T(d,n)4He反应快中子屏蔽体优化设计的蒙特卡罗模拟.pdfVIP

第31卷第10期 核 技 术 V01．31，No．10 October NUCLEAR 2008 2008年10月 TECHNIQUES T(d，n)4He反应快中子屏蔽体优化设计 的蒙特卡罗模拟 罗鹏姚泽恩梁一胡继峰金孙均 (兰州大学核科学与技术学院兰州730000) 摘要在考虑T(d，n)*He(D-T)／曼应快中子源能谱、角分布、面源结构及靶系统对中子的作用的基础上，利用 MCNP程序模拟了(D∞反应快中子在屏蔽材料中子的输运。通过屏蔽体外泄漏中子及y射线的注量率、能谱 及在水中的吸收剂量的分析，给出了满足T(d，n)4I-te反应中子源快中子治疗屏蔽体的三种复合屏蔽方案。 关键词D-T反应中子源，快中子，屏蔽体，蒙特卡罗 中图分类号R144．1 快中子具有较强的辐射生物学效应和低的氧增 比，作为放射性治疗的一种重要手段，快中子治疗 1材料与方法 已进入行临床应用。据不完全统计，全世界快中子 1．1 MCNP模拟的D．T中子源模型建立 治疗病例已超过15000人【1一。快中子临床治疗的结 果表明，快中子对某些类型肿瘤的疗效明显优于光 为对D-T反应加速器中子源进行精确描述，我 子治疗【3】。开展快中子治疗研究的一个重要课题， 们发展了氚钛厚靶D-T反应中子的能谱和角分布的 是研制足够强的加速器快中子源并将快中子准直为 数值计算方法，开发的计算机模拟程序d1TdyE能 快中子束。适合开展陕中子治疗的加速器中子源类 计算氘柬能量小于1MeV的中子能谱和角分布【8】。 我们的研究表明，对D—T反应加速器中子源，综合 型主要有D-T、D—Be、P．Be反应等【2J，其中，D-T 反应中子发生器用低能氘束就有高产额的中子，且 考虑中子产额和靶上束流功率对靶寿命的影响，氘 结构简单、中子能量单一、造价低。 束能量宜为400keV【8】。本文对400keV氘柬的D-T 兰州大学在建成3．3x1012n／s的D-T强流中子反应中子进行MCNP模拟，研究屏蔽准直体的最佳 发生器的基础上【4】，于十年前开始快中子治疗中子 材料及几何尺寸。 发生器研究【5，6】，也对D-T反应快中子的屏蔽准直体 利用该程序，得到400keV氘束的氚钛厚靶D-T 设计进行了初步的模拟研究【_71。但是，后者将D．T反应中子的能谱(图1)及角分布数据(图2)。将图1 中子发生器近似看作14MeV单能且各向同性的点 的能谱数据输入到MCNP程序，以控制中子能量的 源。事实上，D-T反应中子有其特定的中子能谱和 抽样；将图2的角分布转换成中子角产额数据，输 角分布【8】，在氘束流能量较高(400keV)的条件下， 入到MCNP程序，以控制中子出射角的抽样。同时， 根据氘束束斑大小，将D．T中子源设置成西2cm的 会产生大量能量高于14MeV的快中子，将D-T中 子近似为14 面源。其中，中子角分布可由式(1)转换成角产额数 MeV单能进行模拟设计，会导致屏蔽 体尺寸偏小、屏蔽体外剂量偏大。另外，D-T加速 据。 器中子源是面源，并非点源。本工作充分考虑了D-T 反应加速器中子源的能谱、角分布及面源特点，建 立球形屏蔽体模型，采用MCNP4．0程序咿1模拟D-T 中子的输运，分析球形屏蔽体外中子注量率及能谱， 给出屏蔽准直体的最佳材料和几何尺寸，以为屏蔽