电子辐照加速器屏蔽墙中预埋管道倾角对辐射防护性能影响的蒙特卡罗计算

电子辐照装置屏蔽墙中总存在一些较大口径的管道如辐照电缆传输孔道,这些管道的存在势必会降低屏蔽体的局部屏蔽能力。为定量评估管道对屏蔽效果的影响,本文以3 MeV电子辐照加速器为例,采用蒙特卡罗MCNP程序分别模拟计算了电子打靶以后产生的能谱中1 MeV以下和1 MeV以上不同单能光子入射同一屏蔽体时,管道以不同角度穿透屏蔽墙时管道出口处及屏蔽墙外辐射场分布;并比较了在不同墙厚下这两个能段对管道出口处辐射场的影响程度。计算结果表明:不同单能光子入射屏蔽体,在管道穿墙角度≥45°时,管道出口处辐射场变化不再明显,对于1 MeV以下的低能光子在墙外的透射辐射场基本可忽略,对于1 MeV以上的能量光子,其墙外光子透射辐射场随角度增大影响显著;随着墙厚增加,低能光子衰减越显著,高能光子在管道穿墙夹角设计中越占据了主导地位。     

联合国原子辐射效应科学委员会第51次会议

采用点核积分方法计算了广东大亚湾核电站周围建筑物对地面沉积源的屏蔽因子，计算中考虑了地面沉积源，外墙沉积源及顶沉积源对室内计算点剂量的贡献，还考虑了用0．5MeV,0.75MeV,1.25MeV三组能量光子分别代表软、中、硬三类光子。计算结果给出了一层尖顶建筑物，老式二层楼房，新式三层楼房和多层大型办公楼楼房对平面沉积源的屏蔽因子推荐值分别为0．22，0．15，0．10和0．03，文中对外墙厚度，门窗面积与外墙总面积之比例及光子能量对屏蔽因子的影响进行了讨论。     

广东大亚湾核电站周围建筑物辐射屏蔽因子的计算

采用点核积分方法计算了广东大亚湾核电站周围建筑物对地面沉积源的屏蔽因子，计算中考虑了地面沉积源，外墙沉积源及屋顶沉积源对室内计算点剂量的贡献，还考虑了用0．5MeV,0.75MeV,1.25MeV三组能量光子分别代表软、中、硬三类光子，计算结果给出了一层尖顶建筑物，老式二层楼房，新式三层楼房和多层大型办公楼房对平面沉积源的屏蔽因子推荐值分别为0．22，0．15，0．10和0．03，文中对外墙厚度，门窗面积与外墙总面积之比较及光子能量对屏蔽因子的影响进行了讨论。     

大亚湾地区建筑物辐射屏蔽因子的计算

采用点核积分技术计算了大亚湾地区建筑物对平面沉积源及飘过烟羽的屏蔽因子。计算中考虑了地面沉积源、外墙沉积源及屋顶沉积源对室内参考点剂量的贡献,还考虑了用0.5 MeV,0.75MeV和1.25 MeV三组能量光子分别代表软、中、硬三类光子。计算结果给出了一层、二层、新式三层及大型办公楼房对平面沉积源的屏蔽因子推荐值分别为0.22,0.15,0.10和0.03,对飘过烟羽的屏蔽因子推荐值分别为0.16,0.10,0.08和0.03。最后采用蒙特卡罗方法作了比较计算,并对外墙厚度、窗户面积比例及γ光子能量对屏蔽因子值的影响进行了讨论。     

不同能量光子辐照电缆响应规律研究

利用时域传输线(TL)方法计算了不同能量光子辐照同轴屏蔽电缆时的响应规律。计算结果表明：光子能量不同时,电缆介质层中沉积电荷分布不同导致电缆响应极性发生了变化;光子能量增大到一定值后,响应变化幅度很小;1MeV的单能电子经钽靶发生韧致辐射后在电缆上的瞬态辐照响应是前向电子和光子在电缆上响应的综合,两者在电缆上的电压响应均为负值,幅度差别在1.8倍以内;钽靶后面增加一定厚度的铝材料,可明显减小前向电子在电缆响应中的比例。     

