超短超强激光与固体靶相互作用所致X射线剂量实验研究

超短超强激光与固体靶相互作用可产生显著的X射线剂量,其辐射防护问题是辐射防护和激光等离子体物理的学科交叉问题,对超短超强激光装置安全运行至关重要。为验证清华大学所提出的剂量评估公式,对超短超强激光与固体靶作用所产生的X射线剂量开展了实验研究。设计了用于屏蔽靶室内超热电子和散射光子的屏蔽结构,仅测量超热电子和固体靶作用所产生的X射线剂量,并开展蒙特卡罗模拟评估其屏蔽效果。基于星光 Ⅲ激光装置对不同激光功率密度（7×1018~4×1019 W/cm2）下不同角度上的X射线剂量开展了实验测量,并与不同的剂量评估公式结果进行了比较分析,实验中还对不同剂量测量探测器的响应进行了比较。计算结果表明,所设计的屏蔽结构能很好地屏蔽超热电子和散射光子。实验结果表明,清华大学所提出的剂量评估公式较文献公式能更好地与实验结果吻合。随激光功率密度的增加,前向的X射线剂量较侧向增加得更快。     

15 MeV～3 GeV电子加速器90°方向光子源项研究

韧致辐射光子是电子加速器屏蔽设计中的重要源项。为研究90°方向光子源项特征以及靶体半径和厚度对90°方向光子源项的影响,采用蒙特卡罗程序MCNPX27对15 MeV～3 GeV电子束轰击铁靶后的辐射源项进行计算。分析了90°方向光子辐射剂量、光子能谱等源项随靶厚度和半径的变化。通过与0°方向光子源项以及靶体内级联电子沉积能量进行对比,进一步分析了90°方向的光子源项特点。结果表明,90°方向光子能量主要集中在10 MeV以内,光子能谱形状与入射电子能量关系较小。受级联电子在靶内能量沉积程度及靶体对光子自吸收的共同影响,靶体半径和厚度是影响90°方向光子源项的重要因素。在电子加速器的屏蔽设计中应考虑靶体尺寸差异所带来的影响,同时建议针对束流90°方向和0°方向光子源项的差异,对加速器辐射屏蔽和防护进行优化设计。     

1.5MeV电子辐照平台屏蔽改造

针对一台功率为15kW的1.5 MeV电子辐照平台,进行了屏蔽计算分析与改造设计工作。根据辐照平台厂房布局建立三维模型,使用蒙特卡罗方法进行了相应屏蔽计算。通过对辐照平台主屏蔽体外光子剂量率的计算,对已有建筑物墙体的屏蔽效果进行评估。评估结果表明,建筑物四周墙体厚度满足设计要求。对辐照室和门洞等局部位置进行了屏蔽计算设计,通过对不同屏蔽厚度的计算结果进行比较,给出了满足设计要求的合理可行的设计方案。为验证屏蔽计算结果,在工程验收阶段,对周围人员活动区域进行了现场测量。测量结果表明,辐照平台原有主体屏蔽及新增局部屏蔽可使光子剂量率低于设计目标值,满足防护要求。     

医院中子照射器分析室剂量场研究

医院中子照射器建成后,对分析室内及其屏蔽门外的γ剂量率和中子剂量当量率进行了测量,测量结果显示：分析室内局部γ剂量率与设计值相差较大,分析室屏蔽门外γ剂量率超过原设计监督区限值7.5 μSv/h,因此需对分析室内部及其屏蔽门进行屏蔽改造。根据蒙特卡罗程序模拟计算结果及实际使用情况给出最终屏蔽方案,即在分析室束流孔道所在墙面加装厚度为16 cm的铅屏蔽材料屏蔽γ射线,对四周墙面及屏蔽门内侧加装厚度为1 cm的含锂聚乙烯板屏蔽散射中子。改造后分析室剂量最高点γ剂量率下降277倍,中子剂量当量率下降5.8倍,屏蔽门外γ剂量率下降近90倍。     

中子残余应力谱仪静态屏蔽体表面辐射剂量率初算

中子残余应力谱仪静态屏蔽体主要用于对谱仪装置的附加闸门、中子导管等组件的辐射剂量的屏蔽,使装置操作人员可以安全地在装置周围活动。通过MCNP5程序对谱仪装置静态屏蔽体的屏蔽能力进行了计算,可为该方案的改进、优化提供依据,以便最终制造出满足辐射剂量要求的屏蔽体。     

