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。     

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。     

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。     

双极运算放大器在不同电子能量下的辐射效应和退火特性

介绍了LM837双极运算放大器分别在不同能量（1。8、1 MeV）不同束流、相同能量不同束流电子辐照环境中的响应特性及变化规律。分析了不同偏置状态下其电离辐照敏感参数在辐照后3种退火温度（室温,100、125 ℃）下随时间的变化,并讨论了引起电参数失效的机理。结果表明：与1 MeV 辐照相比,1。8 MeV电子辐照引起的LM837辐射损伤更明显;辐照过程中正偏条件下的偏置电流变化较零偏时的稍大;LM837辐照后的退火行为与温度有较大的依赖关系,而这种关系与辐照感生的界面态密度增长直接相关。     

屏蔽电缆X射线辐照非线性效应模拟

本文分析了X射线辐照电缆的物理过程,建立了电缆介质层辐射感应电导率(RIC)和间隙效应计算模型,采用有限元方法模拟了电缆X射线辐照非线性效应,给出了诺顿等效电流源(NCD)的非线性响应规律。模拟结果表明,仅考虑RIC效应时,随着X射线注量的增加,NCD幅度存在明显的饱和现象,波形宽度逐渐变窄;仅考虑间隙效应时,NCD幅度近似正比于间隙宽度;当同时考虑两种效应时,间隙效应将会大幅抵消RIC对NCD的影响。因此,在预估核爆环境下屏蔽电缆的X射线辐照响应时,需综合考虑RIC和间隙非线性效应的影响。     

线缆瞬态辐照响应的数值研究

应用Holland细线模型和时域传输线模型,并结合实验结论,对裸线、带保护层导线以及同轴电缆3种线缆的瞬态响应进行了数值研究。结果表明：对于裸线,负载较小时,负载的变化对负载电压电流、负载功率和负载能量的影响不大,负载较大时,对响应的影响较大;负载增大时,负载电流响应脉宽增加、幅度减小,负载功率存在最大值,但负载吸收能量却一直增大;负载响应与导线半径成正比、与光子能量成反比。对于带保护层导线,变化保护层厚度时,负载响应存在峰值。相同光子能量和芯线半径条件下,带保护层导线比裸线的响应小,同轴电缆比带保护层导线的响应小,减小幅度与光子能量有关。     

新型龙虾眼X射线聚焦结构原理理论模拟

为验证新型龙虾眼X射线聚焦结构聚焦X射线的可行性,对新型龙虾眼X射线聚焦结构的设计进行了研究。应用蒙特卡罗方法模拟了能量约为80 keV的硬X射线照射到不同材料的物体上发生背散射的情形,结果表明,能量高于80 keV的X射线与靶物质相互作用时,大部分光子沿入射方向穿透进去,部分光子与靶物质原子发生光电效应而被吸收,极少部分光子会与靶物质原子发生康普顿背散射;经由不同材料的靶物质背散射的光子能谱可明显区分,经新型龙虾眼X射线聚焦结构汇聚后,能得到相对准确的靶物质材料信息。     

γ射线测距中散射光子影响因素的蒙特卡罗模拟

基于散射光子的γ射线测距技术,具有测距精度高、响应速度快、可靠性高、体积小、重量轻等特点,适用于在苛刻空间环境中实现近距离高精度的高度测量。本文采用蒙特卡罗程序MCNP建立模型,模拟不同条件下散射光子的能量、强度的变化规律,分析了探测距离、源 探距离、γ射线能量、靶目标厚度以及靶目标材料的变化对反散射峰光子能量与强度的影响,得出以下结论：反散射峰光子能量与靶目标厚度（>7 cm）、靶目标材料无关,与γ射线能量、源 探距离正相关,与探测距离负相关;反散射峰光子强度与靶目标厚度（>7 cm）无关,与探测距离正相关,与γ射线能量、源 探距离、靶目标材料负相关。对于不同靶目标材料,模拟计算的反散射峰光子能量分布区间与理论计算结果一致,证实本文γ射线散射光子测距技术的仿真方法可行、结果可信。     

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。     

低能电磁扫描IMRT光子注量分布M-C模拟

电磁扫描调强是用电子笔束轰击离散分布的靶点,产生脉冲化X线光子束,是实现调强放疗的技术方案之一。本文主要是考察当电子加速能量为低中能时,从可产生的光子注量分布的角度,来探讨低能电磁扫描调强技术的可行性。通过Monte Carlo模拟,计算了不同能量的电子笔束轰击靶材料产生的光子笔束注量分布,以确定较优的靶材料及其几何结构。然后计算不同靶点密度下的光子注量分布,确定合适的入射靶点间隔。最后,以两种常规放射治疗最常用的注量分布为例,通过最优化电子笔束强度来获得所要的注量分布。模拟结果表明,通过选用合适的靶材料结构,结合对电子轰击靶点的强度的最优化,可以实现临床要求的常规光子注量分布。     

