EAST装置常用金属材料的中子活化实验研究
发布时间：2020-11-06 11:35
现阶段,磁约束聚变实验装置以氘(D)等离子体脉冲放电为主,这一过程的产物主要是氦-3(~3He)和中子(n),以及微量的副产物氚。由于氚的总量极少,且衰变产生的β射线穿透能力弱,对环境及人员的危害低。因而,聚变实验装置停机期间辐射防护的重点是材料中子活化产生的次级电离辐射。通常采用计算机模拟的方法来评估中子活化产生的电离辐射剂量水平。然而,对复杂的装置结构和等离子体脉冲放电过程的简化,导致模拟结果与实际情况存在较大差异。为掌握EAST聚变实验装置等离子体脉冲放电期间材料的实际活化情况,本文开展了装置常用金属材料的中子活化实验研究。利用等离子体脉冲放电期间产生的中子辐射场对布置在装置周围的金属样品进行辐照。辐照后的金属样品采用高纯锗(HPGe)探测器进行γ能谱测量,并结合总峰面积法、Wasson峰面积法和曲线拟合法对所测能谱进行分析。为准确计算放射性核素的电离辐射剂量率,采用蒙特卡罗程序(MCNP)对探测器的峰效率及总效率进行模拟刻度,并通过自主编写的程序计算了Y能谱测量过程中存在的级联γ射线的符合效应修正因子。γ能谱的分析表明,Wasson峰面积法具有较高的计算精度。此外,放射性核素剂量率的计算结果表明~(56)Mn是EAST装置停机后较短时间内(50 h)电离辐射剂量的主要贡献者,而~(60)Co、~(58)Co、~(59)Fe、~(51)Cr、~(54)Mn、~(76)As以及~(99)Mo等核素,在EAST装置停机较长时间后(50 h)成为停机剂量的主要贡献者。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL631
【部分图文】：
ｅ＝Ｂ／Ａ?（１．３）??由一系列核素的比结合能连成的一条曲线称为比结合能曲线ｍ，如图１．１所??示。比结合能曲线的形状呈中间高两端低，在核素５６Ｆｅ附近曲线有一个峰，比??结合能的这种形状说明轻核和重核结合的较中等质量核松，即轻核和重核的比结??合能要小于中等质量核的比结合能。因此，当重核裂变成两个中等质量的核碎片??时，ｅ由小变大，这一过程伴随着能量的释放，例如２３５Ｕ的（ｎ，?ｆ）反应，２３５Ｕ??俘获一个中子形成复合核２３６Ｕ，随之裂变成两个中等质量的裂变碎片，＾由７．５９??ＭｅＶ增加到８．５?ＭｅＶ，每一次裂变反应释放约２１５?ＭｅＶ的能量。当两个轻核融??合成一个中等质量的核时，ｅ同样由小变大，这一过程也伴随着能量的释放。例??如Ｄ－Ｔ聚变反应
式中ｄＤ表示出射粒子方向在０?—０?＋?ｄ沒和０?＋?ｄ＃范围内的立体角。??反应截面的大小与靶核的种类和入射粒子的能量有关，反应截面随入射粒子??能量的变化曲线称为激发曲线，如图１．３所示，核素６３Ｃｕ俘获反应（ｎ，?Ｙ）截面随??入射中子能量的增加而减少，同时，在热中子区存在共振区。??ＥＨＤＦ?Ｒｅｑｕｅｓｔ?４８３６，?２９１８－Ａｐｒ－＾２，１２：３３：２４??１０?ｍ?１０－？?１??１０－Ａ〇?ｌ〇－？?１??Ｉｎｃｉｄｗｉ＇ｔ?Ｅｎｅｒｗ?（ＨｅＵ）??图１．３?？Ｃｕ?（ｎ，Ｙ）?ＭＣｕ反应截面随入射中子能量的变化曲线Ｗ??２．中子与原子核的相互作用??中子与原子核的相互作用过程包括弹性散射（ｎ，?ｎ），非弹性散射（ｎ，?ｎ＇），??辐射俘获（ｎ，Ｙ）和核裂变（ｎ，ｆ）等。这些作用截面的大小与中子的能量相关。??根据中子能量的不同，我们可以将中子划分为几个能区，其中能量大于１０５?ｅＶ??的中子称为快中子，０．５?ｅＶ？１０５?ｅＶ能区的中子称为慢中子，能量小于０．０５?ｅＶ??的中子称为冷中子
??如图１．４所示，图中符号Ｎ１－Ｎ１３表示中子剂量探测器安装位置，Ｇ１－Ｇ１３表示Ｙ??剂量探测器安装位置。这１３个监测点主要分布在ＥＡＳＴ装置大厅内外及入口处’??控制室，办公楼这些人员密集区域。??为确保辐射剂量安全，在线辐射监测系统应准确可靠地提供各监测点的实时??剂量率。ＥＡＳＴ装置以Ｄ－Ｄ等离子体脉冲模式运行，因而大厅内的中子和Ｙ剂量??率变化较大。装置脉冲放电期间中子和Ｙ瞬时剂量率较高，但持续时间短约（０？９??秒），放电结束后大厅内辐射剂量率迅速衰减到较低水平，且维持时间相对较长??（约１５分钟）。因此，对于ＥＡＳＴ装置大厅内的中子和Ｙ剂量探测器，要求其具??有动态范围宽、时间响应快等特点，以防止出现脉冲放电期间探测器漏计数严重??的情况出现。考虑到大厅生物屏蔽墙较好的屏蔽效果
