下游产品  Downstream products
一、硼-10同位素
      自然界中,硼的天然同位素有硼-10和硼-11两种,其中,硼-10的天然丰度不足20%。高丰度硼-10系列产品必需人工制备。
      硼-10具有高效的中子吸收能力,它捕获热中子的能力大约是硼-11的8万倍,是核技术领域首选的中子吸收剂。
      特定的应用场所使用不同的硼-10系产品,常见的有硼-10酸、碳化硼-10、硼-10粉、硼-10化锆等。
      高丰度硼-10系中子吸收剂对核技术领域贡献重大:
      在核工业中,它能确保核堆的开、停操作及功率输出达到较高控制水平,能确保核堆冷却系统具有高效的中子屏蔽作用,能确保核废料的储运及处理有不泄露的保险箱;
      在国防建设上,它是核堆小型化及核装备轻型化的决定性材料;
      在核医疗方面,作为靶向治疗癌症的高效药剂,它被认为是癌细胞的终结者。
1、硼-10酸 
      硼-10酸是硼-10同系物之一,硼-10粉及其它硼-10同系物通常都由硼-10酸为起始原料来制造。硼-10酸既可作为中子吸收剂直接使用,又是制造其它硼-10系中子吸收剂的原料,因此被誉为是硼-10系中子吸收剂的核心材料。
      硼-10酸可直接应用于核反应堆中,作为化学补偿控制剂,为核堆冷却系统具有高效的中子屏蔽作用提供保障。
      在核医疗方面,硼-10酸可作为硼中子俘获治疗技术(BNCT)中的原料制备含硼靶向高效药剂,同常规放疗相比,具有高效的靶向选择性及低廉的造价和使用成本等优势。
2、碳化硼-10  
      自然含量和富集的碳化硼-10是吸收和控制热中子最常用的材料。碳化硼-10的中子吸收截面高,吸收能谱宽,吸收中子后没有强的γ射线二次辐射,从而废料易于处理,因此是一种重要的中子吸收材料。

      碳化硼与石墨复合,制备硼碳砖,用于反应堆外周,防止放射性物质外泄;用于反应堆第二层防护,作反应堆屏蔽材料,吸收放射性物质;用于反应堆控制棒,控制反应堆反应速度,并以控制棒作为第一停堆系统;碳化硼吸收小球作为反应堆的第二停堆系统;乏燃料处理中作为隔离块,避免发生意外临界。

      此外,碳化硼-10可以硼-10纤维的形式制作成核辐射防护服、中子辐射防护服,替代传统防护服,使服装更轻更薄,从而减轻操作人员的承重负荷、提高辐射防护效果,保障人员安全。

3、硼-10粉 
      在核技术领域中,硼-10粉通过冶炼技术融入金属材料里能制成硼-10同位素的合金材料,应用到核电站中,具有中子屏蔽作用。
4、硼-10化锆 
      硼-10化锆薄膜附着在UO燃料芯块表面作为一体化可燃毒物在反应堆中得以应用。利用其粉末作为原料,分别采用常压烧结、热压烧结、放电等离子体烧结等技术制备硼-10化锆陶瓷。将大块硼-10化锆加工成靶材,采用磁控溅射方法,在硅片及UO芯块表面制备硼-10化锆薄膜。

      主要应用于AP1000核反应堆燃料块包壳材料,宇航耐高温材料、耐磨光滑的固体材料、切削工具、温差热电偶保护管以及电解熔融化合物的电极材料,基于此,它在核能、国防工业等领域具有广泛的用途。

5、三氟化硼-10

      硼-10同位素可制成10B计数管用于反应堆启动阶段中子通量的大小及其变化的测量、控制和保护。目前,我国的中子探测器以10BF3气体为探测器原料。


二、硼-11同位素
      硼-11的用途相对于硼-10就少多了。它几乎不吸收中子,不过它可以作为钢材的一种添加剂,这种钢材用于制造反应器,可使反应器的耐高温、耐辐射性能都得到大幅提高,而不至于破坏反应区的中子物理状况。与硼-11形成的铀和钋的硼化物可显著提高其化合物的热导性,若采用氮-15作为添加剂,在硼-11存在的条件下钋的再生可得到显著的提高。值得注意的是,硼-11是一种潜在的热核反应燃料,由反应:11B+p→34He 产生的能量高达8.7兆电子伏特,而这一反应对于在自然界中含量极高的硼-11来讲是很有意义的。另外硼-10与硼-11在核磁共振技术的研究上均有所应用。
1、三氟化硼-11
      三氟化硼-11广泛应用于半导体制造业,作为硼掺杂剂用于硅离子布植,生产出高度集成、高密度的微芯片,并且使芯片体积更小,性能更好。
2、硼-11酸
      高丰度硼-11酸作为原料制备的系列硼-11酸酯可用作半导体制程硼-11同位素掺杂源,制造的半导体器件具有优良的抗干扰和抗辐射性能。
      随着集成电路集成度越来越高,以及诸多特殊应用领域如航空航天、宇宙探测器、现代军事、超级计算机、云计算、高速列车、通信、网络等等对电子设备运行速度、稳定性、可靠性、安全性要求不断提高,对制造相关材料已不仅仅局限于一般意义上的纯度要求,而是上升到同位素纯度概念,常规的天然材料已不能满足技术进步的要求。天然硼元素由于含有19.78%的10B,在新一代半导体器件制程中的应用将遇到瓶颈。因此研究高丰度硼-11同位素的高纯硼-11掺杂源是未来硼系半导体材料发展的必然趋势。
      我公司以三氟化硼二甲醚络合物为原料,采用独具特色的“三段式”工艺生产硼-10酸、硼-11酸。其下游产品(硼-10粉、碳化硼-10、氮化硼-10、硼-10化锆、三氟化硼-11等)正在积极研发当中,目前处于小试阶段。