无损检测加速器辐射防护屏蔽模拟设计
发布时间：2021-12-18 20:06
利用加速器的工程CAD模型和MCNP计算文件获得的辐射剂量分布图,定性分析了加速器周围的辐射场分布,并结合国家相关标准GB/T 20129—2015对加速器防护性能的剂量学相关指标进行了模拟计算和优化分析。研究结果表明在加速器初步设计的状态下,利用CAD精确建模和MC模拟计算的方式进行加速器防护性能指标的快速检测和评价具有一定可行性,并以此为基础进行加速器屏蔽结构、材料设置的优化。
【文章来源】：核电子学与探测技术. 2020,40(01)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１无损检测加速器模型的构建流程??１．?１?ＣＡＤ模型的预处理??
ＭＣＮＰ几何输人文??件进行验证。在几何模型内，源项设置为各向??同性点源，材料均为真空，抽样粒子数１亿个，??在模拟计算结束后，粒子没有丢失，表明转换后??的几何模型正确［９］。在确认加速器几何结构无??误后，对ＭＣＮＰ输人文件其他部分，包括输运??模式、源项、材料密度、计数类型及减方差技术??等重要的建模信息进行编辑，最终形成完整的??ＭＣＮＰ计算输入文件。建成的加速器几何模??型共包括１９０个面，２０个栅元，９种材料种类，??基本实现了对该加速器原型的无失真建模。??图２为无损检测加速器ＭＣ模型的二维和三??维图。??图２无损检测加速器的二维和三维ＭＣ模型??２模拟计算??２．１基本条件??为使计算结果的统计误差符合实际要求，??以及提高计算效率使模拟结果更加可信，模拟??计算均采用减方差技术，包括分布输运，源偏倚??和几种减方差技术的组合［１°］以及在深穿透问??题中有较高效率的几何分裂和权窗技术［１１］。??另外光子和电子输运的截止能量设置为１??ｋｅＶ，由于加速器的电子能量最大为６?ＭｅＶ，因??此不考虑中子及其贡献。ＭＣＮＰ模拟计算平??台为Ｗｉｎｄｏｗｓ?１０工作站，４４核８８线程，在实??际计算中采用８０个线程进行并行运算，ＣＰＵ??主频为２．２?ＧＨｚ，内存２５６?ＧＢ，模拟初始电子??数为１〇９个，统计结果的相对误差小于５％，测??量值均为归一化结果。??通过使用ＭＣＮＰ的ＦＭＥＳＨ卡，对加速器??２?ｍ范围内的粒子注量进行计算，并通过剂量??转换因子ＤＥ／ＤＦ卡实现了单个粒子注量到剂??量的转换，获得了加速器周围的相对辐射剂量??图，如图３所示，实现了三维空间剂量水平
验证。??表１?６ＭｅＶ加速器距靶ｌｍ处中心剂量率??Ｘ射线能量??设计输出剂量率??模拟计算剂量率??误差??６?ＭｅＶ??１０?Ｇｙ／ｍｉｎ??１０．?４９?Ｇｙ／ｍｉｎ??４．?９０％??表２?６ＭｅＶ加速器射束均匀度和不对称度比较??位置??Ａ?Ｂ??Ｃ??Ｄ??合格值??均匀度／％??０．６１?０．７５??６６．４８??０．?７６??不对称度／％??１．３９?２．１５??０．２１??０．?３０??＜３??为了更直观了解加速器距靶１?ｍ处出射??射束的均匀度和不对称度，图５给出了由准直??锥出射后距靶ｌｍ处的剂量分布图。表３为在??加速器距靶１?ｍ的球面上均匀选取的３０个测??量点，其中５个测量点的辐射漏射率略高于??０．１％的国家标准泄漏率指标。３个测量点位??于加速器底面，因在加速器的内部，为了对加速??管进行支撑和固定，在特殊的位置存在空隙而??造成漏射率略高于标准值；２个测量点位于与??加速器中心轴线夹角约６０°的位置，也可从图３??的辐射剂量图看出，此处的辐射场强度较强，??存在屏蔽厚度不够或者设计缺陷，需加以检??查并修改此处的屏蔽设计结构，同时通过表??中的数据和加速器周围剂量分布图可知，在??部分位置的剂量值明显低于相关标准，存在??过防护的可能性，在后续的优化过程中同时??要考虑这些部分的结构设计和屏蔽材料厚度??的减少，在实现加速器的屏蔽要求的同时实??现成本的经济化。??图５无损检测加速器出射射束的：ｙＺ和平面剂量分布??４结论??利用ＭＣ软件对结构复杂的辐射防护问??题进行模拟计算是目前最为有效的方法，这种??在加速器设计的初步阶段通过工程ＣＡＤ模型??转换建模
【参考文献】：
期刊论文
[1]12 MeV无损检测用电子直线加速器研制[J]. 余国龙,佟迅华,吴青峰,韩广文,曾自强,毕振亮,霍京生,于国龙,赵福振. 中国原子能科学研究院年报. 2017(00)
[2]多种减方差技术在电子辐照加速器屏蔽计算中的组合应用效果评估[J]. 崔甜甜,张书源,孙亮,陆洁平. 核技术. 2018(03)
[3]1 MeV电子加速器辐射屏蔽防护研究[J]. 姜灿,陈思,刘宏章,王升,曾正魁,杜纪富. 核电子学与探测技术. 2017(12)
[4]无损检测电子直线加速器投入运行[J]. 王硕. 中国设备工程. 2017(10)
[5]MCAM4.8在ITER建筑大厅中子学建模中的应用[J]. 王国忠,党同强,熊健,杨琪,何桃,曾勤,龙鹏程,胡丽琴,FDS团队. 核科学与工程. 2011(04)
[6]9MeV行波电子直线加速器屏蔽设计与评价[J]. 张化一,唐华平. 辐射防护. 2001(02)
本文编号：3543093
【文章来源】：核电子学与探测技术. 2020,40(01)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１无损检测加速器模型的构建流程??１．?１?ＣＡＤ模型的预处理??
