大型单板源Co-60辐照装置的排源方法和实践

本文详细论述了中金辐照成都有限公司BFT-IV辐照装置第二次加源所用排源方案的设计方法和过程。通过理论公式计算该辐照装置源架16个模件的活度占总活度的最优化比例,将新采购的放射源按此比例分为16个小组,装入源架对应模件中,模件内部源棒由人工以均匀方式布置。利用MCNP_4C软件建立辐照装置数学模型,计算剂量分布,用第一次加源后的剂量场分布测试结果验证MCNP模型的有效性。分别计算因人工排列不同形成的多个排源方案的剂量分布,选取最优的排源方案装源。装源后进行剂量分布测试,对于0.1g·cm–3的产品,射线利用率16.7%,辐照箱吸收剂量最大不均度为1.36,优于第一次加源后的剂量分布测试结果,证明排源方法及方案合理有效。     

10 MeV工业辐照电子加速器GEANT4计算和工艺界面软件开发

利用GEANT4蒙特卡罗软件程序包,建立了10 MeV工业辐照电子加速器数学模型,并模拟计算了不同密度下均质产品剂量分布数据。结合Qt界面设计开发平台,对模拟数据进行C++编程计算,获得了各种产品密度、不同厚度单双面辐照剂量分布图及辐照不均匀度等参数。同时,利用Qt将产品辐照剂量与束下装置传送速度计算、日常工艺管理和剂量场分布数据绘图等功能界面化,研制了辐照工艺界面软件。经过产品剂量分布测试实验和对行业研究结果比较,验证了GEANT4模拟计算结果和工艺软件准确性。实验表明：计算和测试结果具有很好的吻合性。辐照工艺界面软件可以快速显示产品辐照效果及计算传送速度等主要工艺参数,为产品辐照工艺设计提供了有力工具。     

MCNP5模拟钴-60辐照装置产品吸收剂量的研究

根据某单位钴-60工业辐照装置的特点,以双板钴源源架中心为坐标原点,采用蒙特卡罗软件MCNP5建立更接近实际的辐照模型。模拟空气参考面的吸收剂量分布以验证排源方案。模拟计算不同对辐照箱(8对、16对、24对、48对)在不同悬挂链速度情况下单个辐照箱内产品的平均吸收剂量,并与实验测量值进行对比。结果表明,模拟值与实验测量值的平均相对偏差小于10%。MCNP5建立的辐照模型以及模拟计算结果具有很好的符合性并且可信,能反映辐照箱中产品的剂量分布情况,对实际工作和研究具有指导意义。     

电子束辐照加工产品剂量分布预测方法与验证

为快速获得产品被辐照的剂量分布情况,本研究将探测技术和模拟计算方法相结合,利用蒙特卡罗模拟计算与X射线质量厚度探测设备得到的质量厚度值做匹配,建立了电子束辐照加工产品的剂量分布预测方法,采用均质材料和实际产品实测剂量分布对该方法进行验证,并在电子束辐照加工厂进行了中试适用性研究。结果证明：对于均质材料,该方法测量的质量厚度与标称值误差为+2.66%,并且预测的剂量分布结果与实际测量的剂量分布相关性较好;对于实际产品,预测与实测结果的趋势和分布也基本一致,证明了该方法的可靠性;中试适用性研究证明,该方法对实际生产过程具有很好的指导性和实用性,能够提高电子束辐照加工厂的生产效率。     

MCNP5模拟钴-60辐照装置产品吸收剂量的研究

根据某单位钴-60工业辐照装置的特点,以双板钴源源架中心为坐标原点,采用蒙特卡罗软件MCNP5建立更接近实际的辐照模型。模拟空气参考面的吸收剂量分布以验证排源方案。模拟计算不同对辐照箱（8对、16对、24对、48对）在不同悬挂链速度情况下单个辐照箱内产品的平均吸收剂量,并与实验测量值进行对比。结果表明,模拟值与实验测量值的平均相对偏差小于10%。MCNP5建立的辐照模型以及模拟计算结果具有很好的符合性并且可信,能反映辐照箱中产品的剂量分布情况,对实际工作和研究具有指导意义。     

