蒙特卡罗方法在乏燃料运输容器屏蔽中的应用

本文主要应用蒙特卡罗方法进行了屏蔽计算的研究.在开展蒙特卡罗方法的实际应用中,对大亚湾第一炉换料乏燃料运输容器进行了屏蔽计算.源项应用ORIGEN-Ⅱ程序的计算结果,应用MCNP程序对乏燃料运输容器(STC)进行屏蔽计算,并将计算结果与实测值进行了比较分析.考虑到今后可能会运输更高燃耗的乏燃料,本文对这类乏燃料的运输也进行了计算.     

SCALE5.1程序系统中蒙特卡罗方法模块与离散纵坐标模块在乏燃料运输容器屏蔽计算中的比较分析

以某型乏燃料运输容器为计算模型,分别利用SCALE5.1程序系统中的一维离散纵标法程序和三维蒙特卡罗方法程序对运输容器进行了屏蔽计算,计算结果表明,两种方法的总当量剂量率结果相对偏差在10%以内。最后对两个模块的应用特点及差异进行了比较分析,为其在乏燃料容器屏蔽计算中的应用提供参考。     

乏燃料干式贮存设施辐射屏蔽计算

以干式贮存设施内部装载32组不同初始富集度、不同燃耗的乏燃料组件为研究对象,用MCNP程序,计算了不同冷却时间、不同位置处的中子剂量、γ剂量和总剂量,结果表明,随着冷却时间的延长,γ剂量率、中子剂量率和总的剂量率均在逐步减小。总的辐射剂量最大值出现在贮存设施表面活性段的中部,最大辐射剂量率约为2.47mSv/h,相当于核电厂辐射分区的高辐射区,应限制进入。为满足保护工作人员和公众所受剂量尽量低的要求,建议采取相关的措施例如增加屏蔽层厚度或者划定控制区域等,限制人员的进入。     

乏燃料干法贮存容器屏蔽性能研究

乏燃料干法贮存容器的屏蔽设计是关系到乏燃料干法贮存设施辐射安全的重要影响因素。以我国自主研发的乏燃料干法贮存容器为对象，重点围绕屏蔽性能目标的合理确定、屏蔽计算方法、计算假设的选择以及计算结果的分析等多方面展开研究。计算分析表明，自主研发的的乏燃料干法贮存容器的屏蔽性能良好，满足辐射安全要求。      

田湾核电站乏燃料干式贮存临界安全计算研究

以CASTOR 1000/19干式贮存容器装载田湾核电站六角形乏燃料组件为例,研究六角形乏燃料干式贮存的临界安全问题。基于新燃料假设,应用MONK9A程序对贮存容器满装载乏燃料进行不同工况下k_eff的计算。计算结果表明：正常工况下,k_eff远小于临界安全限值,是临界安全的;事故工况下,当²³⁵U富集度大于3.15%时,系统存在临界安全风险,须减少乏燃料装载量来确保临界安全。考虑燃耗信任制后,采用相同的模型计算得出贮存容器满装载的参考装载曲线,按此曲线要求装载能确保所有工况下的系统临界安全。采用燃耗信任制技术提高了贮存容器的利用率。该研究可为田湾核电站采用乏燃料干式贮存方案提供依据。     

乏燃料运输容器二维辐射屏蔽优化分析

智能辐射屏蔽优化设计软件平台是基于遗传算法程序和一维离散纵标程序ANISN而开发的一维多目标屏蔽优化程序。使用该程序对乏燃料运输容器进行辐射屏蔽优化设计,构建了乏燃料运输容器多目标优化辐射屏蔽设计的计算模型,对乏燃料运输容器重量和外部剂量率进行了优化计算,并使用蒙特卡罗程序MCNP/4C进行校核计算。优化后乏燃料运输容器重量为原来的81.1%,剂量率下降到原来的65.4%以下。该程序计算结果与MCNP/4C校核计算结果最大偏差小于5%。计算结果证明了优化设计方案的可行性并验证了该程序计算的正确性。     

乏燃料运输容器屏蔽性能检测技术

我国放射性物质运输安全监管的一项重要内容是对运输容器进行辐射屏蔽性能检测,确保其满足《放射性物质安全运输规程》的要求。在实际对乏燃料运输容器进行辐射屏蔽性能检测时反映出了一些尚需解决的问题和难点,如中子辐射水平测量的可靠性,表面中子辐射水平的准确测量等。本文主要针对乏燃料运输容器屏蔽性能检测中涉及的中子辐射水平测量可靠性开展相关研究。通过分析比较不同类型测量仪器的测量结果,结合乏燃料运输容器外部辐射水平的模拟计算结果,提出优化乏燃料运输容器屏蔽性能检测技术的建议,为技术的完善和乏燃料运输管理工作提供借鉴。     

某型乏燃料运输容器中子辐射屏蔽性能检测

中子辐射水平测量的可靠性是辐射屏蔽性能检测的难点。本文采用便携式中子测量仪和多球谱仪对某型乏燃料运输货包外部中子辐射水平进行了测量,并基于SCALE程序计算得到的乏燃料中子源项,采用MCNP程序模拟计算得到货包外部中子辐射水平。对测量结果和计算结果进行比较,分析相关影响因素,提出了优化测量方案的建议。     

乏燃料干式贮存设施临界计算研究

以HI-STORM 100乏燃料干式贮存设施内部装载AFA-3G燃料组件为研究对象,用MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)4C程序,通过改变贮存设施内外的水密度,采用新燃料假设对不同工况下的临界安全进行研究。结果表明,在正常工况下,keff远低于0.93,是临界安全的。在事故工况下,当水密度大于0.8 g·cm-3时,存在临界安全问题。然后选取适当的核素,通过使用ORIGEN-ARP程序,得到不同燃耗下核素的组成,在同一模型下考虑燃耗信任制,对干式贮存设施的临界安全进行研究。在此基础上,给出了乏燃料干式贮存设施临界安全工作的相关建议。     

