高通量快堆辐照生产^(252)Cf关键因素分析

^(252)Cf放射源是一种高强度同位素中子源,在科学研究、装置研发等领域具有重大需求,但长期以来依赖于进口。基于高通量快堆初步设计方案开展辐照靶件设计,结合模拟计算结果得出影响^(252)Cf核素生产的关键因素。在5×10^(15)n·cm^(-2)·s^(-1)中子通量水平下,对三种采用不同氢化锆和Eu_(2)O_(3)吸收体辐照靶件设计方案进行裂变沉积能、能谱计算,并通过燃耗计算程序开展重锔、轻锔靶件燃耗计算,与美国辐照生产^(252)Cf实验值对比。结果表明:方案3的计算值与基准值吻合较好且最适用于重锔靶辐照生产^(252)Cf,方案2适用于通过短的辐照周期辐照生产重锔核素。本文的计算与分析可为高通量快堆辐照生产^(252)Cf提供理论与技术支撑。

中子符合计数研究中^(252)Cf源强的影响分析

具有中子多重性的^(252)Cf源是中子符合计数实验测量和装置标定的首选。本文利用数值模拟手段研究^(252)Cf源强对中子符合计数的影响。根据中子符合计数实验的数据处理方法,通过生成带自发裂变事件标签的中子脉冲序列,按照移位寄存器的数据处理逻辑对中子脉冲序列进行处理,给出中子符合测量模拟结果。基于对不同源强下前景(R+A)和背景(A)的中子多重性分布的模拟结果,定量分析源强对真符合计数在前景测量结果中占比的影响。结果表明,在^(252)Cf源强为每秒几百或几千个中子时,真符合计数在R+A的中子符合计数中占绝对或明显优势(超过50%),推荐作为实验的中子源;源强为每秒几万个中子时,真符合计数在R+A的中子符合计数中占比约10%;源强达到每秒几十万个中子时,真符合计数淹没在偶然符合计数中(占比约1%),不建议用作实验的中子源。本文的研究可以为实验的源强选择、实验数据的有效性检查提供一个参考。

The clinical practice of ^(252)Cf neutron brachytherapy devices on malignant tumor in China

The 252 Cf neutron brachytherapy devices were designed and manufactured after solving those problems： the shield difficulties for 252Cf neutron; the method and facilities for 252Cf neutron source deliver; the dose calculation and measurement for 252Cf neutron. From 1999 to 2009, more than twenty 252Cf neutron brachytherapy devices had been installed in China. The Chinese radiation oncologists implemented the 252 Cf neutron braehytherapy on more than 5 000 different kinds of cancer patients, including cervix cancer; endometrium cancer and achieved ideal results. For special presentation, they had breakthrough on radical treatment for low lying rectal adenocarcinoma with sphincter preservation and melanoma patients after the modification of 252Cf neutron intracavitary applicator and dose calibration.

^252Cf裂变中子照射洋葱干种子后根尖细胞内微核诱发率的研究

用252Cf 中子 γ 射线混合照射观察了不同剂量对洋葱根尖细胞微核诱发率的差异,研究252Cf 裂变中子 的相对生物效应(Relative biological effectivencess, RBE)。结果表明,单位剂量 252Cf 中子 γ 射线混合照射的微 核诱发率为(1.84±0.10)%Gy-1,而归因于单位剂量 252Cf 裂变中子的微核诱发率为(2.74±0.15)%Gy-1;单 位剂量60 Co γ 射线的微核诱发率为(0.022±0.002)%Gy-1。252Cf 中子 γ 射线混合照射的 RBE 值为 84±9,252Cf 裂变中子的 RBE 值为 124±13。单位剂量 252Cf 中子 γ 射线混合照射在 Allium cepa 洋葱种子根尖细胞内的微 核诱发率约为 60Co γ 射线的 84 倍,中子照射所致 DNA 损伤的修复效率,可能不同于由 γ 射线照射所致 DNA 损伤的修复效率。