核安全级电缆耐LOCA工况能力的试验研究

为保证核电厂安全可靠运行,要求核安全级电缆在整个寿期内能经受LOCA工况,执行安全相关功能。本文以绝缘电阻为指标,以我国已运行核电厂中使用较多的2个厂家制造的核安全级电缆为样品,分析比较了不同加速老化速率、不同累积热-辐照输入对电缆耐LOCA工况能力的影响。结果表明,不同厂商制造的电缆耐相同LOCA工况的能力存在差异:在一定的加速老化速率及累积能量输入范围内,老化速率、累积能量输入对电缆A耐LOCA工况的影响不明显;而累积能量输入对电缆B耐LOCA工况能力的影响较明显。     

Evaluating Method of Effective Energy of Radiation due to Thermoluminescence Dosimeter

A method of evaluating the effective energy of photon radiation by means of thermoluminescence dosimeters has been studied, that is based on the property of thermoluminescence phosphors to change their ratio of responses between measurements made behind two different filters according to the effective energy of radiation. With this “pair filter” method, the effective energy can be evaluated in a wide range of energies by changing the combination of materials and thicknesses of the filter pair. Compared with the phosphor method, the pair filter method will appreciably reduce the coefficient of variation representing the degree of scattering shown by the evaluated effective energy of photon radiation. It is considered that the pair filter TLD method should serve practically in evaluating the effective energy of radiation and the resulting exposure.     

Studies on effective atomic numbers and electron densities in different solid state track detectors in the energy range 1 keV–100 GeV

The total mass attenuation coefficients, effective atomic numbers and electron densities of different types of solid state track detectors have been calculated for total and partial photon interactions in the wide energy range of 1 keV–100 GeV using WinXCom program. The values of these parameters have been found to vary with photon energy and chemical composition of the detectors. The variations of these parameters with energy are shown graphically for all photon interactions. The results of this work can stimulate research for other detectors and different materials.     

用于硼中子俘获疗法治疗束的光子谱仪设计

实验确认治疗束的谱源项参数是硼中子俘获治疗（BNCT）物理剂量学研究的重要环节之一,全面细致地掌握相关信息,对精准制定临床治疗计划进而准确评估患者的给予剂量十分重要。为验证理论计算源项光子能谱的可靠性,设计适用于BNCT治疗束特点（宽能量范围、高强度n/γ混合束）的新型光子谱仪。通过蒙特卡罗模拟方法优化探测器内的中子注量率、光子计数率及次级光子占比（次级光子计数率/初级光子计数率）三个重要参数,在降低辐射强度以避免探测器的辐射损伤和死时间过大的同时,尽可能抑制中子诱导次级光子的产生,将次级光子占比降至5.45,以实现BNCT治疗束光子谱的快速准确测量。同时,开展谱仪对不同能量光子响应的校准方法研究,以便得到准确的响应函数,为光子谱的解谱工作奠定基础。     

单能光子在HPGe探测器上的能量响应函数模拟

根据单能光子与探测器发生相互作用的原理,本文利用蒙卡方法(MC)模拟了系列单能光子在HPGe探测器上的能量响应曲线并提取曲线的特征数据,然后采用最小二乘法对提取的特征数据进行拟合,得到单能光子在该探测器上的能量响应曲线理论函数表达式,最后采用准单能γ源测量数据对理论表达式进行修正,确立了该响应函数随光子入射能量变化的修正函数表达式,为连续光子能谱解谱提供了依据.     

Calculation of photon shielding properties for some neutron shielding materials

The objective of the present study is to calculate photon shielding parameters for seven polyethylene-based neutron shielding materials. The parameters include the effective atomic number(Z_(eff)), the effective electron density(N_(eff)) for photon interaction and photon energy absorption,and gamma-ray kerma coefficient(kc). The calculations of Z_(eff)are presented as a single-valued and are energy dependent. While Z_(eff)values were calculated via simplistic powerlaw method, the energy-dependent Z_(eff)for photon interaction(Z_(PI-eff)) and photon energy absorption(Z_(PEA-eff)) are obtained via the direct method for energy ranges of 1 keV–100 GeV and 1 keV–20 Me V, respectively. The kccoefficients are calculated by summing the contributions of the major partial photon interactions for energy range of 1 keV–100 MeV. In most cases, data are presented relative to pure polyethylene to allow direct comparison over a range of energy. The results show that combination of polyethylene with other elements such as lithium and aluminum leads to neutron shielding material with more ability to absorb neutron and crays. Also, the kerma coefficient first increases with Z of the additive element at low photon energies and then converges with pure polyethylene at energies greater than 100 keV.