徐浩博 張?zhí)旌? 呂會(huì)議 袁長(zhǎng)迎

摘 要 ???：氘氘（D-D）中子發(fā)生器具有中子產(chǎn)額高，單色性好，可小型化等優(yōu)勢(shì)，因而在中子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景. D-D中子發(fā)生器產(chǎn)生的 2.5 MeV 中子由于穿透能力強(qiáng)以及穿過屏蔽層時(shí)產(chǎn)生二次γ射線因而難以屏蔽. 本課題旨在設(shè)計(jì)一個(gè)符合國家相關(guān)規(guī)定的D-D中子發(fā)生器輻射防護(hù)方案. 用蒙特卡羅程序模擬2.5 MeV中子以 1×10 ?8 n·s ?-1通量穿過400 mm混凝土屏蔽墻時(shí)，工作人員所在監(jiān)督區(qū)中子的最大周圍劑量當(dāng)量率為5.26 μSv·h ?-1，高于職業(yè)暴露劑量限值. 在此基礎(chǔ)上，選用含硼高密度聚乙烯材料進(jìn)行屏蔽加固. 蒙特卡羅模擬結(jié)果表明，屏蔽加固后監(jiān)督區(qū)中子的最大周圍劑量當(dāng)量率為0.49 μSv·h ?-1，低于職業(yè)暴露劑量限值，其余各區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率也低于設(shè)計(jì)時(shí)要求的安全標(biāo)準(zhǔn). 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與蒙特卡羅模擬結(jié)果基本一致. 本文的研究結(jié)果為同類型D-D中子發(fā)生器的輻射防護(hù)提供了參考和借鑒.

關(guān)鍵詞 ：輻射防護(hù)；D-D中子發(fā)生器；蒙特卡羅分法；劑量當(dāng)量

中圖分類號(hào) ： TL7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A DOI ： ?10.19907/j.0490-6756.2023.044002

Study of D-D neutron generator radiation protection based on Monte Carlo method

XU Hao-Bo， ZHANG Tian-Hao， L Hui-Yi， YUAN Chang-Ying

（School of National Defence Science & Technology， Southwest University of ?Science and Technology， Mianyang 621000， China）

The deuterium-deuterium（D-D） neutron generator is a common neutron source for fast neutron activation analysis. It has broad application prospects in the field of neutron technology applications， such as neutron photography， neutron activation analysis， explosives and drug detection， etc. This study aims to design a radiation protection scheme for D-D neutron generator which complies with relevant national regulations. Based on Monte Carlo method， the simulation obtains the highest neutron ambient dose equivalent rate in the remaining regions except the control region. The Monte Carlo simulation results indicate that after adding a shielding layer of boron-containing high-density polyethylene with a maximum thickness of 22.4 cm on the foundation of a 400 mm concrete building wall， the highest neutron ambient dose equivalent rate in the supervision area is 0.49 μSv·h ?-1， which is lower than the occupational exposure dose limit. Moreover， the neutron ambient dose equivalent rate in the remaining regions is also lower than the safety standard required at the time of design.The experimental results are basically consistent with the results of the MCNP6 simulations. The results of this study provide a reference for the radiation protection of the D-D neutron generator.

Radiation protection; D-D neutron generator; Monte Carlo method; Dose equivalent

1 引 言 中子是一種總體呈電中性且具有一定磁矩及自旋角動(dòng)量的粒子，是度量物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的理想標(biāo)尺，因此在眾多科學(xué)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用 ?［1］. 截至2021年12月31日，我國在用放射源156 539枚；各類射線裝置229 002臺(tái) ?［2］. 但值得注意的問題是，中子直接照射于人體會(huì)嚴(yán)重危害健康，這是由于當(dāng)中子穿過人體組織時(shí)，會(huì)與組織中的C、H、O、N等元素的原子核相互作用，發(fā)生散射或者核反應(yīng)，導(dǎo)致中子輻射生物損傷效應(yīng) ?［3］. 此外，自由狀態(tài)下的中子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)進(jìn)行β衰變釋放γ射線 ?［4］，當(dāng)其穿過物質(zhì)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生二次γ射線 ?［5］，γ射線通過電離作用引起組織細(xì)胞中原子和分子變化，誘發(fā)細(xì)胞突變或死亡 ?［6］. 然而，在輻射防護(hù)工作中針對(duì)中子的防護(hù)十分困難，原因在于與帶電粒子和物質(zhì)主要因庫侖作用損失能量不同，中子與物質(zhì)相互作用時(shí)能量主要損失在與原子核的作用過程中，因而與相同能量的帶電粒子相比，中子具有更強(qiáng)的穿透能力 ?［7］. 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年至2021年期間，全國共發(fā)生輻射事故31起，其中人員受超劑量照射事故5起 ?［8］. 上述輻射事故致使大量人員受到外照射，造成多人輻射損傷和一定環(huán)境污染，影響社會(huì)穩(wěn)定. 因此為減少放射源及射線裝置使用中引起的人員健康及環(huán)境安全問題，應(yīng)針對(duì)不同類型的放射源及射線裝置做好相應(yīng)輻射防護(hù)工作. 基于此，本文針對(duì)D-D中子發(fā)生器開展輻射防護(hù)研究，通過蒙特卡羅程序模擬獲得除控制區(qū)外其余區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率，給出符合國家相關(guān)規(guī)定的D-D中子發(fā)生器輻射防護(hù)設(shè)計(jì)方案，切實(shí)保障工作人員及公眾安全. 研究結(jié)果對(duì)開展D-D中子發(fā)生器的輻射防護(hù)具有重要實(shí)際指導(dǎo)意義.