^(252)Cf生产关键技术及展望

^(252)Cf是一种重要的超钚元素,可用于核反应堆启动、中子照相、中子活化分析、地质勘探等核技术应用及基础科研,目前世界上只有美国和俄罗斯具备^(252)Cf生产能力。本研究对^(252)Cf基本性质、国外^(252)Cf生产现状进行介绍,提出^(252)Cf生产需攻克的关键技术。

基于^(252)Cf源驱动噪声分析法的高浓缩铀部件外加反射层效应

针对高浓缩铀部件外加的反射层材质及厚度之效应可以巧妙避开核查这一问题,依据^(252)Cf中子源驱动噪声分析法原理,采用蒙特卡罗方法模拟研究了高浓缩球形金属铀部件的不同材料、厚度的反射层的效应,获得了相应的时间关联符合计数分布和中子产额。研究结果表明,对同一材料的反射层,反射层厚度愈大,中子产额愈大,即反射效果愈好。对于同一厚度的反射层,反射层材料的密度愈大,中子产额愈大,反射敷果愈好。

^(252)Cf微型快裂变室

本文叙述的快裂变室主要用于^(252)Cf裂变中子飞行时间谱测量。该裂变室具有重量轻(1.65g)、上升时间快(6ns)、对裂变碎片探测效率>99％等特点。针对裂变中子能谱测量的特殊要求,详细论述了裂变室设计应遵循的基本原则及其对能谱测量可能带来的影响。

^(252)Cf中子活化核燃料棒^(235)U富集度均匀性检测装置

采用252Cf中子活化方法研制燃料棒235U富集度均匀性检测设备,用慢化后的252Cf中子照射燃料棒,使燃料棒UO2芯块中的235U发生裂变,通过测量其裂变产物的γ射线总强度对燃料棒235U富集度及其均匀性进行在线检测。采用1 2mg的252Cf中子源,能检测出燃料棒中235U富集度相对偏差±10%的单个混料芯块,单根燃料棒的检测速度可达7m/min,检测结果的置信概率为97 74%。

用^(252)Cf中子活化分析装置分析金矿的含金量

本文主要介绍，用俄罗斯科学院远东分院提供的￣（２５２）Ｃｆ中子活化装置和我国国家标准Ａｕ样品［ＧＢＷ（Ｅ）－１，２，３］，采用相对法分析金矿含金量的方法，并给出了对黑龙江省黄金部队金矿样品的测量结果。

人骨肉瘤细胞HOS锎-252中子放射敏感性的研究

目的观察锎-252中子治疗骨肉瘤的效果。方法人骨肉瘤细胞HOS用铱-192γ射线和锎-252中子射线分别以不同的剂量照射,MTT法绘出细胞存活曲线,经典的克隆形成分析测算D0、Dq和SF2值,彗星分析法检测照射后细胞的DNA损伤情况。结果MTT法、克隆形成分析和彗星分析法3种方法的实验结果均表明HOS细胞对锎-252中子射线更为敏感。由克隆形成分析得到锎-252中子射线和铱-192γ射线照射HOS细胞的D0值分别是2·80和3·34,Dq值分别是2·66和3·07,SF2值分别是0·596和0·684。锎-252中子射线和铱-192γ射线以200、500、1000cGy3个剂量照射HOS细胞后,碱性彗星尾力矩分别是(6·664±0·648)、(20·322±1·433)、(33·909±1·245)和(4·760±0·528)、(15·203±1·272)、(27·375±1·315)(P<0·05)。结论锎-252中子对HOS细胞的杀伤效果优于铱-192γ射线,说明锎-252中子放射治疗骨肉瘤可能是一种具有发展潜力的放射治疗方法。

