一种基于紧凑型D-D中子发生器的植物种子中子辐照剂量分配装置

技术领域

本发明涉及核技术应用领域，具体涉及一种基于紧凑型D-D中子发生器的植物种子中子辐照剂量分配装置。

背景技术

利用放射性射线束辐照植物的种子、根、茎等器官，会使其产生辐射生物效应和诱发突变。将辐射诱变的突变体通过人工选择和培育而获得新品种的育种方法称为辐照诱变育种，与传统的杂交育种、自然变异育种相比，辐照诱变育种具有变异可能性大、变异幅度宽等诸多优势。经过80多年的研究，科学家们利用各种射线辐照了不同的植物，在辐射生物效应及诱变育种等方面取得了大量的成就，并积累了丰富的研究资料和经验。

中子辐照诱变育种是利用中子束作为射线照射植物的核技术应用方法，它属于辐射诱变育种的重要方向之一。中子辐照植物技术备受科学家关注，其主要原因是与X射线和γ射线相比，在同等剂量下，中子具有更强的生物学效应和更高的辐射诱变率。

利用中子进行辐射生物效应及育种研究和应用需要稳定可靠的中子源。中子源一般分为三类：同位素中子源、加速器中子源和反应堆中子源。其中加速器中子源有产额高、γ本底低、安全性高、用途广的特点，是未来中子源发展的主要方向。兰州大学紧凑型D-D中子发生器是兰州大学自主研发的一种产额稳定的加速器中子源，其产额高、稳定，虽然同时也会产生一些次生伽马射线，但伽马射线的通量较小，而且同等剂量下其对植物种子辐射生物效应的贡献远低于中子，完全符合以中子为主辐照植物种子的要求，依靠该紧凑型D-D中子发生器可以进行中子辐射生物学效应及育种研究等放射生物应用研究。

有研究表明，植物的辐射生物效应与吸收剂量关系十分紧密，一般来说，植物吸收的剂量越大，植物细胞受到的损伤就越大，细胞无法及时完成自我修复，使得变异数目和类型也随之增加；较高的辐射剂量也会导致较高的致死率，所以在辐射生物效应研究和实际的辐射育种过程中选择并给出合适的辐照剂量显得尤为重要。而紧凑型D-D中子发生器由于缺少能准确给出植物种子中子辐照吸收剂量的装置，限制了其在中子辐射生物研究和辐照诱变育种中的应用。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述，提供一种基于紧凑型D-D中子发生器的植物种子中子辐照剂量分配装置，该装置可准确给出植物种子中子辐照吸收剂量，从而为中子辐射生物研究和辐照诱变育种提供依据。

为实现其目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于紧凑型D-D中子发生器的植物种子中子辐照剂量分配装置，包括侧反射体和若干种子放置层板，所述侧反射体为一端开口的框架结构，所述种子放置层板卡接于侧反射体内，相邻两个种子放置层板和侧反射体之间的区域构成中子辐照区。

作为本发明技术方案的优选，所述侧反射体顶部设有顶反射体，可以将中子发生器发射出的部分中子反弹回来，增加植物种子的中子吸收剂量。

进一步地，每个所述种子放置层板与侧反射体开口平行方向均匀

固接若干隔板，用于固定植物种子的位置，同时可以吸收紧凑型D-D中子发生器产生的次生伽马射线，减少种子的伽马吸收剂量，使种子的中子吸收剂量测量更加精确。

所述侧反射体、种子放置层板、顶反射体和隔板均采用硬铅材料制成。硬铅是容易得到、容易制作、价格便宜的材料。元素铅对中子的吸收截面小，可以尽可能的减少中子的能量和数量损失，而硬铅在硬度和韧性上都要优于纯铅，更有利于整个装置结构的稳定性。

进一步地，每个所述种子放置层板上的隔板为3个，隔板底部与种子放置层板表面贴合，各种子放置层板上同一位置的隔板在竖直方向共线，可以保证整个种子放置区域的稳定性。

进一步地，所述种子放置层板、顶反射体和隔板均为弧形板，使本发明装置放置时可以紧紧贴合中子发生器的管壁，使中子的利用率最大化。

进一步地，所述种子放置层板厚度相同，以形成空间相同的中子辐照区。

进一步地，所述种子放置层板为5个，优选地，5个弧形种子放置层板的外半径和弧度不同，从下往上依次为：第一层：外半径118mm，弧度1.03rad；第二层：外半径127.3mm，弧度0.95rad；第三层：外半径136.3mm，弧度0.89 rad；第四层：外半径145.3mm，弧度0.83rad，第五层：外半径154.3mm，弧度0.78 rad。