上海辐射中心钴源装置剂量场计算

本文用γ辐照装置剂量场计算简化模型计算了上海辐射中心γ辐照装置剂量场分布,并与实测值进行了比较。计算和测量了辐照产品箱内累积最大和最小吸收剂量、均匀性等参数,介质为空气时符合较好,辐照产品为马铃薯时在10％以内符合。同时也给出了辐照产品为马铃薯时的产量和源利用率的计算值和实测值。     

~(60)Coγ射线辐照食品的工艺优化

为了提高60Coγ放射源的辐照加工能力及灭菌效果,同时保证辐照食品的质量,选择不同的堆码厚度和辐照箱结构为工艺参数,对不同密度的食品辐照吸收剂量及其不均匀度进行了测量和分析。结果表明:空间剂量场分布是以源板中心为对称点,上下对称分布,中心吸收剂量最高,距离中心越远吸收剂量越低,呈现不均匀状态;相同密度的产品堆码厚度越大,其不均匀度越高,堆码厚度对密度低的产品影响不明显;结合空场剂量分布点情况,不均匀度大于1.4时,主要矛盾转换成堆码厚度的影响,外侧和中心面的不均匀性占主要因素,此时要提高射线利用率,对于密度小于0.36 g/cm~3的产品是否减薄装载,要权衡最低剂量和装载量,对于大于0.36 g/cm~3的产品可以考虑用减薄代替平铺;对于密度为0.30 g/cm~3的产品,底部垫高5 cm的辐照箱辐照场的空间分布优于其底部打孔,并且辐照箱垫高、打孔与原辐照箱的γ射线利用率相比较分别提高了8.26%和8.30%。因此,可以考虑对装载量及辐照箱结构改造来降低食品最低吸收剂量,提高食品辐照过程中γ射线的能量利用率和辐照生产效率。     

γ辐照加工用新型工作模体设计研究

本文研究设计了一种用于获取γ辐照装置辐射场和货物剂量场真实分布的新型工作模体。基于真实γ辐照装置参数构建了有效可用的模拟辐射场,提出了新型工作模体的结构和填料设计方法。采用蒙特卡罗方法和随机填充方法（RCS）模拟计算剂量计套管材料与壁厚、填料小球尺寸、空心填料小球尺寸与壁厚、小球填充方式等影响模体剂量学性能的主要因素的分布规律。在满足计算置信度的前提下,参数优化取值范围为：套管采用壁厚为3~5 mm的铝管,对辐射场干扰不超过4.372 23%;填料选择外径为1~4 cm、壁厚为1.1~11.5 mm、材料等效性好、货物密度模拟范围为0.1~0.5 g/cm³的聚丙烯小球,对辐射场干扰不超过9.998 44%;均匀填充和随机填充模式对辐射场干扰基本持平,且均不超过10%。结果表明,当前设计可行有效,投入低、兼顾参数多且量程更宽,适合推广应用。     

茶叶堆码辐照工艺研究

研究了茶叶堆码辐照工艺,测定了产品箱中的辐照吸收剂量、剂量不均匀度,结果表明,对于花蓝结构的辐照装置,必须控制好辐照产品箱的前后翻身,上下对调,不均匀度可控制在 μ<2 以内。测定分析了茶多酚、氨基酸总量与吸收剂量的关系,提出了茶叶辐照剂量为 3—6kGy。     

贫化铀球装置内的~(238)U(n,2n)反应率实验研究

采用两套不同尺寸的贫化铀球装置开展了装置内部的238 U(n,2n)反应率实验研究,利用PD-300加速器D-T中子源辐照实验装置,源强变化采用伴随粒子法监测,238 U圆片放置在实验装置的45°孔道内,分布在距中子源不同距离处,辐照结束后,采用HPGe探测器测量238 U圆片活化γ射线。实验结果与蒙特卡罗程序模拟计算结果进行了比较和分析。结果表明,238 U(n,2n)反应率实验结果与模拟计算值较吻合,238 U(n,2n)反应率随球体半径r的增加,近似服从e-ar/r2分布规律。     

