CN107422363A - 一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置 - Google Patents

一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，主要包括圆筒形屏蔽体、空气通道、252Cf中子源和样品辐照区，252Cf中子源中子产额高符合中子辐照植物种子的要求，同时以252Cf中子源为球心，设置三个半径依次增大的半球区域作为样品辐照区。本发明能够按梯度辐照出任何中子吸收剂量的种子，且每梯度种子的吸收剂量具有很好的均匀性，所设三个252Cf中子源剂量分配半球区域的植物种子吸收剂量不用经过繁琐的测量和计算而直接给出，具有标准化剂量分配的特点，达到了豆类植物种子中子辐照的大部分科学研究的需要，也可应用于其它种类植物种子的辐照，还可以用于中子辐射农业生产和诱变育种。

Description

一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置
技术领域
本发明属于植物种子育种技术领域，具体涉及一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置。
背景技术
射线辐照植物会使植物产生辐射生物效应和诱发植物产生突变，其中射线辐照植物突变技术正是加快育种进程并获得优良品种的重要手段和途径之一。早期主要采用X射线、γ射线和激光等光子技术开展辐射生物学效应及辐照诱变育种的研究工作，已在农作物、观赏植物等新品种培育方面取得了很多成果。上世纪 80 年代起，带电粒子辐照育种技术在我国也得到了快速发展，近些年来利用重离子开展辐射植物研究的越来越多，并在辐射生物效应和诱变育种等方面取得了一些成果。
中子(neutron)是由Chadwich等人根据实验发现命名的，它是原子核结构的重要组分，存在于除氢以外的所有原子核中。中子作为一种高 LET (Linear Energy Transfer)射线，与X射线和γ射线相比，有更好的辐照生物学效应、更高的辐照诱变率和宽的变异谱。另外，中子穿透能力强，与带电粒子辐照技术相比，不需要真空条件，且中子辐照可处理更大量的样品。中子以其特性优势不断得到越来越多科学家的关注，现已经在很多植物上开展了辐射生物效应和诱变育种的研究工作，并获得了一些有价值的成果。
开展中子辐射生物效应和诱变育种的研究工作，需要可靠的中子源。中子源是借助核反应产生中子并提供使用的装置，通常人们使用的中子源大致可分为三类：加速器中子源、反应堆中子源和同位素中子源。一般来说，前两种中子源，特别是加速器中子源性能更高，多用性强，而缺点是仪器较大且需要配套设施，设备存量有限；同位素中子源的单能性虽然不如加速器中子源，但其体积小可实现便携，使用方便，更适合野外及现场使用，因此已被广泛用于中子活化分析、中子照相、中子测井和放射医疗等领域。
在射线辐照植物研究和实践应用过程中发现，射线剂量对植物体的辐射生物效应和诱变特性的影响十分重要，一般来说，剂量或剂量率越大，对植物细胞造成的损伤越大，细胞无法及时完成修复作用，使得变异数目和类型随之增加；但并不是辐照剂量越高对诱变育种越好，因为在较高剂量的情况下，随着辐照剂量的增大，植物的存活率却在不断的下降，因此在实际应用过程中寻找该植物的半致死剂量或适宜育种辐照剂量是必要的。另外，一些辐射生物效应与剂量的关系十分复杂，并非简单的线性关系，需要实验研究寻找规律和有应用价值的剂量范围。因此，辐照剂量的测算已经成为辐照诱变育种和相关科学研究领域需要解决的重要问题之一，其中中子剂量的测算尤为复杂，目前在研究应用过程中每次辐照都需要对中子剂量进行测算，这样不仅使不同辐照批次样品之间产生了误差，增加了研究应用的难度，还耗费了不少的人力和物力。随着中子在辐照植物种子方面的进一步应用，有必要发明一种标准化的用于植物种子中子辐照的中子源剂量分配装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有中子辐照植物种子研究和应用过程中存在的中子剂量测算繁琐、剂量反复计算产生误差及其无标准化的中子源剂量分配装置的技术问题，提供一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，包括圆筒形屏蔽体，所述圆筒形屏蔽体的底部设有出液口，所述出液口上设有螺旋塞，所述圆筒形屏蔽体的内部水平设有空气通道且空气通道的两端与圆筒形屏蔽体的外部贯通，所述圆筒形屏蔽体的内部还装满有硼酸溶液，所述空气通道的内部设有252Cf中子源和样品辐照区，所述252Cf中子源位于空气通道中轴线中心位置处，所述样品辐照区为以252Cf中子源为球心且半径依次增大的多个半球区域，所述半球区域的内表面设有种子样品附着半球壳，所述样品辐照区远离252Cf中子源的一侧设有聚乙烯堵头。
进一步地，所述圆筒形屏蔽体的顶部设有有机玻璃盖。
进一步地，所述圆筒形屏蔽体为一直径为100cm、高度为100cm的有机玻璃圆桶。
进一步地，所述空气通道为直径为10cm的圆柱形有机玻璃通道且空气通道的中轴线距圆筒形屏蔽体顶端50cm。
进一步地，所述聚乙烯堵头为直径9.6cm、长50cm的实心聚乙烯圆柱体。
进一步地，所述样品辐照区为以252Cf中子源为球心且半径依次增大的三个半球区域，所述三个半球区域的的内表面半径依次为2cm、3cm、4cm。