进一步地，所述侧反射体相对的两个侧面上设有卡槽，种子放置层板通过卡槽卡接于侧反射体内，优选地，所述卡槽截面呈倒三角型。

本发明装置的中子辐照区可一次容纳数量较多的种子，能够充分利用紧凑型D-D中子发生器所产生的中子，从而满足大部分科学研究及辐射育种的需要；而且种子放置层板在竖直方向均匀地上下分布，所放置种子的中子吸收剂量呈一个均匀的梯度出现，对放置种子的每一个位置都进行编号后，可以通过蒙特卡洛模拟技术得出每一个种子所吸收的中子剂量，扩大了紧凑型D-D中子发生器在中子辐射生物研究和辐照诱变育种中的应用范围，同时可以为中子辐射生物研究和辐照诱变育种提供依据。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为本发明装置的侧反射体示意图；

图3为本发明装置的侧反射体局部A的放大示意图；

图4为本发明装置的种子放置层板、隔板及辐照区示意图；

附图标记：1、侧反射体；2、种子放置层板；3、顶反射体；4、中子辐照区；5、隔板；6、卡槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中子辐照剂量分配装置的结构和使用方法进行详细说明。

参照图1-4，本发明提供的一种基于紧凑型D-D中子发生器的植物种子中子辐照剂量分配装置，包括侧反射体1和5个厚1mm、长48.5mm的种子放置层板2，其中，侧反射体1为一端开口的框架结构，框架结构厚度为3mm，侧反射体1相对的两个侧面上设有截面呈倒三角型的卡槽6，卡槽6深度为1mm，种子放置层板1通过卡槽6卡接于侧反射体1内。侧反射体1顶部设有顶反射体3，每个种子放置层板2与侧反射体1开口平行方向均匀固接3个隔板5，隔板5高8.8mm、厚1mm，隔板5底部与种子放置层板2表面贴合，隔板5上表面距离上一层种子放置层板0.2mm，相邻两个种子放置层板2和侧反射体1以及隔板5之间的区域构成15个中子辐照区4，每一个中子辐照区4的上下面都是弧面，中子辐照区4高9mm、宽15.2mm、长76mm。

种子放置层板2、顶反射体3和隔板5均为弧形板，且侧反射体1、种子放置层板2、顶反射体3和隔板5均采用硬铅材料（铅锑合金，成分占比为：铅：95.6%，锑：4%，锡：0.3%，铜：0.1%）制成。顶反射体3厚15mm、长48.5mm、外半径177.3mm、弧度0.68rad。

上述5个弧形种子放置层板2的外半径和弧度不同，从下往上依次为：第一层：外半径118mm，弧度1.03rad；第二层：外半径127.3mm，弧度0.95rad；第三层：外半径136.3mm，弧度0.89rad；第四层：外半径145.3mm，弧度0.83rad，第五层：外半径154.3mm，弧度0.78rad。

通过以上设置，本发明装置的外观整体上是一个长方体的盒子形状，底部是一个弯曲的圆柱状曲面，每一个种子放置层板2被嵌放在侧反射体1上，就像抽屉一样可以抽拉出来进行种子的取放。

本发明装置在使用时，先将种子放置层板2全部拉出，对15个中子辐照区4进行编号，并依次装入植物种子，然后将种子放置层板2依次插入侧反射体1中，并将顶反射体3置于侧反射体1顶部，最后将整个装置放在D-D中子发生器的中子出射口接受中子辐照。达到实际需求的辐照时间后，先将顶反射体3取下，然后一层一层的将种子从中子辐照区4抽出，并按预先编号的顺序取出，放入相应序号的种子盛放皿中。

中子辐照区4每个种子的中子吸收剂量可以通过蒙特卡洛模拟技术得出，即在D-D中子发生器模型的基础上，根据中子发生器中产生的中子能量以及角分布，还有中子的比释动能因子和射线的质量吸收系数数据，基于蒙特卡洛模拟方法模拟计算得到，可以为中子辐射生物研究和辐照诱变育种提供依据。