2 實(shí)驗(yàn)裝置

氘氘（D-D）中子發(fā)生器是一種加速器中子源 ?［9］，具有中子產(chǎn)額高，單色性好，可小型化等優(yōu)勢(shì)，因而在中子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，例如中子照相、中子活化分析、爆炸物及毒品檢測(cè)等 ?［10］.

本課題的輻射防護(hù)研究對(duì)象為中國原子能科學(xué)研究院研發(fā)的DNG-130型桌面式D-D中子發(fā)生器，該設(shè)備整體尺寸為1.8 m×1.0 m×1.5 m，采用高頻離子源產(chǎn)生氘離子，經(jīng)高壓加速后轟擊氘鈦靶發(fā)生D（d，n） ?3He核反應(yīng)，在4π方向上產(chǎn)生能量約為2.5 MeV的準(zhǔn)單色中子，產(chǎn)額為 ?1×10 ?8 n·s ?-1.

D-D中子發(fā)生器放置在實(shí)驗(yàn)樓負(fù)一層中子屏蔽室，尺寸為5.5 m×6.3 m×4.0 m. 該房間2面墻體臨地，一側(cè)與另一實(shí)驗(yàn)室相鄰，另一側(cè)為走廊，上方為一層實(shí)驗(yàn)室. 根據(jù)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱GB18871-2002）相關(guān)規(guī)定以及中子發(fā)生器使用要求，需將屏蔽室分隔為2個(gè)區(qū)域. 靠近地一側(cè)的區(qū)域?yàn)榭刂茀^(qū)，是D-D中子發(fā)生器放置及工作區(qū)域，也是輻射防護(hù)目標(biāo)區(qū)域，需要用到專門防護(hù)手段；靠近走廊一側(cè)的區(qū)域?yàn)楸O(jiān)督區(qū)，是遠(yuǎn)程控制電腦放置區(qū)域，也是工作人員所在區(qū)域，工作人員在該區(qū)域?qū)χ凶影l(fā)生器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)，因此應(yīng)嚴(yán)格控制該區(qū)域的中子輻射劑量. 中子屏蔽室如圖1所示. 在中子發(fā)生器運(yùn)行期間，相鄰實(shí)驗(yàn)室、走廊及一層實(shí)驗(yàn)室皆存在公眾經(jīng)過或停留的可能，因此也應(yīng)嚴(yán)格控制這些區(qū)域的中子輻射劑量. 根據(jù)GB18871-2002相關(guān)規(guī)定，除控制區(qū)外，上述各區(qū)域任意位置中子的周圍劑量當(dāng)量率都應(yīng)低于2.5 μSv·h ?-1職業(yè)照射劑量限值.

3 ?D-D中子發(fā)生器初始輻射防護(hù)方案的仿真

D-D中子發(fā)生器初始輻射防護(hù)方案設(shè)計(jì)控制區(qū)尺寸為5.5 m×4.5 m×4.0 m，在控制區(qū)與監(jiān)督區(qū)之間設(shè)計(jì)400 mm厚混凝土屏蔽墻，在控制區(qū)與相鄰實(shí)驗(yàn)室之間設(shè)計(jì)300 mm厚混凝土屏蔽墻，在控制區(qū)入口處設(shè)計(jì)400 mm厚混凝土迷宮墻防止中子泄漏，在入口處安裝150 mm厚內(nèi)部填充聚乙烯板的不銹鋼門確保工作人員進(jìn)出安全，在屏蔽室上方覆蓋200 mm厚混凝土. 使用MCNP程序（Monte Carlo N-Particle Code）按照初始方案建造D-D中子發(fā)生器屏蔽室，通過模擬得出除控制區(qū)外其余區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率.