上海辐射中心钴源装置启用剂量测量

用硫酸亚铁水溶液化学剂量计测量上海辐射中心钴源装置启用剂量。研究动态辐照条件下空载集装箱和输液器、马铃薯等二种产品集装箱的剂量分布,并给出分布图。测得空载集装箱及上述两种产品集装箱的剂量均匀度依次为1.27±0.04、1.32±0.04、1.71±0.06,并发现可用产品在箱体中堆积密度ρ(kg/m~3)粗略地估计该值:U_1=1.39×10~(-4)ρ+1.26。确定传输链速度(v,m/min)与辐照产品接受的剂量D_(min)(Gy)之间的函数关系:D_(min)=A+m1/V;找到m值(Gy·m·min~(-1))与ρ大致关系的经验表达式:m=1875 e~(-9.55×10-4ρ)。测量辐照场1/8空间剂量率分布,并给出其二维分布图。     

利用X射线成像技术对辐照加工产品质量厚度的检测与验证

为快速获得产品质量厚度和预判剂量分布,利用X射线检测成像技术,开发了电子束辐照加工产品质量厚度检测方法并进行了验证。采用4种标准模块(铝片、铝阶梯块、聚甲基丙烯酸甲酯片和聚甲基丙烯酸甲酯阶梯块)进行检测方法开发和优化,采用不同厚度的均质材料(水和小米)对优化后的方法进行验证分析,并将本方法应用于两种实际产品的质量厚度检测。结果表明,在质量厚度大于1.0 g/cm2时,利用本检测方法得到的标准模块和均质材料的质量厚度测量值与各自的质量厚度标称值的误差均小于5%,证实了该方法的可靠性。实际产品的应用结果表明,本方法能够清晰地给出实际产品的质量厚度值及其分布情况,对于产品实际剂量分布测量及辐照工艺方案制定具有指导意义。     

60Co辐照装置剂量场均匀性的优化设计

采用蒙特卡罗方法和MATLAB(Matrix Laboratory)程序对由576根钴源构成的辐照装置中剂量场均匀性进行优化设计.首先将程序计算结果与实验测量进行比较,接着对程序设置3200个计算点计算了辐照装置的剂量场分布;剂量场均匀性计算中,不断地改变钴源棒位置并不断计算空间平面剂量场.计算结果发现,程序计算值与实验测量值较为一致,经调整后装置的空间剂量均匀度显著提高,使得辐照装置的能量使用率大大提高.     

MCNP模拟钴-60辐照装置空间剂量场

为模拟辐照室中辐照工位外的周围空间剂量场分布,采用蒙特卡罗粒子输运程序MCNP建立钴-60辐照装置模型。以单板源架中心点为坐标原点的笛卡尔坐标系,考虑钴-60源的γ射线非自吸收和自吸收两种情况,研究坐标轴方向上每隔10 cm间距的空气平面的剂量率和坐标轴上剂量率的变化规律。结果表明,辐照室中辐照产品占满辐照工位的情况下,周围空间剂量场空气面剂量率整体较小;单板源架中心坐标轴上的剂量率变化规律更符合二项式拟合函数。在钴-60源γ射线自吸收情况下,单板源架端面坐标轴附近的空气面剂量率明显偏小,且随着空气面远离单板源架,空气面上的高剂量率区域向两侧移动;在钴-60源γ射线非自吸收情况下,单板源架端面处的空气面高剂量区域始终位于坐标轴附近。MCNP理论模拟计算分析对于利用钴-60辐照装置辐照工位外的周围空间剂量场具有重要的实际指导意义。     

CaF2:Mn(TLD-400)热压片的高剂量响应特性

利用⁶⁰Co γ辐照装置研究了CaF₂:Mn(TLD-400)热压片在高剂量水平的热释光响应性能,获得了CaF₂:Mn热压片高剂量响应新曲线。研究结果表明：发光曲线由一个复合峰构成,复合峰形状与辐照剂量密切相关;采用动态布点和慢加热速率获得了1～3 500 Gy范围高精度剂量响应曲线,由γ响应灵敏度相差近5倍的两段线性区域(1～500 Gy、500～2 200 Gy)和一段饱和区域(2 200～3 500 Gy)构成,响应饱和前未出现亚线性或超线性响应区域,此响应特点未见相关报道;饱和剂量阈值为2 200 Gy,小于厂商标称测量上限2 600 Gy; CaF₂:Mn热压片受到饱和剂量辐照后发光强度下降3%～9%,高温退火无法恢复其性能,表明γ辐照损伤已出现,损伤剂量阈值约3 000 Gy。本文研究结果为γ总剂量效应模拟实验中电子器件辐射剂量测量提供了重要参考。     