锎-252中子内照射治疗宫颈癌时直肠和膀胱受量与晚期放射性并发症的相关性

目的观察锎-252中子内照射治疗宫颈癌时直肠和膀胱受量与晚期放射性并发症(直肠炎和膀胱炎)的相关性。方法选取2007年1月至2010年8月采取锎-252中子内照射治疗的286例宫颈癌患者作为研究对象。给予A点剂量10 Gy/f×4f,总量为40 Gy,分别确定直肠前壁和膀胱后壁的最大受量,测量直肠和膀胱最大受量参考点与宫腔施源器中心点之间的距离。以记录的4次内照射时直肠和膀胱最大受量值的平均值高低为标准把患者分为高、中、低剂量组;观察严重(≥G2级)晚期放射性直肠炎和膀胱炎的发生率。结果直肠最大受量点和宫腔施源器中心的距离是随着放疗时治疗次数的增加而增加,呈正相关关系(r=0.990,P<0.05),而直肠受量是随着放疗时治疗次数的增加而降低,呈负相关关系(r=-0.959,P<0.05);膀胱最大受量点和宫腔施源器中心的距离以及膀胱受量与放疗时治疗次数没有相关关系。直肠高、中、低剂量组严重晚期放射性直肠炎发生率分别为13.2%(12/91)、2.0%(2/100)和1.1%(1/95),3组间比较差异均有统计学意义(P<0.01),膀胱高、中、低剂量组晚期放射性膀胱炎发生率分别为4.2%(6/143)、2.6%(2/77)和4.5%(3/66),3组间比较差异无统计学意义(P=0.270)。结论通过监测锎-252中子内照射时直肠和膀胱受量的高低,可预测晚期放射性直肠炎和膀胱炎的发生情况。

三维适形放疗结合252锎中子腔内后装照射治疗中晚期食管癌的临床研究

目的:探讨三维适形放疗结合锎(252Cf)中子腔内后装照射治疗中晚期食管癌的疗效、不良反应及晚期并发症。方法:92例中晚期食管癌患者全部采用三维适形放疗结合锎(252Cf)中子腔内后装照射治疗。三维适形放疗总剂量为45Gy-54Gy,分25-30次,5-6周完成;腔内照射3-4Gy/次,1次/周,共2-4次,总吸收剂量10Gy-16Gy。结果:治疗结束3个月进食梗阻缓解率为95%。近期疗效:完全缓解(CR)27%,部分缓解(PR)69.6%。1、2、3年局部控制率分别为82%、51%、32%;1、2、3年生存率分别为:78%、35%、18%;急性放射性食管炎发生率为54%;晚期食管狭窄发生率9%;食管穿孔发生率2%。结论:中晚期食管癌采用三维适形放疗结合锎(252Cf)中子腔内后装照射能够迅速而持久地缓解进食梗阻症状,提高局部控制率及生活质量,近期疗效显著,放疗不良反应未见明显增加。

基于瞬发γ中子活化分析技术的日遗化武鉴别方法研究

日本战败后遗弃在我国境内的数百万枚化学弹亟待销毁处理,而对弹型的准确鉴别是处置和销毁的前提。基于瞬发γ射线中子活化分析(PGNAA)技术,对现有手段难以区分的黄弹、青白弹以及燃烧弹开展鉴别研究,利用Geant4软件分别计算了采用^(252)Cf源、D-D和D-T中子发生器作中子源,聚乙烯或铅材质作反射体的情况下,上述3种弹型的中子诱发特征γ谱,并进行了实验验证。谱分析结果表明,对于燃烧弹中的特征元素P和S,主要检测特征γ射线能量分别为1266 keV和2230 keV,Cl元素的882/1763 keV特征峰与1951/1959 keV特征峰的计数之比可作为鉴别黄弹和青白弹的重要依据。从中子源的选型、反射体的选择、特征元素库的建立以及判别方法等方面,为基于PGNAA技术鉴别日遗化武提供了重要的参考依据。