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。     

15 keV~1.5 MeV单能光子及窄谱系列H*(10)/Kα转换系数的蒙特卡罗模拟

为克服由于不同标准实验室内X、γ射线照射装置所用X射线管型号及整体结构不相同,导致转换系数产生一定偏差的问题,本研究采用MCNP5程序建立照射装置模型,计算15 keV~1.5 MeV单能光子及N-40~N-200窄谱系列对应的H*(10)/Kα转换系数;利用自主研制的H*(10)次级标准电离室测量辐射场参考点处周围剂量当量率并作为参考值,与转换系数法进行对比以验证转换系数法计算结果的正确性。结果表明,蒙特卡罗模拟转换系数与ISO 4037-3推荐值的相对偏差在±4%以内,转换系数法与次级标准电离室法测量结果的相对偏差在3%以内,证明利用蒙特卡罗方法计算H*(10)/Kα转换系数可行,对于“非匹配参考辐射场”,可使用此方法进行周围剂量当量定值。     

EPR机组堆芯测量系统校验装置的改进

欧洲压水堆(EPR)电厂堆芯测量系统的气动小球测量系统(AMS)校验装置中含有较强的放射源。经评估,该设备屏蔽设计上存在缺陷,增加电厂相关工作人员的工作剂量和意外照射风险。为降低辐照剂量和意外照射风险,采用"迷宫式屏蔽"原理改进了校验装置的屏蔽,并通过蒙特卡洛(MCNP)模拟软件进行效果评估,实现了设计的辐射防护最优化。     

西藏自治区天然中子周围剂量当量率的测量

使用中子周围剂量当量仪对西藏自治区天然中子周围剂量当量率进行了测量。分析结果表明,在西藏自治区中海拔高度位于2 000~5 000 m的范围内,海拔高度每增加1 280 m,天然中子周围剂量当量率增加约1倍。同时,建筑物对天然中子有明显的屏蔽作用。     

加速器治疗乳腺癌时靶外组织剂量及防护措施的研究

研究医用电子直线加速器产生的9MeV电子束和6MV-X射线对乳腺癌放射治疗时靶外组织的受照剂量,探讨减少靶外组织受照剂量的方法,为临床优化治疗计划提供剂量学依据。借助非均匀组织等效拟人体模型,模拟乳腺癌放射治疗,处方剂量是胸壁照射总剂量50 Gy、淋巴引流区域照射总剂量60 Gy,每次照射2.0 Gy;采用GR-200A LiF(Mg,Cu,P)TLD,将TLD预置于照射野外所关心的组织或器官中作间接剂量测量。在胸壁照射区域,以9 MeV电子束单独照射时,靶外组织剂量从29.0cGy到295.5cGy;以6MV—X射线单独照射时,靶外组织剂量从32.0 cGy到206.7 cGy;在淋巴引流区域,6MV-X射线照射时靶外组织剂量从22.5 cGy到1650.9 cGy。阴影屏蔽可使电子束造成的靶外组织剂量下降9.4％～53.6％,使X射线造成的靶外组织剂量下降19.7％～56.6％;接触屏蔽可使X射线对靶外组织的剂量贡献下降44.2％～65.6％。胸壁照射采用电子束与X射线的混合比为2:3的照射比单纯用电子束或X射线照射可使靶外高剂量组的组织或器官的受照剂量明显下降。     

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。     

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。     

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。     

基于单球多计数器、GM计数管同时测量n、γ剂量当量的装置研制

介绍了一款同时测量混合辐射场中n、γ剂量当量的装置研制,该装置通过单球多计数器和GM计数管相结合的方法构成,单球多计数器的探测器由三根两两垂直的3He正比计数管构成,通过解谱的方法得到中子剂量当量。在Am-Be和Cf-252中子参考辐射场中进行了测试,剂量当量相对误差30%;在能量范围为63keV-1.25MeV的入射光子下进行了能量响应试验,相对误差30%。     