Monte Carlo模拟研究γ射线密度计的辐射剂量场

辐射防护是核技术应用的一个重要方面.本文以γ射线密度计为例,介绍了Monte Carlo方法在辐射防护设计中的应用.我们根据实际系统建立模型,在此基础上模拟了1600型挖泥船γ射线密度测量系统周围环境的泄漏辐射剂量场,为系统的防护设计提供理论指导.研究结果表明,在正常工作状态下,1600型γ射线密度测量系统的安全性达到了国家标准的要求.在管道吸空时辐射泄漏较严重,最严重的地方位于以探测器为中心、半径小于5 cm的小块区域内.在此区域外泄漏的辐射急剧减少,25 cm远处下降到国家标准规定的允许上限值.进一步的研究表明,在探测器后面增加一块半径为25 cm、厚度为7 cm的钢板将提供安全的辐射防护.     

Photoneutron production and backscattering in high density concretes used for radiation therapy shielding

In the current study, the effect of high density concretes on photoneutron productions in radiation therapy was studied using Monte Carlo simulations. The photon and neutron spectra of an 18 MeV photon beam of the Varian linac head were used for all simulations. Ordinary and five high density concretes made of high density elements were simulated. The studied concretes consisted of Magnetite, Datolite–Galena, Magnetite–Steel, Limonite–Steel, and Serpentine. Our results showed that photoneutron production in these concretes strongly depends on their composition. It appears that the application of high density elements with higher probability for photoneutron production, such as Fe and Pb, increases the photoneutron production in concrete walls of radiation therapy bunkers. Further studies on the effect of concrete composition on photoneutrons in radiation therapy room are recommended.     

Progress and prospects of calculation methods for radiation shielding

Progress in calculation methods for radiation shielding are reviewed based on the activities of research committees related to radiation shielding fields established in the Atomic Energy Society of Japan. A technological roadmap for the field of radiation shielding; progress and prospects for specific shielding calculation methods such as the Monte Carlo, discrete ordinate Sn transport, and simplified methods; and shielding experiments used to validate calculation methods are presented in this paper.     

Cost comparisons of wet and dry interim storage facilities for PWR spent nuclear fuel in Korea

As a part of an effort to determine the ideal storage solution for pressurized water reactor (PWR) spent nuclear fuel, a cost assessment was performed to better quantify the competitiveness of several storage types. Several storage solutions were chosen for comparison, including three dry storage concepts and a wet storage concept. The net present value (NPV) and the levelized unit cost (LUC) of each solution were calculated, taking into consideration established scenarios and facility size. Wet storage was calculated to be the most expensive solution for a 1700 MTU facility, and metal cask storage marked the highest cost for a 5000 MTU facility. Sensitivity analyses on discount rate, metal cask price, operation and maintenance cost, and facility size revealed that the system price is the most decisive factor affecting competitiveness among the storage types.     

基于蒙特卡罗方法的航空机组人员辐射剂量评估北大核心CSCD

采用辐射仿真人体面元模型和数字化飞机模型,基于蒙特卡罗方法开展了航空机组人员的航空辐射剂量研究。选取昆明至北京航线为例,评估了航空机组人员在该航线飞行时受到的航空辐射有效剂量率,分析了人体参数对航空辐射有效剂量率的影响,并探索了航线参数变化时机组人员受到的航空辐射有效剂量率的变化。结果表明,机组人员在昆明至北京航线受到的航空辐射有效剂量率为2.114μSv/h,基于中国人参考生理特征的体模和高加索人体参数体模的有效剂量率评估结果差异为25.3%;航线参数中航线的高度是最主要的影响因素,14 km飞行高度的航空辐射有效剂量率达到10 km高度时的1.8倍,同时,航线纬度升高时,机组人员受到的航空辐射有效剂量率也会产生显著的提升。该研究对航空机组人员的辐射剂量评估具有一定的参考和指导意义。     

乏燃料操作大厅的剂量场随屏蔽水位的变化研究

在乏燃料水池完全丧失冷却能力和补水的事故工况下,压水堆核电厂乏燃料操作大厅内的剂量率将随着乏燃料水池水位的降低逐渐升高。本文以一典型压水堆核电厂的乏燃料水池为研究对象,采用QAD-CGGP程序,计算并分析了乏燃料操作大厅内的剂量场分布及其随水位的变化规律。计算结果表明:(1)在3.786～7.736 m水层厚度范围内,操作平台处的剂量率随水层厚度的变化不明显;(2)乏燃料水池上方的剂量率峰值位于高密格架区域上方;(3)在3.436～4.736 m水层厚度范围内,乏燃料水池上方的剂量率峰值在0.914～288 μSv/h范围内变化,并随着屏蔽水层厚度的减小呈指数递增趋势,且操作平台处剂量点的剂量率均满足乏燃料操作大厅辐射分区要求;(4)满足乏燃料操作大厅辐射分区要求所需的最低水位为+15.77 m。     

M-C simulation of shielding effects of PE, LiH and graphite fibers under 1 MeV electrons and 20 MeV protons

Shield/rig effects of different materials under 1 MeV electron and 20 MeV proton beams were simulated with Geant4 code. It was found that shielding effects of polyethylene and graphite fibers are much better than aluminum. Energy depositions in the phantom shielded by the materials are calculated, with the least energy deposition by graphite fiber shielding. The results show that graphite fibers are good radiation shielding material in space programs. Key words Monte Carlo method, Radiation shield, Shielding materials