进一步地，所述种子样品附着半球壳为厚度为2mm的聚乙烯半球壳。
进一步地，所述硼酸溶液的质量浓度为5%。
进一步地，所述螺旋塞为有机玻璃螺旋塞。
本发明相对现有技术具有以下有益效果：
1、本发明的用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置主要包括圆筒形屏蔽体、空气通道、252Cf中子源和样品辐照区，252Cf中子源中子产额高, 虽在自发裂变的同时会伴随大量瞬发γ射线的产生和部分缓发γ射线的生成，但其对植物种子辐射效应的贡献相对中子较低，主要贡献还是来自中子辐射，所以符合中子辐照植物种子的要求，同时以252Cf中子源为球心，设置三个半径依次增大的半球区域作为样品辐照区，该样品辐照区使得每个区域内的植物种子的吸收剂量具有良好的均匀性，又使各半球区域之间种子的吸收剂量具有明显的梯度，还充分利用了空间通道内有限的空间资源。本发明能够按梯度辐照出任何中子吸收剂量的种子，且每梯度种子的吸收剂量具有很好的均匀性，所设三个252Cf中子源剂量分配半球区域的植物种子吸收剂量不用经过繁琐的测量和计算而直接给出，具有标准化剂量分配的特点，达到了豆类植物种子中子辐照的大部分科学研究的需要，也可应用于其它种类植物种子的辐照，还可以用于中子辐射农业生产和诱变育种。
2、本发明圆筒形屏蔽体内装满有质量浓度为5%的硼酸溶液，硼酸溶液与中子的反应截面高，能够吸收和慢化中子起到辐射防护的作用，圆筒形屏蔽体的尺寸和252Cf中子源所安装位置的设计使其辐射防护的能力达到了安全的程度。同时，本发明在样品辐照区远离252Cf中子源的一侧设有聚乙烯堵头，一方面能够固定样品辐照区，另一方面聚乙烯材料与中子的反应截面高，也能够吸收和慢化中子起到辐射防护的作用。
3、本发明所需制作原料有聚乙烯材料、有机玻璃和5%的硼酸溶液，都是容易得到，容易制作，价格便宜的材料。252Cf中子源是在反应堆运行过程中就可以生产的同位素中子源，容易获得。
附图说明
图1为本发明圆筒形屏蔽体的结构示意图；
图2为本发明252Cf中子源及样品辐照区的结构示意图；
图3为本发明样品辐照区的局部放大图。
本发明附图标记含义如下：1、圆筒形屏蔽体；2、出液口；3、螺旋塞；4、空气通道；5、硼酸溶液；6、252Cf中子源；7、样品辐照区；8、种子样品附着半球壳；9、聚乙烯堵头；10、有机玻璃盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1-3所示，一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，包括圆筒形屏蔽体1，圆筒形屏蔽体1为一直径为100cm、高度为100cm的有机玻璃圆桶，圆筒形屏蔽体1的顶部设有有机玻璃盖10，圆筒形屏蔽体1的底部设有出液口2，出液口2上设有有机玻璃螺旋塞3，圆筒形屏蔽体1的内部水平设有空气通道4且空气通道4的两端与圆筒形屏蔽体1的外部贯通，空气通道4为直径为10cm的圆柱形有机玻璃通道且空气通道4的中轴线距圆筒形屏蔽体1顶端50cm，圆筒形屏蔽体1的内部还装满有质量浓度为5%的硼酸溶液5，空气通道4的内部设有252Cf中子源6和样品辐照区7，252Cf中子源6位于空气通道4中轴线中心位置处，252Cf中子源6为一种同位素中子源，其自发裂变中子产额为2.314×1012 n∙s‒1∙g‒1，半衰期为2.646 a，252Cf中子源6自发裂变中子谱接近于纯裂变谱，中子的平均能量为2.158 MeV，它在自发裂变的同时会伴随大量的瞬发γ射线生成，还有部分缓发γ射线的产生，样品辐照区7为以252Cf中子源6为球心且半径依次增大的三个半球区域，三个半球区域的的内表面半径依次为2cm、3cm、4cm，半球区域的内表面设有种子样品附着半球壳8，种子样品附着半球壳8为厚度为2mm的聚乙烯半球壳，样品辐照区7远离252Cf中子源6的一侧设有聚乙烯堵头9，聚乙烯堵头9为直径9.6cm、长50cm的实心聚乙烯圆柱体。
每次辐照换样时首先将植物种子均匀排列附着在相应的种子样品附着半球壳8上并用胶带封好，再用胶带固定好各半球区域之间的距离，然后将种子样品附着半球壳8封装到一起并用胶带固定到聚乙烯堵头9的一侧，推入空气通道4至标定位置。辐照完后将聚乙烯堵头9连着三个种子样品附着半球壳8的样品拉出，解开封装取出样品后更换样品，如此往复。
样品辐照区7的三个半球区域的吸收剂量率是针对不同类型植物种子通过模拟技术给出的，其获得过程是在建立的252Cf中子源模型的基础上，根据中子和γ射线的能谱数据及中子的比释动能因子(Kerma 因子)和射线的质量能量吸收系数等数据，基于蒙特卡罗方法模拟和计算出来的，该类型植物种子的吸收剂量率在该装置的每个半球区域就可以标定出一个固定公式。
表一为豆类植物种子在该装置的三个半球区域的中子吸收剂量率表达式，其中N为252Cf中子源的中子产额，可以由中子源的出厂数据获得或简单算出：
表一 三个半球区域的中子吸收剂量率
在考虑辐照实验过程中的安全问题方面，辐照实验现场的操作安全距离为50cm处，经测定在操作安全距离处中子剂量仪和γ剂量仪的示数分别为3.859uSv/h和1.04uSv/h，通常一次CT检测人体所吸收的辐射剂量大约为10000uSv，因此本发明的装置在操作安全距离为50cm处及以外换取样品是安全的，符合换样条件。