MCNP程序是由美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于蒙特卡羅方法（Monte Carlo method）用于計(jì)算復(fù)雜三維幾何結(jié)構(gòu)中粒子輸運(yùn)問題的通用軟件包，具有計(jì)算核臨界本征值問題的能力 ?［11，12］. 經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展迭代，最新的MCNP6程序模擬結(jié)果已經(jīng)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分接近，故被廣泛用于輻射防護(hù)設(shè)計(jì)和反應(yīng)堆臨界模擬的研究工作之中. 按初始設(shè)計(jì)方案使用MCNP6對(duì)D-D中子發(fā)生器屏蔽室進(jìn)行建模.

由于D-D中子發(fā)生器的單色性較好，因此在MCNP6中將D-D中子源設(shè)置為一個(gè)sdef通用點(diǎn)源，各向同性發(fā)射2.5 MeV單能中子，并將其放置在圖1中標(biāo)記位置， 距離地面1.4 m高. 使用的中子反應(yīng)截面庫為ENDF/B-VII，使用的材料信息見表1.

用MCNP6程序的FMESH卡統(tǒng)計(jì)初始方案中各區(qū)域50～150 cm高度（用于模擬人體主要受照射位置）的中子注量分布. FMESH卡將建模區(qū)域在二維平面上分成了100×100個(gè)小方格，并按照F4卡設(shè)置分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)小方格中的中子通量，將模擬得到的歸一化結(jié)果乘以中子產(chǎn)額（1×10 ?8 ?n·s ?-1），即可得到各區(qū)域中子注量率分布情況. 設(shè)置事件運(yùn)行1×10 ?9次，得到的模擬結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差在10%以內(nèi). 負(fù)一層實(shí)驗(yàn)室中子注量率分布如圖2所示，一層實(shí)驗(yàn)室中子注量率分布如圖3所示.

模擬結(jié)果表明，負(fù)一層實(shí)驗(yàn)室工作人員所在的監(jiān)督區(qū)以及相鄰實(shí)驗(yàn)室的中子注量率約為10～100 n·cm ?-2·s ?-1，走廊區(qū)域的中子注量率約為0.5～3 n·cm ?-2·s ?-1，一層實(shí)驗(yàn)室的中子注量率約為2～35 n·cm ?-2·s ?-1，除控制區(qū)外各區(qū)域中子注量率最大值出現(xiàn)在正對(duì)源處. 為模擬得出除控制區(qū)外其余區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率，在各區(qū)域中布置直徑為10 cm的球探測(cè)器. 探測(cè)器放置在除控制區(qū)外各區(qū)域中子注量率高的位置. 所有探測(cè)器位置分布圖中編號(hào)均采用帶圈數(shù)字形式，負(fù)一層實(shí)驗(yàn)室探測(cè)器位置分布如圖4所示，距離負(fù)一層地面1.4 m高（與源同一高度）. 一層實(shí)驗(yàn)室探測(cè)器位置分布如圖5所示，貼近一層地面. 負(fù)一層位置1，4，7正對(duì)源，一層實(shí)驗(yàn)室位置13在源正上方.

使用MCNP6提供的F4卡統(tǒng)計(jì)上述探測(cè)器的中子通量，結(jié)合DE/DF插值劑量轉(zhuǎn)換卡將統(tǒng)計(jì)到的中子通量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的輻射劑量當(dāng)量 ?［13］. 該轉(zhuǎn)換卡原理是通過用戶輸入按照中子能譜指定的劑量轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)點(diǎn)，自動(dòng)對(duì)兩個(gè)劑量轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)點(diǎn)之間進(jìn)行線性插值，將中子能譜按公式（1）加權(quán)求和，即可得到劑量值.

H=∑ H E φ E ???（1）

其中， H （ E ）是特定能量下的當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)；φ （E） 是測(cè)量位置對(duì)應(yīng)能量的射線強(qiáng)度. MCNP6程序運(yùn)行事件2×10 ?9次，獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差低于5%的歸一化周圍劑量當(dāng)量率，將歸一化周圍劑量當(dāng)量率乘以D-D中子發(fā)生器中子產(chǎn)額1×10 ?8 ??n·s ?-1和時(shí)間3600 s，即為每小時(shí)的中子周圍劑量當(dāng)量. 模擬結(jié)果見表2.

