were high density polyethylene (HDPE), lithium fluoride (LiF), lithium fluoride 95% enriched with ⁶Li (⁶LiF), lithium carbonate 95% enriched with ⁶Li (⁶Li₂CO₃), boric acid enriched with 99% of ¹⁰B and gadolinium oxide (Gd₂O₃). The proportion of Al₂O₃:C and neutron converter in the mixture was varied to optimize the total OSL signal and neutron sensitivity. The neutron sensitivity and dose-response were determined for the OSL dosimeters using a bare ²⁵²Cf source and compared to the response of Harshaw TLD-600 and TLD-700 dosimeters (⁶LiF:Mg,Ti and ⁷LiF:Mg,Ti). The results demonstrate the possibility of developing an OSL dosimeter made of Al₂O₃:C powder and neutron converter with a neutron sensitivity (defined as the ratio between the ⁶⁰Co equivalent gamma dose and the reference neutron absorbed dose) and neutron–gamma discrimination comparable to the TLD-600/TLD-700 combination. It was shown that the shape of the OSL decay curves varied with the type of the neutron converter, demonstrating the influence of the energy deposition mechanism and ionization density on the OSL process in Al₂O₃:C.     

Depth-profiling of beryllium on graphite with ion beams

The surface layer of beryllium-coated graphite was analysed by backscattering and nuclear reaction methods using a 2.5 MeV accelerator. For the Be analysis the nuclear reactions ⁹Be(p, d)⁸Be, ⁹Be(p, )⁶Li, ⁹Be(d, p)¹⁰Be, ⁹Be(d, t)⁸Be, ⁹Be(d, )⁷Li and ⁹Be(³He, p)¹¹B are compared with backscattering of ⁴He⁺ and protons. For the analysis of carbon, which provides complementary information to the depth profiling of Be, and for the analysis of oxygen, which is the third element of importance in the system, elastic backscattering of ⁴He⁺ and protons is applied. It turns out that the backscattering analysis with protons of 1.3 MeV presents the best compromise for a quick and straightforward measurement of all three elements. The other methods have their merits for a more detailed analysis.     

The new nuclear reaction analysis facility at the Lund Nuclear Microprobe

A versatile system for the analysis of the light elements at a Nuclear Microprobe has been constructed. Special reactions for analysis of H (H(p,p)H), Li (⁷Li(p,)), B (¹¹B(p,)2) and F (¹⁹F(p,₁e⁻e⁺)¹⁶O)as well as the general techniques pNRA, PIXE and STIM are employed simultaneously. The set-up is mainly, but not only, intended for thin samples.     

应用可调谐外腔半导体激光器测量锂同位素比率

采用中心波长固定的可调谐外腔半导体激光器作为光源,通过激光吸收光谱法对锂原子同位素比率进行测量。该方法利用PID温控器实现锂金属蒸发温度的控制和测量。采用激光斜入射的方式消除光路调试过程中产生的标准具效应。实验测量给出了6组不同腔体温度下⁶Li和⁷Li在671 nm附近的吸收光谱,通过对⁶LiD₁和⁷LiD₂吸收峰进行积分吸收计算,得到⁶Li/⁷Li同位素比率测量精度可达2.5%。     

低剂量α粒子辐照对斑马鱼胚胎初级造血分子标记物的影响

为探究低剂量α粒子辐照对斑马鱼初级造血的影响,使用241Am作为α粒子辐照源,对脱绒毛膜后的5 hpf胚胎进行0、0.425、0.85、1.7 mGy的辐照,采用整体原位杂交技术检测了约14 hpf斑马鱼胚胎初级造血分子标记物gata1a和spi1b的表达,采用实时荧光定量PCR技术检测了22 hpf斑马鱼胚胎初级造血分子标记物gata1a和spi1b的相对表达,并采用联大茴香胺染色法检测了48 hpf血红蛋白含量的变化。通过与对照组相比发现,0.425 mGy剂量组的gata1a表达无显著性差异（p>0.05）,spi1b表达略有减少（p<0.05）,血红蛋白含量显著减少;0.85 mGy剂量组的gata1a和spi1b表达均显著降低（p<0.01）,血红蛋白含量明显减少;1.7 mGy剂量组的gata1a和spi1b表达均显著升高（p<0.001）,血红蛋白含量显著增加。以上结果表明,剂量小于0.85 mGy的α粒子辐照对初级造血产生了抑制作用,而剂量为1.7 mGy的α粒子辐照诱导了胚胎兴奋效应,即剂量为1.7 mGy 的α粒子辐照对胚胎期斑马鱼初级造血具有促进作用。     

单球中子谱仪的能量响应模拟及解谱方法研究

本文阐述了单球中子谱仪的原理,介绍了基于单慢化球和19对⁶Li-⁷Li闪烁体探测器构成的单球中子谱仪的结构及解谱方法,使用蒙特卡罗中子输运程序模拟了单球中子谱仪的中子响应函数。计算结果表明,该谱仪具有较好的空间对称性,能根据谱仪中各探测器的计数对源的大致方位进行判断;模拟了单球谱仪在²⁴¹Am-Be源照射下各探测器的计数,使用Unfolding with Maxed and Gravel (UMG)解谱程序在不同解谱算法以及初始谱的情况下对模拟数据进行解谱计算,在使用最大熵散发以及与源项相同的预置谱的情况下,解谱结果最为准确,验证了响应函数的准确性。