AB-BNCT中子靶物理设计分析

质子加速器适用于为硼中子俘获治疗提供中子源,其中子源强及能谱较反应堆中子源更具可调性。中子靶物理计算分析是加速器中子源设计的基础,为其提供粒子能量、流强等参数需求分析,并为靶体结构尺寸设计、中子慢化和屏蔽分析等提供前端参数。本文利用MCNPX蒙特卡罗程序,通过对质子打靶的中子产额和能谱、靶体能量沉积、打靶后靶材放射性活度和中子出射空间角分布等进行研究,提出能量2.5 MeV质子轰击100～200 μm锂靶的设计,并用模拟计算数据论证其合理性。该设计中子源在1 mA流强质子轰击下,源强可达9.74×10¹¹ s^-1;拟设计15 mA、2.5 MeV质子束产生的中子源,在治疗过程中靶材放射性活度累积最大值约为1.44×10¹³ Bq。     

用于单粒子效应辐照实验的CYCIAE-100白光中子源研究

中子诱发单粒子效应会影响航空飞行器和地面核设施用电子器件的可靠性。基于质子加速器打靶产生的白光中子束是研究电子器件中子单粒子效应的重要中子源。通过开展辐照实验获取器件中子单粒子效应截面或阈值等信息,能够预测器件在中子辐射环境中的失效率,并为有针对性抗辐射加固提供数据支撑。中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器(CYCIAE-100)通过质子轰击W靶发生散裂反应可以产生具有连续能量的白光中子。本文基于核反应理论,采用蒙特卡罗方法模拟了100 MeV质子与W靶相互作用产生的中子的产额、能谱和角分布,模拟结果表明,平均1个100 MeV质子可以产生0.33个中子;中子能量范围为0～100 MeV,且随着能量的增加中子注量先增加后减小,峰值在1 MeV附近;沿质子束方向中子角分布具有轴对称性,且随着出射角的增加,中子注量先减小后增加,在90°时,中子注量最小。选取0°出射方向的中子束开展单粒子效应实验,采用基于双液闪探测器的中子飞行时间法测量白光中子能谱,获得了能量范围为3～100 MeV的中子能谱,且当质子束为100 MeV/1μA时,在距离W靶15 m处的中子注量率为3.3×10...     

AB-BNCT中子靶物理设计分析

质子加速器适用于为硼中子俘获治疗提供中子源,其中子源强及能谱较反应堆中子源更具可调性。中子靶物理计算分析是加速器中子源设计的基础,为其提供粒子能量、流强等参数需求分析,并为靶体结构尺寸设计、中子慢化和屏蔽分析等提供前端参数。本文利用MCNPX蒙特卡罗程序,通过对质子打靶的中子产额和能谱、靶体能量沉积、打靶后靶材放射性活度和中子出射空间角分布等进行研究,提出能量2.5 MeV质子轰击100～200μm锂靶的设计,并用模拟计算数据论证其合理性。该设计中子源在1 mA流强质子轰击下,源强可达9.74×10~(11) s~(-1);拟设计15 mA、2.5 MeV质子束产生的中子源,在治疗过程中靶材放射性活度累积最大值约为1.44×10~(13) Bq。     

可用一台ADS验证装置的150 MeV固态金属散裂中子靶的性质研究

对可以用于中国“加速器驱动洁净核能系统”的入射质子能量为150MeV,束流为3 mA的固态金属靶进行了研究。采用锥型几何结构作为靶的结构,材料选择钨,靶厚度为3 mm,对“靶-束窗”一体化结构进行了研究。研究了泄露中子产额和中子产额,泄露中子的能谱分布和空间分布,散裂碎片的分布以及能量沉积和辐射损伤。     

90Sr-90Y源衰变电子在空气介质中的径迹结构理论模拟

利用Monte-Carlo方法模拟了90Sr-90Y源衰变电子径迹及能谱分布,分析比较了源衰变电子与次级电子、轫致辐射光子能量分布和空间径迹结构的差异.模拟结果为90Sr-90Y源的辐射防护、屏蔽设计及其应用研究提供了相关理论参考.     

