100 MeV质子降能材料的选择研究

降能器对于提升质子单粒子效应(SEE)地面模拟试验的效率具有重要意义,而降能材料的选择是降能器设计中的首要问题。计算了100 MeV质子在4种常见降能材料铍、石墨、铝、铜中产生的能量岐离、角度岐离、中子本底以及感生放射性等对质子SEE地面模拟试验有影响的4个方面,其中感生放射性的计算中包含了降能过程在材料中产生的放射性核素种类、活度及残余剂量率。根据以上计算结果,并结合质子SEE地面模拟试验的要求,在降低相同的能量这一情况下,对4种材料作为100 MeV质子降能材料的适用性进行了分析比较,最终选择铝作为100 MeV质子的降能材料,并将应用在中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器的质子SEE地面模拟试验装置的降能器设计中。     

100 MeV质子降能材料的选择研究

降能器对于提升质子单粒子效应（SEE）地面模拟试验的效率具有重要意义,而降能材料的选择是降能器设计中的首要问题。计算了100 MeV质子在4种常见降能材料铍、石墨、铝、铜中产生的能量岐离、角度岐离、中子本底以及感生放射性等对质子SEE地面模拟试验有影响的4个方面,其中感生放射性的计算中包含了降能过程在材料中产生的放射性核素种类、活度及残余剂量率。根据以上计算结果,并结合质子SEE地面模拟试验的要求,在降低相同的能量这一情况下,对4种材料作为100 MeV质子降能材料的适用性进行了分析比较,最终选择铝作为100 MeV质子的降能材料,并将应用在中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器的质子SEE地面模拟试验装置的降能器设计中。     

质子在组织等效介质中能量沉积微观特性研究

为探讨质子在人体组织(或组织等效介质)中能量沉积微观特性，在对人体组织材料进行分析的基础上，确定水蒸气作为组织等效材料。利用蒙特卡罗粒子输运技术模拟质子在介质中的微观行为。通过计算数据分析可知，质子在介质中主要以小能量沉积事件(0-50eV)发生能量沉积，这些小能量沉积事件组成质子径迹。     

组织等效介质中质子产生的次级电子沿其径迹径向空间分布的研究

为探讨质子在人体组织(或组织等效介质)中能量沉积的微观特性,在对人体组织材料进行分析的基础上,确定了水蒸汽作为组织等效材料的合理性,利用蒙特卡罗方法模拟了质子在介质中的微观行为.通过对计算所得数据进行系统分析,得出质子在组织等效材料中能量沉积微观特性的一些规律与特点.质子在介质中主要把其能量交给电子,最后由电子完成其能量沉积过程,所有这些小能量沉积事件构成了质子在介质中的几何径迹.     

230 MeV超导回旋加速器降能器中子能谱模拟

正在质子治疗系统中,回旋加速器产生的质子能量为230 MeV,最大流强为1μA,但是在治疗终端需要的质子能量在230～70 MeV之间,因此需配套建设能量选择系统,以便获得能量连续可调的质子束流。降能器是能量选择系统的核心部件,质子穿过降能器时与降能器材料发生相互作用而损失能量,会产生较强的辐射场,其中中子辐射占主要地位,在辐射防护过程中对屏蔽外剂量贡献也主要由高能中子引起,因此在设计降能器时对中子能谱分布十分关注。为了获得较为详尽的中子能谱分布,采用蒙     

点源γ光子穿越特定形状屏蔽层的Monte Carlo计算与模拟

采用Monte Carlo方法对点源γ光子穿越球壳形屏蔽层的问题进行了蒙特卡罗计算与模拟,并用VC 编写了软件对光子运行过程进行模拟,通过对模拟结果7能谱的分析,显示模拟结果能较好的反映实际光子的运动过程.利用所编软件对不同材料不同厚度的介质进行模拟,可得出厚度为4cm的铅做介质对光子的屏蔽效果较好.     

点源γ光子穿越特定形状屏蔽层的Monte Carlo计算与模拟

采用Monte Carlo方法对点源γ光子穿越球壳形屏蔽层的问题进行了蒙特卡罗计算与模拟,并用VC 编写了软件对光子运行过程进行模拟,通过对模拟结果γ能谱的分析,显示模拟结果能较好地反映实际光子的运动过程。利用所编软件对不同材料不同厚度的介质进行模拟,可得出厚度为4cm的铅做介质对光子的屏蔽效果较好。     

MC法计算球形石墨空腔电离室电子平衡厚度

球形石墨空腔电离室室壁厚度研究,用MC(Monte Carlo)方法模拟计算不同能量γ辐射场电离室壁与空腔交界面达到电子平衡时的石墨壁厚。通过改变30 cm³球形石墨空腔电离室壁厚,计算腔内的能量沉积,得到在不同能量辐射场下能量沉积达到最大值时对应的壁厚。计算结果与国际¹³⁷Cs和⁶⁰Co基准电离室壁厚一定范围内一致。模拟结果可用于同类型的石墨空腔电离室设计,为不同能量辐射场中壁厚的设计提供参考。     

