李義國，彭 旦，鄒淑蕓，吳小波，張金花，張紫竹，夏 普，左曉艷，劉 彤，周永茂

(1.中國原子能科學(xué)研究院，北京 102413;2.北京凱佰特科技有限公司，北京 102413;3.中國核工業(yè)集團中原對外工程有限公司，北京 100191)

1 前言

醫(yī)院中子照射器(in-hospital neutron irradiator，IHNI)[1]反應(yīng)堆為罐 － 池式結(jié)構(gòu)，額定熱功率為30 kW，采用富集度為12.5%的二氧化鈾作為燃料，以Zr－4為包殼作為燃料元件，用輕水作慢化劑和冷卻劑，以金屬鈹作反射層。由去離子水通過自然循環(huán)方式冷卻堆芯并與池水進行熱交換，在堆芯相對兩側(cè)設(shè)有熱中子束流和超熱中子束流，見圖1。醫(yī)院中子照射器廠房為三層建筑，其中地下一層，地上兩層。堆芯位于地下一層，在堆芯的兩側(cè)有兩個病人治療照射室，在治療房間外設(shè)有觀察室。其中兩個治療照射室為控制區(qū)，觀察室為監(jiān)督區(qū)。

2 輔助系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由控制棒(中心控制棒、輔助控制棒和反應(yīng)性調(diào)節(jié)器)、控制棒傳動機構(gòu)、控制單元和計算機組成(見圖2)，用于醫(yī)院中子照射器的啟動、穩(wěn)定功率運行、正常停堆和緊急停堆，并能顯示運行參數(shù)、提供警告信號和緊急停堆信號。

2.2 凈化系統(tǒng)

醫(yī)院中子照射器設(shè)有堆水和池水凈化系統(tǒng)，利用樹脂離子交換法凈化水質(zhì)，確保堆水和池水水質(zhì)滿足設(shè)計要求，防止堆芯結(jié)構(gòu)材料和水池襯里的腐蝕，其流程圖見圖3和圖4。為防止反應(yīng)堆正常運行時積聚堆容器殼體上部空間的氫氣濃度過高和元件破損時放射性裂變氣體向環(huán)境釋放，本堆還設(shè)有堆氣凈化系統(tǒng)(見圖5)。

2.3 中子束流裝置

醫(yī)院中子照射器設(shè)置兩個中子束照射裝置，分別是熱中子束照射裝置和超熱中子束照射裝置，用于中子俘獲治療方法的研究和照射治療，另外在熱中子束照射裝置一側(cè)垂直地引出一個實驗用中子束流裝置，用于實時分析患者腫瘤組織和血液中10B濃度。

圖1 醫(yī)院中子照射示意圖(單位:mm)Fig.1 Cross section of IHNI(unit:mm)

圖2 醫(yī)院中子照射器控制系統(tǒng)示意圖Fig.2 Control system of IHNI

3 試運行情況

3.1 醫(yī)院中子照射器運行情況

醫(yī)院中子照射器滿功率(30 kW)運行時主要運行參數(shù)，如中子注量率、堆芯冷卻劑的進出口溫差等見表1。

表1 IHNI滿功率時運行參數(shù)Table 1 Operating parameters of IHNI at full power

圖3 堆水凈化系統(tǒng)Fig.3 Purification system of reactor water

圖4 池水凈化系統(tǒng)Fig.4 Purification system of pool water

圖5 堆氣凈化系統(tǒng)Fig.5 Purification system of reactor gas

3.2 水凈化運行情況

堆水和池水水質(zhì)監(jiān)測值見表2，水質(zhì)指標要求見表3。

表2 12個月堆水和池水的電導(dǎo)和pH值Table 2 Conduct and pH values of reactor water and pool water in 12 months

表3 堆水和池水的水質(zhì)指標Table 3 Indices of water quality of reactor water and pool water

3.3 輻射監(jiān)測[2]

停堆和滿功率運行時，由北京輻射安全技術(shù)中心對醫(yī)院中子照射器廠房內(nèi)外不同位置劑量進行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表4。

表4 各工藝房間輻射水平Table 4 The dose rate of γ and neutron at different rooms

續(xù)表

4 結(jié)語

醫(yī)院中子照射器試運行過程中，其運行參數(shù)滿足運行限值要求，未發(fā)生超出限值情況;堆水和池水凈化系統(tǒng)能夠滿足水質(zhì)指標要求;滿功率運行時，廠房內(nèi)外劑量監(jiān)測結(jié)果滿足設(shè)計分區(qū)劑量要求，在正常運行時，工作人員和公眾有效劑量分別為218.32 μSv/a和 9.17 μSv/a，遠低于職業(yè)照射劑量的約束值(20 mSv/a)和公眾的劑量管理目標值(0.01 mSv/a)。試運行情況表明，醫(yī)院中子照射器及其輔助控制系統(tǒng)的運行參數(shù)和條件一直保持在運行限值及條件范圍內(nèi)，具備正式運行的能力和條件。

[1] 李義國，夏 普，高集金.醫(yī)院中子照射器－I[J] .核動力工程，2006(4):28 －29.

[2] 呂紅寧.醫(yī)院中子照射器項目環(huán)保驗收監(jiān)測[R] .北京:北京市輻射安全技術(shù)中心，2011.