电子束与复合靶作用后辐射特性的数值模拟

建立了复合靶的蒙特卡罗粒子输运计算模型,以“闪光二号”加速器为电子束源,模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,研究了钽和聚乙烯组成的复合阳极靶对辐射X射线场的影响。模拟结果表明：随着钽厚度的增加,辐射X射线平均能量增大,能量转换效率先增大后减小;聚乙烯可明显减小辐射场中的电子份额。当钽和聚乙烯的厚度分别取20 μm、3 mm时,辐射场中平均光子能量为102.68 keV;光子总能量为88.62 J,远大于电子总能量0.02 J;X射线能量转换效率为0.57%。根据数值模拟结果和实验条件设计了复合靶,计算和测得的X射线平均能量分别为108和121 keV,二者符合得较好。     

一台2.5MeV电子辐照加速器系统的屏蔽

介绍了一台能量2．5MeV、流强40mA、功率100kW的电子辐照加速器系统的屏蔽设计。实际测量结果表明：屏蔽外的辐射水平低于国家标准规定的限值,设计是合理的。     

一种紧凑型星球表面反应堆辐射屏蔽初步设计

针对美国星球表面裂变能源(FSP)概念方案中的辐射屏蔽问题进行了数值模拟,提出一种更为紧凑的屏蔽体结构。参照FSP系统的堆芯参数,对堆芯进行了均匀化处理,得到堆芯泄漏能谱及泄漏中子与泄漏光子的平均能量,考察了相关屏蔽材料在此能量下的衰减系数,通过改变屏蔽体整体构型、屏蔽体内部材料排序方式及其厚度,设计出更为优化的屏蔽体。     

基于全装置蒙特卡罗模拟的超短超强激光装置光子剂量研究

为了准确评估激光装置靶室内、外的周围剂量当量分布情况，进一步验证剂量评估模型的合理性，利用蒙特卡罗程序FLUKA对激光靶室进行了全建模，基于现有电子源项理论模型以及XG-Ⅲ激光装置典型实验条件对靶室内外剂量情况进行了计算分析。为了更准确地测量光子周围剂量当量，需要对光子剂量测量组件进行设计，对不同能量区间电子对测量元件的总剂量贡献进行了模拟分析，在此基础上针对0～15 MeV区间电子的屏蔽进行了优化设计，最后对光子剂量测量组件的效果进行了模拟计算，并进行了设计优化。模拟结果表明靶室内、外电子周围剂量当量均高于光子剂量当量。激光靶室主观察窗内、外的电子与光子剂量水平相差约1个量级。相较于无屏蔽情况下，优化后的测量组件使电子剂量水平下降了99.7%,光子剂量水平仅衰减了30.9%,电子与光子的剂量比值约为0.12,总光子剂量中有5%是高能电子在PMMA中发生轫致辐射所贡献。模拟结果表明：经过对测量结果的合理修正，该组件可适用于强激光装置中靶室内的光子剂量测量。     

150 MeV加速器驱动的反应堆系统固态金属靶优化研究

对150MeV加速器驱动的反应堆系统的固态靶进行了优化，就靶的几何设计、靶中泄漏中子产额、泄漏中子能谱及靶中能量沉积问题进行了研究。提出了钨饼与水组成的组合靶的概念，在中子产额影响较小的情况下，较好地解决了固态靶散热问题。     