不同材料的中子透射Monte Carlo模拟计算

用Monte Carlo粒子输运计算程序(M-C程序)对入射能量从0.025 ev到20MeV的中子及入射厚度1-40cm的多种材料进行了中子透射性能计算.这些屏蔽材料有主体材料聚乙烯、水和混凝土、铁、铜,铅和聚乙烯.碳化硼复合材料,以及功能添加剂碳化硼和氧化钆.结果显示,随着材料厚度的增加,中子透射系数降低;同一种材...     

用质子弹散符合测量方法分析薄膜中氢分布的蒙特卡罗研究

本文从离子与物质相互作用的基本原理出发,用蒙特卡罗方法模拟了用质子弹性散射符合分析方法分析表面含氢的几组不同厚度的金属薄膜样品的实验,详细介绍了模拟过程中影响深度分辨率的多种因素,如束流能量、能损歧离、角度歧离等。本文基于2×1.7MV串列静电加速器可以提供的质子束能量范围,通过模拟计算得到用能量为1.5 Me V的质子束分析厚度为1~3微米的铝膜,深度分辨可以达到0.2微米。本文还给出了内部含氢的多层铝膜的模拟结果,表明此方法可以很好地分析薄膜内部氢元素的深度分布。     

质子在氮化镓中产生位移损伤的Geant4模拟

材料受到辐照时产生的位移损伤会导致其微观结构发生变化,从而使其某些使用性能退化,影响其使用效率,减短其使用寿命。利用Geant4模拟了质子在氮化镓中的输运过程,计算了1、10、100、500 MeV能量质子入射氮化镓材料产生的初级撞出原子的种类、能量信息及离位原子数。获得了10 MeV质子产生的位移缺陷分布;计算了4种能量质子入射氮化镓材料产生的非电离能量损失(NIEL);研究了质子产生位移损伤过程的影响要素。研究发现,入射质子能量对其在材料中产生的初级撞出原子的种类、能量、离位原子数等信息有着非常大的影响;单位厚度所沉积NIEL随着入射质子能量的增大而减小;10 MeV质子入射氮化镓所产生的离位原子数随入射深度的增加而增加,但在超出其射程范围以外有一巨大回落;能量并不是影响质子与氮化镓靶材料相互作用的唯一因素。     

基于HI-13串列加速器的中子源设计

正利用中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器,使用脉冲化的质子束,通过~7Li(p,n)~7Be反应,建立keV能区的中子源。HI-13串列加速器能提供的主频为6 MHz,脉冲宽度2ns,平均束流强度约1μA,稳定运行的最低端电压是3 MV。由于~7Li(p,n)~7Be反应阈值为1.881 MeV,在阈上附近截面最大,因此需使用降能片将入射质子能量降低至2 MeV以下。靶管的设计如图1所示,根据STRIM程序的计算结果,300μm厚度的Al片作为降能片能满足实验的要求。同时,为提高中子产额,采用厚Li靶(厚度1mm)的设计方案。     

铝基碳化硼材料10B面密度测试系统设计

设计了一种铝基碳化硼材料中¹⁰B面密度的测试系统。该系统采用球形³He正比计数器作为热中子探测器,以厚度为75 cm的高纯石墨慢化镅铍中子源后的出射中子作为实验源项。为屏蔽中子和γ射线,在慢化层外包裹有厚度为5 cm的含硼聚乙烯层和2 cm厚的铅层。设计了测量用准直系统,试验时,将面积大于探测器两倍的片状样品置于准直器前,测量有无样品时的探测器计数率,两者比较可得材料的热中子透射率。建立了标准样品的¹⁰B面密度与热中子透射率关系,采用对数插值的方法,通过测量待测样品的热中子透射率计算其¹⁰B面密度。实验测试结果表明,利用该系统可快速无损地测量材料中热中子吸收元素的面密度,且测量误差和测量不确定度都在合理的范围。     

氢化锆用于小型钠冷快堆屏蔽的初步研究

为减少小型钠冷快堆（SSFR）堆侧的屏蔽厚度,本文选择氢化锆作为SSFR堆侧的屏蔽材料。使用一维离散纵标法（ANISN程序）计算了氢化锆在SSFR堆芯区能谱下的屏蔽特性,并计算了堆侧采用氢化锆和碳化硼的屏蔽厚度。结果表明：与堆侧采用碳化硼和不锈钢屏蔽相比,采用氢化锆和碳化硼屏蔽（碳化硼所占体积比小于0.3）,屏蔽厚度减小了大约20%。氢化锆和碳化硼混合屏蔽材料具有很好的屏蔽性能,可减小SSFR堆侧的屏蔽厚度。     