ＭＣＮＰ几何输人文??件进行验证。在几何模型内，源项设置为各向??同性点源，材料均为真空，抽样粒子数１亿个，??在模拟计算结束后，粒子没有丢失，表明转换后??的几何模型正确［９］。在确认加速器几何结构无??误后，对ＭＣＮＰ输人文件其他部分，包括输运??模式、源项、材料密度、计数类型及减方差技术??等重要的建模信息进行编辑，最终形成完整的??ＭＣＮＰ计算输入文件。建成的加速器几何模??型共包括１９０个面，２０个栅元，９种材料种类，??基本实现了对该加速器原型的无失真建模。??图２为无损检测加速器ＭＣ模型的二维和三??维图。??图２无损检测加速器的二维和三维ＭＣ模型??２模拟计算??２．１基本条件??为使计算结果的统计误差符合实际要求，??以及提高计算效率使模拟结果更加可信，模拟??计算均采用减方差技术，包括分布输运，源偏倚??和几种减方差技术的组合［１°］以及在深穿透问??题中有较高效率的几何分裂和权窗技术［１１］。??另外光子和电子输运的截止能量设置为１??ｋｅＶ，由于加速器的电子能量最大为６?ＭｅＶ，因??此不考虑中子及其贡献。ＭＣＮＰ模拟计算平??台为Ｗｉｎｄｏｗｓ?１０工作站，４４核８８线程，在实??际计算中采用８０个线程进行并行运算，ＣＰＵ??主频为２．２?ＧＨｚ，内存２５６?ＧＢ，模拟初始电子??数为１〇９个，统计结果的相对误差小于５％，测??量值均为归一化结果。??通过使用ＭＣＮＰ的ＦＭＥＳＨ卡，对加速器??２?ｍ范围内的粒子注量进行计算，并通过剂量??转换因子ＤＥ／ＤＦ卡实现了单个粒子注量到剂??量的转换，获得了加速器周围的相对辐射剂量??图，如图３所示，实现了三维空间剂量水平
验证。??表１?６ＭｅＶ加速器距靶ｌｍ处中心剂量率??Ｘ射线能量??设计输出剂量率??模拟计算剂量率??误差??６?ＭｅＶ??１０?Ｇｙ／ｍｉｎ??１０．?４９?Ｇｙ／ｍｉｎ??４．?９０％??表２?６ＭｅＶ加速器射束均匀度和不对称度比较??位置??Ａ?Ｂ??Ｃ??Ｄ??合格值??均匀度／％??０．６１?０．７５??６６．４８??０．?７６??不对称度／％??１．３９?２．１５??０．２１??０．?３０??＜３??为了更直观了解加速器距靶１?ｍ处出射??射束的均匀度和不对称度，图５给出了由准直??锥出射后距靶ｌｍ处的剂量分布图。表３为在??加速器距靶１?ｍ的球面上均匀选取的３０个测??量点，其中５个测量点的辐射漏射率略高于??０．１％的国家标准泄漏率指标。３个测量点位??于加速器底面，因在加速器的内部，为了对加速??管进行支撑和固定，在特殊的位置存在空隙而??造成漏射率略高于标准值；２个测量点位于与??加速器中心轴线夹角约６０°的位置，也可从图３??的辐射剂量图看出，此处的辐射场强度较强，??存在屏蔽厚度不够或者设计缺陷，需加以检??查并修改此处的屏蔽设计结构，同时通过表??中的数据和加速器周围剂量分布图可知，在??部分位置的剂量值明显低于相关标准，存在??过防护的可能性，在后续的优化过程中同时??要考虑这些部分的结构设计和屏蔽材料厚度??的减少，在实现加速器的屏蔽要求的同时实??现成本的经济化。??图５无损检测加速器出射射束的：ｙＺ和平面剂量分布??４结论??利用ＭＣ软件对结构复杂的辐射防护问??题进行模拟计算是目前最为有效的方法，这种??在加速器设计的初步阶段通过工程ＣＡＤ模型??转换建模
【参考文献】：
期刊论文
[1]12 MeV无损检测用电子直线加速器研制[J]. 余国龙,佟迅华,吴青峰,韩广文,曾自强,毕振亮,霍京生,于国龙,赵福振. 中国原子能科学研究院年报. 2017(00)
[2]多种减方差技术在电子辐照加速器屏蔽计算中的组合应用效果评估[J]. 崔甜甜,张书源,孙亮,陆洁平. 核技术. 2018(03)
[3]1 MeV电子加速器辐射屏蔽防护研究[J]. 姜灿,陈思,刘宏章,王升,曾正魁,杜纪富. 核电子学与探测技术. 2017(12)
[4]无损检测电子直线加速器投入运行[J]. 王硕. 中国设备工程. 2017(10)
[5]MCAM4.8在ITER建筑大厅中子学建模中的应用[J]. 王国忠,党同强,熊健,杨琪,何桃,曾勤,龙鹏程,胡丽琴,FDS团队. 核科学与工程. 2011(04)
[6]9MeV行波电子直线加速器屏蔽设计与评价[J]. 张化一,唐华平. 辐射防护. 2001(02)
本文编号：3543093
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