特快中子测量中探测器角度模拟与屏蔽条件实验研究

采用Geant4对100 Me V电子轰击Ta靶产生的中子和光子的能量和角度分布规律进行模拟研究,对特快中子和光子能量和数量的角度分布情况比较分析,确定了探测器的探测角度;结合中子能量测量原理与实验现场实际情况,确定了探测位置。在基础铅屏蔽条件下,对比不同厚度前向屏蔽铅的光子脉冲宽度分布,确定了特快中子能谱测量的最佳屏蔽铅条件。     

强激光与固体靶相互作用所致硬X射线剂量和能谱的实验测量

为了研究强激光与固体靶相互作用产生的电离辐射危害,本文在星光Ⅲ300TW强激光装置上开展了一系列激光打靶实验。实验使用的激光功率密度为5×10~(18)~4×10~(19)W/cm~2,激光脉冲能量为60~153J,靶为直径1mm、厚度1mm的Ta圆柱,本文分别对X射线剂量、X射线能谱和超热电子能谱进行了测量。实验结果表明,测量到的单发最大X射线剂量约为16.8mSv,靠近激光传播方向(0°),距靶50cm处;激光0°方向的X射线剂量随激光功率密度的增加而显著增加,激光90°方向的X射线剂量随激光功率密度的变化相对较小;测量到的X射线能谱可大致用含有两个X射线温度的指数分布函数描述,其中0°方向测量到的X射线温度为0.4~1.15 MeV,90°方向测量到的X射线温度为0.25~0.54 MeV;实测超热电子温度与Wilks定标率符合较好。     

ADS中液态铅铋靶流动管道屏蔽计算

对于具有独立回路冷却液态铅铋(Liquid Lead-bismuth Eutectic,LBE)散裂靶的加速器驱动的次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS),高能质子束流辐照靶体产生的散裂产物进入管道后,会持续释放光子,会对靠近流动管道的工作人员造成辐射损伤。本文利用高能粒子输运程序Fluka计算散裂靶的散裂产物累积产额,然后利用放射性衰变计算程序Origen2计算散裂产物释放的光子强度及分群能谱,最后利用Fluka进行流动管道内光子源项的屏蔽计算。对一种典型的Y型LBE有窗靶进行的流动管道屏蔽计算结果表明,参照GB18871-2002职业性放射性工作人员年剂量当量限值20 m Sv的标准,若使用铅作为屏蔽材料,流动管道的管壁应该加厚20 cm。本文工作可为ADS系统LBE有窗靶的回路屏蔽设计提供参考。     

基于蒙特卡罗方法对光子束剂量沉积核的研究

用蒙特卡罗的程序BEAMnrc模拟西门子加速器6 MV光子束,由BEAMdp子程序分析得到不同射野的能谱分布和平均能量,并建立相应模拟源(能谱源与单能源),由DOSXYZnrc子程序使用模拟源笔形束,在标准水模体中计算最大剂量深度处的剂量沉积核,以比较不同源对剂量沉积的影响。结果表明,不同射野下获得的能谱源对剂量沉积的差异较小,最大百分剂量差1.47%;使用平均能量的单能源剂量差别较大,最大达6.28%。而对于利用同一射野下能谱源和单能源计算的剂量核进行比较,最大百分剂量差在9%以上,甚至达到13.2%。由此可见,剂量沉积核具有光子能量依赖性,由于加速器产生的光子束是具有能谱分布的,只利用某一单能源来进行剂量计算会造成较大的误差,使用能谱源计算剂量沉积核会更为准确。     

工业电缆电子辐照加速器辐射防护评价

本文对衡阳某电缆公司的3.0 MeV电子加速器机房建设项目作辐射防护评价。按照防护评价要求以及机房设计情况,对机房项目的辐射源项进行了分析,对屏蔽的防护效果进行了计算。并对安全防护管理措施、联锁安全系统进行了评价。结合机房屏蔽设计评价计算和实际剂量率监测结果,电子辐照加速器机房屏蔽设计和辐射安全防护设施符合国家有关辐射防护规定的要求。