氮化镓材料中质子输运过程的模拟

对入射能量为50keV~3MeV的质子在氮化镓(GaN)材料中的输运过程进行了Monte-Carlo模拟,得到垂直入射质子在GaN材料中的输运情况、质子与晶格原子作用产生的空位分布特征。模拟结果表明：在厚度固定（3.5μm）的GaN材料中,当入射能量小于300keV时,质子束横向扩展明显,入射离子全部被阻止在材料中;随着入射能量增大,质子束横向扩展减弱,离子穿透几率增大,当能量大于500keV时,入射离子几乎全部从材料中穿出。     

不同材料中子反射与屏蔽效应研究

利用Monte Carlo粒子输运计算程序Super MC对厚度1-5 cm的多种材料进行中子反射和屏蔽性能分析计算。这些材料包括金属材料铍、铅、铜、含硼钢以及~(238)U和非金属材料聚乙烯、氢化锂、混凝土,中子能段选取10~(-5) e V-20 MeV。结果显示,中子反射能力和屏蔽性能都会随着材料厚度而增加,但增加的幅度逐渐减小。铍和聚乙烯在中子反射和屏蔽方面性能优越,而常用来屏蔽γ射线的铅在这两方面性能都是8种材料中最差的。~(238)U只在材料厚度很小时性能卓著,随着材料厚度增加,其性能便远不如大部分材料。考虑到聚乙烯的力学性能较差,在屏蔽材料的选择上有很大的限制,所以在8种材料中,铍的综合性能相对较好。     

C276合金质子辐照损伤模拟及活化分析

C276合金是先进核电站燃料元件包壳的候选材料之一。本工作采用TRIM程序分别计算10和20MeV质子辐照C276所产生的辐照损伤,比较分析能损、离位原子、DPA等参数分布。同时使用FISPACT-2007程序进行活化计算,对放射性活度、衰变余热及接触剂量率等参数进行了详细分析。结果表明：辐照损伤主要来自电子能损的贡献,高能质子与靶原子发生碰撞的几率较低。C276经同种能量质子辐照后,活化特性随着辐照时间的增长而增加。辐照时间相同时,高能质子会对材料产生更大的影响。本工作为后续的辐照损伤分子动力学模拟及计划开展的质子辐照实验提供支持。     

InGaAsP器件质子位移损伤等效性研究

对基于非电离能量损耗（NIEL）的位移损伤等效性研究方法进行了讨论,计算了不同能量质子在InGaAsP材料中的NIEL。利用解析方法对库仑散射引起的NIEL进行了计算,分析了不同库仑散射模型的适用范围,并利用Monte-Carlo方法对核反应引起的NIEL进行了计算。以InGaAsP多量子阱激光二极管为研究对象,开展了4、5和8 MeV质子辐照实验,获得了激光二极管的阈值电流损伤系数。研究结果表明：实验用不同能量质子辐射环境下的阈值电流损伤系数测试结果与NIEL理论计算结果之间呈线性关系。     

高密度B4C/Al中子屏蔽材料的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法,运用MCNP4C程序对能量为0.5–2MeV的中子及碳化硼含量为5%–15%、入射厚度为3–15cm的高密度B4C/Al复合材料进行中子透射性能计算。结果表明:碳化硼含量与透射系数呈一次线性下降关系,且透射系数下降幅度较小;中子能量升高,透射系数呈现起伏性,比如0.8MeV的中子比0.5MeV的中子透射系数要小;材料对能量为0.5MeV、0.8MeV、和1.2MeV的中子屏蔽效果较好;材料厚度与透射系数呈指数下降关系,且透射系数下降幅度较大,当材料厚度在13cm以上时,材料的屏蔽性能在90%以上。     

加速器制备68Ge产额计算方法

⁶⁸Ga是最具临床应用价值的金属正电子核素之一,通过⁶⁸Ge/⁶⁸Ga发生器生产⁶⁸Ga是一种比较便捷的方式,而母体核素⁶⁸Ge主要由加速器生产,其中使用较多的一种生产方式是通过质子辐照Ga-Ni合金靶件获得⁶⁸Ge。准确模拟⁶⁸Ge产额,对于Ga-Ni合金靶件制备、加速器辐照方案选择和生产准备均有重要意义。本研究提出了一种基于蒙特卡罗方法的加速器生产⁶⁸Ge的理论产额计算方法,计算了不同条件下质子束流轰击Ga-Ni合金靶件的能量损耗和⁶⁸Ge理论产额,并通过加速器辐照实验验证了计算结果的可靠性。相关结果可为不同能量质子束流辐照条件下的Ga-Ni合金厚度设计提供参考,对实验结果具有指导意义。