氘氘中子源超热中子场优化设计

摘要

为获得适用于硼中子俘获治疗中子探测器性能验证的超热中子场，利用蒙特卡罗模拟和多目标优化算法，设计了基于氘氘中子源的束流整形体。首先，通过Geant4程序计算，确定了能量为200 keV氘离子轰击氘钛靶的中子源项特性；其次，以超热中子通量最大化、快中子污染和热中子占比最小化为优化目标，结合MCNP6程序和遗传算法对基于氘氘中子源的束流整形体进行多目标优化；最后，采用三维水箱评价了束流的分布特性。研究结果表明：优化后的超热中子通量达2.65×10～6/（cm²·s）,快中子污染降至5.5×10^-13 Gy·cm²,热中子占比为0.013 4,均优于预期指标；束流整形体出口的中子场在空间分布上具有良好的对称性和指向性。该研究为探测器研制与标定提供了可靠的实验条件，同时也为硼中子俘获治疗装置的小型化设计提供了思路。

关键词

氘氘中子源 / 蒙特卡罗模拟 / 遗传算法 / 超热中子场 / 束流整形体

基金资助

国家自然科学基金资助项目(12375159,12105214); 国家重点研发计划资助项目(2023YFA1008600)