高丰度硼-10酸的应用领域

发表时间:2024-05-28 访问量:15172

硼-10酸是一种固体状态,由于对慢中子和γ射线有强吸收作用,还可以释放出α射线和7Li粒子;硼10同位素产品为核反应堆的中子吸收剂或屏蔽材料。

硼-10酸的应用领域

核工业

目前,传统化石能源如石油、煤炭等日趋匮乏,新型替代能源的研究开发迫在眉睫。核能是可持续发展的能源,核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施,对我国能源工业的发展尤其重要。

其中核电站有着一个极其重要的地位,全世界在建设的以及计划建设的核电站有上百座。十三个五年计划中,拟每年新建10-12座核电站;新建核电站每台机组,直接消耗硼-10酸100吨,建成后每座核电站年消耗硼-10酸13吨。当前,随着对核电安全性要求的进一步提高,核电站中的第二代、第三代核电技术已经成为主流。

出于安全性、经济性的考虑,在第二代、第三代核电技术研发设计过程中均采用高丰度硼-10酸代替自然丰度的硼元素,与自然丰度的硼元素相比较,高丰度硼-10同位素可以使核反应操作控制达到较高水平。

随着核电站的大力发展,对硼-10酸的需求量越来越大,质量要求也越来越高。但由于国内硼-10酸一直没有实现工业化生产,进口价格又非常昂贵,因而公司研发的硼同位素的分离已精致技术无疑有着极其重要的意义。

国防工业

基于硼-10同位素有较好的中子吸收特性,可用来做中子吸收剂和防辐射屏蔽材料,掺加了硼-10同位素的军事防护的材料,可以用来制造防护中子弹的军用服装等用品,大量现代武器已经采用核动力驱动,如核潜艇、核动力航母等,其核反应过程都需要硼酸来控制,如果采用富集硼-10同位素的硼酸,可以缩小储存硼酸所用的空间并减轻重量,多装载一些武器弹药和物资,增强其作战能力;

通过冶炼技术在金属材料中融入硼-10同位素而制成的合金钢,硬度高、重量轻,能大大减轻舰船的负荷,提高舰船的作战能力。但受制于原料硼-10酸的制约,其发展速度缓慢,所以在国防应用领域中,其前景广阔。

核医疗 

硼-10酸在癌症治疗中有着重要作用,医学上有一种新的放疗方法称为硼中子俘获治癌法(BNCT)。这种方法对黑色素瘤和神经胶质瘤的治疗效果较好,而且治疗成本相对较低。这种药物对于癌细胞具有选择性,药物在癌细胞中浓度比正常细胞及血液中要高出数倍,中子主要与 BNCT 药物中的靶核素(如硼-10同位素)发生核反应,产生对癌细胞杀伤作用的次级辐射 a 射线及反冲粒子 Li,该法靶向性强、强度高,正常细胞及血液中因药物浓度低,中子照射后受到损伤比较小,易于修复。 

因此,BNCT 法比常规放疗的副作用小;同时,硼-10酸较容易进入人体组织且对人体的伤害较小,因而临床应用效果很好。在癌症治疗方面,目前国内靶向机已有24台,并将逐年大量增加。每台靶向机年消耗硼-10酸400公斤,所以硼-10酸在医疗行业上的发展前景可观。

在核医疗方面,硼-10酸应用于硼中子俘获治疗( BORON NEUTRON CAPTURE THERAPY , BNCT)技术,制备成含硼的靶向高效药剂,大量用于肿瘤治疗。在中子束照射下,硼-10酸离子化产生的17LI和α粒子足以杀死肿瘤细胞,且对正常组织伤害非常小,几乎不产生副作用。

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