【参考文献】
本文编号：2873088
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL631
【部分图文】：
ｅ＝Ｂ／Ａ?（１．３）??由一系列核素的比结合能连成的一条曲线称为比结合能曲线ｍ，如图１．１所??示。比结合能曲线的形状呈中间高两端低，在核素５６Ｆｅ附近曲线有一个峰，比??结合能的这种形状说明轻核和重核结合的较中等质量核松，即轻核和重核的比结??合能要小于中等质量核的比结合能。因此，当重核裂变成两个中等质量的核碎片??时，ｅ由小变大，这一过程伴随着能量的释放，例如２３５Ｕ的（ｎ，?ｆ）反应，２３５Ｕ??俘获一个中子形成复合核２３６Ｕ，随之裂变成两个中等质量的裂变碎片，＾由７．５９??ＭｅＶ增加到８．５?ＭｅＶ，每一次裂变反应释放约２１５?ＭｅＶ的能量。当两个轻核融??合成一个中等质量的核时，ｅ同样由小变大，这一过程也伴随着能量的释放。例??如Ｄ－Ｔ聚变反应
式中ｄＤ表示出射粒子方向在０?—０?＋?ｄ沒和０?＋?ｄ＃范围内的立体角。??反应截面的大小与靶核的种类和入射粒子的能量有关，反应截面随入射粒子??能量的变化曲线称为激发曲线，如图１．３所示，核素６３Ｃｕ俘获反应（ｎ，?Ｙ）截面随??入射中子能量的增加而减少，同时，在热中子区存在共振区。??ＥＨＤＦ?Ｒｅｑｕｅｓｔ?４８３６，?２９１８－Ａｐｒ－＾２，１２：３３：２４??１０?ｍ?１０－？?１??１０－Ａ〇?ｌ〇－？?１??Ｉｎｃｉｄｗｉ＇ｔ?Ｅｎｅｒｗ?（ＨｅＵ）??图１．３?？Ｃｕ?（ｎ，Ｙ）?ＭＣｕ反应截面随入射中子能量的变化曲线Ｗ??２．中子与原子核的相互作用??中子与原子核的相互作用过程包括弹性散射（ｎ，?ｎ），非弹性散射（ｎ，?ｎ＇），??辐射俘获（ｎ，Ｙ）和核裂变（ｎ，ｆ）等。这些作用截面的大小与中子的能量相关。??根据中子能量的不同，我们可以将中子划分为几个能区，其中能量大于１０５?ｅＶ??的中子称为快中子，０．５?ｅＶ？１０５?ｅＶ能区的中子称为慢中子，能量小于０．０５?ｅＶ??的中子称为冷中子
??如图１．４所示，图中符号Ｎ１－Ｎ１３表示中子剂量探测器安装位置，Ｇ１－Ｇ１３表示Ｙ??剂量探测器安装位置。这１３个监测点主要分布在ＥＡＳＴ装置大厅内外及入口处’??控制室，办公楼这些人员密集区域。??为确保辐射剂量安全，在线辐射监测系统应准确可靠地提供各监测点的实时??剂量率。ＥＡＳＴ装置以Ｄ－Ｄ等离子体脉冲模式运行，因而大厅内的中子和Ｙ剂量??率变化较大。装置脉冲放电期间中子和Ｙ瞬时剂量率较高，但持续时间短约（０？９??秒），放电结束后大厅内辐射剂量率迅速衰减到较低水平，且维持时间相对较长??（约１５分钟）。因此，对于ＥＡＳＴ装置大厅内的中子和Ｙ剂量探测器，要求其具??有动态范围宽、时间响应快等特点，以防止出现脉冲放电期间探测器漏计数严重??的情况出现。考虑到大厅生物屏蔽墙较好的屏蔽效果
【参考文献】
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1 金晓祥;陈超峰;林冠;赵锋;黄彦君;杨立涛;;γ射线级联衰变符合相加修正方法研究[J];原子能科学技术;2017年06期
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3 陈义学,吴宜灿,黄群英,Fischer U;核聚变实验装置HT-7U停机辐射剂量率三维计算与分析[J];核科学与工程;2004年01期
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5 何宗慧,黄治俭,滕慧洁,李源新;近距离测量时Ge(Li)探测器的峰效率刻度和符合相加修正[J];辐射防护;1986年06期
本文编号：2873088
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