Claims (9)

1.一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：包括圆筒形屏蔽体（1），所述圆筒形屏蔽体（1）的底部设有出液口（2），所述出液口（2）上设有螺旋塞（3），所述圆筒形屏蔽体（1）的内部水平设有空气通道（4）且空气通道（4）的两端与圆筒形屏蔽体（1）的外部贯通，所述圆筒形屏蔽体（1）的内部还装满有硼酸溶液（5），所述空气通道（4）的内部设有252Cf中子源（6）和样品辐照区（7），所述252Cf中子源（6）位于空气通道（4）中轴线中心位置处，所述样品辐照区（7）为以252Cf中子源（6）为球心且半径依次增大的多个半球区域，所述半球区域的内表面设有种子样品附着半球壳（8），所述样品辐照区（7）远离252Cf中子源（6）的一侧设有聚乙烯堵头（9）。
2.根据权利要求1所述的一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：所述圆筒形屏蔽体（1）的顶部设有有机玻璃盖（10）。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：所述圆筒形屏蔽体（1）为一直径为100cm、高度为100cm的有机玻璃圆桶。
4.根据权利要求3所述的一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：所述空气通道（4）为直径为10cm的圆柱形有机玻璃通道且空气通道（4）的中轴线距圆筒形屏蔽体（1）顶端50cm。
5.根据权利要求4所述的一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：所述聚乙烯堵头（9）为直径9.6cm、长50cm的实心聚乙烯圆柱体。
6.根据权利要求1所述的一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：所述样品辐照区（7）为以252Cf中子源（6）为球心且半径依次增大的三个半球区域，所述三个半球区域的的内表面半径依次为2cm、3cm、4cm。
7.根据权利要求1所述的一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：所述种子样品附着半球壳（8）为厚度为2mm的聚乙烯半球壳。
8.根据权利要求1所述的一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：所述硼酸溶液（5）的质量浓度为5%。
9.根据权利要求1所述的一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置，其特征在于：所述螺旋塞（3）为有机玻璃螺旋塞。
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