60Coγ辐射剂量场分布理论计算的计算机程序开发

钴源辐照装置的剂量场分布对提高射线利用率和产品辐照质量至关重要，利用Visual Basic编制了辐射剂量场分布计算程序。程序将计算、排源及参数调整独立分开，操作简便，主要适用于3层排列板源结构。程序经过用于本中心板源，辐射剂量场分布的计算结果基本反映了辐射剂量场的实际分布。     

点核积分计算6711型~(125)I籽粒源剂量参数

使用点核积分方法计算6711型~(125)I籽粒源参数,根据美国医学物理学家协会(American Association of Physicists in Medicine,AAPM)TG-43U1号报告推荐的剂量参数计算公式,可以获得6711型~(125)I籽粒源各参数。与AAPM TG-43U1推荐值比较,剂量常数相差6.76%,径向剂量函数值(不包括0.1 cm、0.15 cm、0.25 cm)最大相差2.27%,最小相差0.02%;与MCNP5(A General N-Particle Transport Code,Version 5)方法计算结果比较,剂量常数相差6.19%,径向剂量函数值(不包括0.1 cm、0.15 cm、0.25 cm)最大相差6.65%,最小相差0.06%。结果与推荐值符合较好,证明点核积分能够应用于籽粒源剂量参数计算。     

HFETR辐照石墨材料中子注量验证试验

钍基熔盐堆石墨材料辐照考验目标为:中子注量为5×10~(20)cm~(-2)(±15%)(E>0.1 Me V),堆内辐照试验温度650℃(允许偏差±50℃)。为了满足辐照考验要求,在高通量工程试验反应堆(HFETR)第92-I炉的K07孔道进行辐照验证试验。该验证试验辐照装置采用分段构成的型式,主要由辅助密封段、辐照试验段、气管组件3部分构成,辐照罐外围为去离子水,辐照罐内为惰性气体用于控制辐照试验温度。使用MCNP程序对各样品中子注量进行预示计算,同时在辐照装置阳面和阴面都布置了探测器进行中子注量测量。试验表明:在辐照试验过程中,在辐照装置调气系统最佳导热模式下辐照温度略高于上限700℃;利用MCNP程序预示计算中子注量结果为5.7×10~(20)cm~(-2)(E>0.1 Me V),而中子注量测量结果为4.83×10~(20)cm~(-2)(E>0.1 Me V),基本满足石墨材料辐照考验中子注量要求。     

3MeV硅离子辐照聚苯乙烯引起的化学改性

在室温下用 3MeV硅离子对聚苯乙烯薄膜进行了辐照注入 ,并对辐照后的样品进行了傅立叶转换红外反射光谱和紫外 /可见透射光谱的测量。测量结果显示 ,材料经 3× 10 13 ions/cm2 以上剂量辐照后 (即吸收剂量在约 4 5MGy以上时 )迅速降解 ,包括苯环在内的大部分特征官能团遭到破坏 ;与此同时 ,材料的光能隙随着剂量的增大逐渐减小 ,在辐照剂量达到 1× 10 14 ions/cm2 和 3× 10 14 ions/cm2 时 ,材料的光能隙分别由原来的 2 .7eV减小到 1.85eV和 1.2eV。     

多项式拟合法设定辐照灭菌剂量的研究

受传统方法精确度的限制,生产实践中辐照灭菌剂量的设定值往往超过产品的实际需要。多余的辐照剂量会对产品造成不必要的辐照损伤,同时也降低了辐照工厂的产能。本文通过理论研究证明,任一给定抗性分布的微生物种群存在一条非线性的"灭菌剂量曲线"。对于具有标准抗性分布(Standard distribution of resistances,SDR)的微生物种群,采用5种常用函数拟合其灭菌剂量曲线的结果表明,5次多项式函数的拟合程度最好。与传统使用线性函数拟合的方法相比,基于5次多项式函数拟合的灭菌剂量设定方法可以将所设定的灭菌剂量与理论值的偏差范围从-9.8%-123.1%缩小至-7.7%-1.9%。此方法可以在保证产品灭菌合格的基础上有效降低多余的辐照剂量。