拖步式桶装废物测量装置在核材料衡算中的应用与展望

核材料质量的准确测量是核材料衡算的重要内容,特别是在后处理厂中,对大体积废物中的^(235)U、^(239)Pu的质量测量,一直是难点。如用化学分析的方法,会无法取样;如用伽马谱法进行测量,因伽马射线自吸收很严重等因素,会造成较大的测量误差。拖步式桶装废物测量装置(Shuffler)的一个明显优势就是通过测量样品中产生的中子,可以对大质量、大体积的铀、钚进行高精度地分析,且本底很低。就Shuffler的发展历史、原理、仪器的结构进行介绍,并与其他非破坏性分析(NDA)仪器进行比较,阐述其在国内、外的应用,最后对影响分析结果的因素进行了讨论。Shuffler的应用对α废物的检测与分类提供了支持,是实现核材料衡算不可或缺的技术,制备合适工作标样或参考样品将是本技术首要突破的地方,使用蒙卡模拟也是将来要发展的方向。在核设施中,Shuffler可用于测定燃料组件的坯料挤压过程中废金属罐中^(235)U的质量,也可用于测定后处理设施中大体积铀、钚废物,也可用于核材料管制视察,快堆和MOX(铀钚氧化物混合)元件厂等领域,对核材料的测量将发挥巨大的作用。

跳源法在ADS中子学研究中的应用

简要介绍了跳源法在ADS中子学研究中测量次临界度的原理、外源驱动的次临界中子学的实验装置、堆芯布置及中子源驱动系统。主要研究了252Cf中子源在堆芯不同轴向位置、模拟质子束管和散裂中子靶件处不同缓冲区材料对keff的影响。实验结果与其它实验方法的结果进行了比较,符合较好。

Al-B_4C复合材料中子吸收性能研究

利用蒙特卡罗方法和^(252)Cf中子源研究了在准直热中子入射束下,15%~30%(质量分数)碳化硼含量的Al-B_4C复合材料的中子吸收系数和宏观截面。结果表明,Al-B_4C复合材料的中子吸收系数随碳化硼含量增加而增大,相同碳化硼含量的材料其中子吸收系数随厚度的增加按指数规律变化;^(252)Cf中子源测试得到的中子吸收系数比0.0253eV单能热中子计算得到的吸收系数低0.5%~4.3%;Al-B_4C复合材料的宏观截面随着碳化硼含量的增加呈线性递增的关系,而且理想热中子0.0253eV下的递增率(0.97925cm^(-1)/%)大于^(252)Cf中子源构建0~1eV中子下的递增率(0.58537cm^(-1)/%)。

pSilence APE1联合中子射线治疗骨肉瘤的体外实验研究

目的应用双功能基因脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶(APE1)小干扰RNA(siRNA)表达载体pSilence APE1“敲低”人骨肉瘤HOS细胞APE1的表达,观察pSilence APE1联合中子放射治疗对HOS细胞生长抑制的协同作用,并探讨其可能机制。方法用脂质体将pSilence APE1质粒导入HOS细胞,同时给予不同剂量的锎-252中子射线照射,采用克隆形成分析法测算平均致死剂量(D0)、准域剂量(Dq)值,彗星分析法检测照射后细胞的DNA损伤情况,并用流式细胞仪检测细胞凋亡情况。结果克隆形成分析显示对照组与pSilence APE1转染组HOS细胞经锎-252中子射线照射后的D0值分别为2·80和1·89,Dq值分别为2·66和2·00。分别以2、5、10Gy锎-252中子射线照射对照组与pSilence APE1转染组HOS细胞后,碱性彗星尾力矩分别为6·664±0·648、20·322±1·433、33·909±1·245和7·997±0·542、25·238±1·185、39·191±1·052(P<0·01);细胞凋亡率分别为4·00%、5·91%、9·63%和5·68%、7·55%、13·51%(P<0·05)。结论pSilenceAPE1能显著提高HOS细胞对中子射线的敏感性,促进DNA损伤和细胞凋亡。pSilence APE1基因联合中子放疗可能成为今后骨肉瘤治疗的新方法。

