突破创新！LiF 基陶瓷在硼中子俘获治疗（BNCT）中中子屏蔽的卓越进展

在硼中子俘获治疗（BNCT）设施中，现有 LiF - 聚乙烯复合材料存在诸多问题。研究人员开发 LiF 基陶瓷用于中子屏蔽。制备出大尺寸、高致密度陶瓷，部分屏蔽性能优于商用材料，有望应用于 BNCT 设施，提升治疗安全性。

　　硼中子俘获治疗（BNCT，Boron Neutron Capture Therapy）是一种极具潜力的癌症治疗手段，它利用癌细胞对硼元素的高摄取特性，当硼 - 10（¹⁰B）富集在癌细胞内后，经中子照射，¹⁰B 会吸收中子发生核反应，释放出高能量粒子，精准破坏癌细胞。然而，在 BNCT 设施中，中子束泄漏问题却不容忽视。这些泄漏的中子不仅会对患者的正常组织造成辐射损伤，还可能影响周边设备的正常运行。传统用于屏蔽中子的 LiF - 聚乙烯复合材料，虽然在一定程度上能发挥作用，但随着 LiF 含量超过 50 wt.% 时，就会出现诸多弊端，比如材料的均匀性变差，容易产生 LiF 粉尘，而且由于含有机材料，热稳定性和机械强度也不理想。为了解决这些难题，推动 BNCT 技术更好地应用于临床，相关研究人员开展了深入研究。尽管文中未明确研究机构，但他们的研究成果却意义重大，相关论文发表在《Applied Radiation and Isotopes》杂志上。

研究人员采用的主要关键技术方法有：首先是材料制备技术，通过常规烧结方法制备 LiF - MgF₂ - CaF₂陶瓷样品，精确称取非富集 LiF、MgF₂和 CaF₂等原料，并将 MgF₂和 CaF₂按三元系统共晶点比例添加作为烧结助剂；其次是模拟分析技术，运用蒙特卡罗模拟方法中的粒子和重离子传输代码系统（PHITS，Particle and Heavy Ion Transport Code System ），对陶瓷的屏蔽性能进行评估。

制备烧结体

研究人员通过常规烧结法制备 LiF - MgF₂ - CaF₂陶瓷样品。以非富集 LiF（纯度 > 98.5%）、MgF₂（纯度 > 99.9%）和 CaF₂（纯度 > 99.9%）为原料，依据设定的名义成分精确称重。其中，MgF₂和 CaF₂作为烧结助剂，其成分比例维持在三元 LiF - MgF₂ - CaF₂系统的共晶点。这一制备过程为后续研究提供了稳定的实验材料基础。

LiF 基陶瓷的烧结及物理性质

研究发现，不同样品（如 A、C、E、G）的体密度随烧结温度变化。在约 600°C 时，所有样品的密度均达到最大值，且体密度均超过 95%。从扫描电子显微镜（SEM）图像可见，以样品 E 为代表，陶瓷样品内的空隙尺寸小于几微米。当向样品 E 中添加硼或钆后，进一步探究其对陶瓷性能的影响，为优化材料性能提供了依据。

研究结论

在这项研究中，研究人员成功开发出 LiF 基氟化物陶瓷，并制备出尺寸为 15 cm×15 cm×5 cm 的陶瓷片。含有 0.5 wt.% ¹⁰B 的 70 wt.% LiF 三元陶瓷 5 cm 厚板，对热中子的屏蔽性能约为 50 wt.% LiF - 聚乙烯复合材料的两倍。这一成果为减小设备屏蔽层尺寸提供了可行方案，有望在 BNCT 设施中广泛应用，提升治疗效果，降低患者受到的辐射风险，推动 BNCT 技术朝着更安全、高效的方向发展。同时，研究人员提出的利用 LiF 基陶瓷珠和聚乙烯珠制成的可变形状夹具，也为屏蔽照射端口和患者之间泄漏的中子提供了新的思路，部分夹具模型在模拟中展现出良好的屏蔽性能，对热中子和快中子的屏蔽效果显著，虽然 γ 射线剂量率有所增加，但仍在可研究和优化的范围内。

综上所述，该研究开发的 LiF 基陶瓷在 BNCT 中子屏蔽领域展现出巨大潜力。通过优化制备工艺和成分设计，有望进一步提升其屏蔽性能，同时合理设计夹具结构，更好地平衡对中子和 γ 射线的屏蔽效果，为 BNCT 临床应用的安全性和有效性提供坚实保障，助力癌症治疗技术的发展。