基于RMC程序的用康普顿轮廓进行束缚态电子多普勒展宽修正研究

堆用蒙特卡罗程序RMC具备中子、光子、电子耦合输运能力，能完成精确的屏蔽计算，其中光子输运过程采用光子数据库进行了康普顿散射模拟。本文对康普顿散射物理原理及多普勒展宽方法进行分析，使用康普顿轮廓数据对束缚态电子进行多普勒展宽修正，实现了RMC程序对自由电子和束缚态电子的选择性处理。通过核素算例测试，观察到了多普勒能谱展宽的效应，证明了该方法的正确性。通过对典型压水堆组件的计算和对比，验证了用康普顿轮廓进行束缚态电子多普勒展宽修正的必要性和正确性。     

XG-Ⅲ装置ps激光束线所致感生放射性评估研究

利用PIC与蒙特卡罗模拟方法对XG-Ⅲ装置在ps激光束线驱动的X射线源和中子源等多种工作模式下进行了剂量学评估,使用PIC模拟确定了高能电子源项后,将其作为蒙特卡罗软件FLUKA的输入数据,通过模拟计算得到了不同靶材在实验结束后不同时刻的感生放射性核素活度及在靶周围所致的剂量。模拟结果表明,对于激光驱动的轫致辐射X射线源,在每次打靶完成并冷却10 min后,在距靶表面1 cm处的感生放射性剂量率约为4 mSv/h,而在距靶表面30 cm处的感生放射性剂量率则已降低到15 μSv/h。对于激光驱动的光核反应产生的光中子源,冷却10 min后在距靶表面1 cm处的感生放射性剂量率小于10 μSv/h。除了靶的材料,靶厚度也会对靶周围的感生放射性剂量率变化情况产生影响,因此有必要在不同的照射环境下,针对不同的靶材及靶厚采取不同的辐射防护方案。本文研究结果可为超短超强激光设施的辐射风险分析及辐射防护工作提供相关参考。     

二维中子-光子输运计算程序DOT3.5在核聚变实验装置HT-7U辐射屏蔽设计中的应用

利用二维中子－光子输运程序ＤＯＴ３．５计算和分析ＨＴ－７Ｕ在Ｄ－Ｄ放电运物时实验大厅内外的中子、光子通量及剂量当量率的空间分布,并评估大厅顶部不同防护材料的屏蔽效果,为辐射防护设计提供参考。     

中国散裂中子源靶站中子通道初步屏蔽计算分析

基于中国散裂中子源靶站中子通道设计,采用二维离散纵标程序DORT对中子导出通道各种设计方案的屏蔽效果进行计算分析。计算得出二维剂量场分布及通道中心处剂量当量率轴向分布,并得到较优化的屏蔽方案及模型,确保谱仪大厅内工作人员接受的剂量低于规定的标准。结果表明,未安装谱仪的中子通道屏蔽模型中心含有SS316合金钢时的屏蔽效果较好,剂量在辐射防护标准以下,符合设计要求。中子孔道开闭装置屏蔽模型中前端加入钨板屏蔽效果较好,并随钨板长度的增加,屏蔽效果提高。     

高通量堆NTD硅系统活化剂量计算

根据单晶硅及靶桶材料成分、测量的辐照孔道中子通量谱与辐照时间,采用点燃耗程序ORIGEN与蒙特卡罗程序MCNP耦合计算高通量堆中子嬗变掺杂(NTD)硅辐照系统活化后的外照射剂量当量率及各种活化产物放射性核素衰减变化情况,同时对各种活化核素剂量率贡献及相应衰减时间进行了分析。通过计算结果与堆厅γ电离室剂量率监测对比验证及堆厅屏蔽层厚度的保守估算,表明目前NTD硅系统转运过程屏蔽设计满足辐射防护要求,并提出有益建议。     

热中子照相装置屏蔽的蒙特卡罗模拟

中子照相装置的屏蔽对降低反应堆大厅本底及提高中子照相质量具有重要意义。使用蒙特卡罗模拟方法,对热中子照相装置各组成部分的屏蔽进行模拟计算。结果表明：在照相装置的准直器部分使用厚130cm、密度4.6t/m3的重混凝土,飞行管部分使用厚75cm、密度3.6t/m3的重混凝土可保证屏蔽外的辐射当量剂量达到反应堆大厅的监督区要求。