钾通道阻断剂四氨基吡啶增加宫颈癌细胞对中子照射的敏感性

目的研究钾通道阻断剂四氨基吡啶(4-amino-pynidine,4-AP)对宫颈癌HeLa细胞中子照射的影响。方法宫颈癌HeLa细胞分别设不同浓度(0、1、5、10、20mmol/L)4-AP组,0.67Gy252Cf中子照射后48h,用MTT法和流式细胞仪检测各组细胞活性、凋亡率。0、20mmol/L4-AP组自照射后24、48、72h分别用RT-PCR法、Western blot法检测HIF-1αmRNA及蛋白表达情况。结果在中子照射48h后,4-AP浓度为0、1、5、10、20mmol/L时,对HeLa细胞增殖的抑制率分别为0、(38.81±3.45)%、(46.63±3.88)%、(63.58±6.19)%、(77.51±8.87)%,凋亡率(%)分别为(3.15±0.85)%、(8.01±1.19)%、(16.00±1.58)%、(47.20±3.18)%、(62.56±4.27)%,差异有统计学意义(P<0.05)。说明4-AP能抑制HeLa细胞的增殖,诱导凋亡,并呈现明显的剂量依赖性。当4-AP浓度大于5mmol/L时,其作用明显(P<0.01)。0.67Gy252Cf中子照射0、24、48、72h后,4-AP浓度为0mmol/L组,HIF-1αmRNA/β-actin值分别为(0.423±0.116)、(0.464±0.111)、(0.487±0.121)、(0.415±0.099),Western blot灰度扫描结果HIF-1α/β-actin分别为(0.723±0.116)、(0.664±0.111)、(0.617±0.121)、(0.515±0.099),HIF-1αmRNA及蛋白表达均无明显降低,差异均无统计学意义(P>0.05)。4-AP浓度为20mmol/L组,HIF-1αmRNA/β-actin值分别为(0.401±0.121)、(0.364±0.142)、(0.257±0.137)、(0.165±0.099),Western blot灰度扫描结果HIF-1αmRNA/β-actin分别为(0.879±0.117)、(0.645±0.115)、(0.312±0.114)、(0.130±0.118),HIF-1αmRNA及蛋白表达均明显降低,差异有统计学意义(P<0.01)。结论钾通道阻断剂4-AP能降低中子放射治疗后缺氧诱导因子(HIF-1α)表达,降低HeLa细胞增殖,促进凋亡,提高HeLa细胞中子射线的敏感性。

低剂量率^60Coγ射线和^252Cf裂变中子混合照射对大鼠造血及抗氧化系统的影响

目的探讨低剂量率^60Coγ射线与^252Cf裂变中子混合照射对大鼠的生物效应。方法16只雄性SD大鼠按数字表法随机分成实验组和对照组，每组8只。实验组每天依次暴露于^60Coγ射线1h（剂量率为0．072Gy／h），^252Cf裂变中子20h（剂量率为0．085mGy／h），连续7d。照后第8天检测大鼠外周血细胞计数、主要脏器指数、骨髓DNA含量、血清超氧化物歧化酶（SOD）活力及丙二醛（MDA）含量。结果与对照组[（6．2±2．4）×10^9／L]相比，实验组大鼠外周血白细胞数[（3．4±1．2）×10^9／L]（WBC）显著降低（P〈0．05），各项脏器指数变化组间差异无统计学意义（P〉0．05），骨髓DNA含量显著降低（P〈0．05）；血清SOD活力显著降低（P〈0．05），MDA含量有上升趋势，但差异无统计学意义（P〉0．05）。结论低剂量率^60Coγ射线与^252Cf叫裂变中子混合照射对大鼠造血系统及抗氧化系统有一定的损伤作用。

精确测定ST451型快中子探测器的有效中子阈和电子的相对闪烁响应

本实验用薄膜￣（２５２）Ｃｆ源的裂变中子测定ＳＴ４５１型快中子探测器的有效中子阈。文中叙述了用单能γ射线源刻度探测器对电子能量响应的方法，康普顿边的位置通过比较测量的脉冲幅度谱和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟的分布与探测器的脉冲幅度分辨进行折叠的理论谱被精确地确定。给出了中子能量在７Ｍｅｖ以下，ＳＴ４５１型快中子探测器的有效中子阈和电子的相对闪烁响应数据。