模擬結(jié)果表明，一層實(shí)驗(yàn)室位置13處中子的周圍劑量當(dāng)量率最大，為28.98 μSv·h ?-1. 這是由于與其他位置相比，該位置混凝土對(duì)中子的有效屏蔽厚度最小. 負(fù)一層中子的周圍劑量當(dāng)量率最大值出現(xiàn)在相鄰實(shí)驗(yàn)室位置7處，為15.03 μSv·h ?-1. 該位置中子有效屏蔽厚度也小于負(fù)一層其他位置. 監(jiān)督區(qū)中子的最大周圍劑量當(dāng)量率在位置7，為5.26 μSv·h ?-1. 除位置1、2外，其余位置中子的周圍劑量當(dāng)量率均高于2.5 μSv·h ?-1，不符合GB18871-2002相關(guān)規(guī)定. 因此應(yīng)在初始方案基礎(chǔ)上增加中子屏蔽材料使除控制區(qū)外其余區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率低于國家規(guī)定的2.5 μSv·h ?-1職業(yè)照射劑量限值.

4 ?D-D中子發(fā)生器屏蔽加固方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

為設(shè)計(jì)符合國家電離輻射防護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)的D-D中子發(fā)生器屏蔽室，應(yīng)對(duì)其產(chǎn)生的能量約為2.5 MeV的快中子進(jìn)行屏蔽. 初始方案模擬結(jié)果表明，中子經(jīng)混凝土屏蔽墻后周圍劑量當(dāng)量率及注量率仍然較高. 因此屏蔽加固方案中選用對(duì)2.5 MeV快中子慢化效果好 ?［14］，對(duì)熱中子俘獲截面大 ?［15］的含硼高密度聚乙烯材料. 在初始方案模型基礎(chǔ)上，基于MCNP6模擬結(jié)果且經(jīng)過多次改進(jìn)，D-D中子發(fā)生器屏蔽加固方案最終采用在控制區(qū)與監(jiān)督區(qū)、相鄰實(shí)驗(yàn)室之間各增加16.8 cm厚含硼高密度聚乙烯材料，控制區(qū)與一層實(shí)驗(yàn)室之間增加22.4 cm厚含硼高密度聚乙烯材料，迷宮墻增加5.6 cm厚含硼高密度聚乙烯材料，并將上述材料在模型中圍成有一側(cè)開口的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，尺寸為3.5 m×2.8 m×2.3 m. 屏蔽加固后的D-D中子發(fā)生器屏蔽室模型俯視圖如圖6所示，正視圖如圖7所示. 控制區(qū)與一層實(shí)驗(yàn)室之間的含硼高密度聚乙烯材料放置在源上方90 cm處. 該屏蔽室位于地下負(fù)一層，屏蔽層開口側(cè)及迷宮墻側(cè)面向地層土壤，為無人員活動(dòng)區(qū)，因此未在上述方向布置較高等級(jí)屏蔽.

將含硼高密度聚乙烯材料位置設(shè)計(jì)在控制區(qū)混凝土屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)部的原因有兩點(diǎn)，一是能量低于10 MeV的快中子與原子核之間主要發(fā)生彈性散射 ?［16］，聚乙烯中大量氫原子能夠有效慢化2.5 MeV快中子；二是由于 ?10B具有很大的熱中子俘獲截面 ?［17］，當(dāng)2.5 MeV快中子被慢化為熱中子后，會(huì)被 ?10B俘獲. 在俘獲熱中子時(shí)，發(fā)生 ?10B（n， ɑ） ?7Li核反應(yīng)，該反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生二次γ射線，外層混凝土能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)二次γ射線的屏蔽.

與前期工作類似，使用FMESH卡統(tǒng)計(jì)改進(jìn)方案中各區(qū)域50～150 cm高度（用于模擬人體主要受照射位置）的中子注量分布，將模擬得到的歸一化結(jié)果乘以中子產(chǎn)額（1×10 ?8 n·s ?-1），即可得到各區(qū)域中子注量率分布情況. 設(shè)置事件運(yùn)行1×10 ?9次，得到的模擬結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差在10%以內(nèi). 屏蔽加固后負(fù)一層實(shí)驗(yàn)室中子注量率分布如圖8所示，一層實(shí)驗(yàn)室中子注量率分布如圖9所示.

模擬結(jié)果表明，屏蔽加固后，各區(qū)域中子注量率顯著下降，監(jiān)督區(qū)中子注量率降為0.2～1.3 n·cm ?-2·s ?-1，相鄰實(shí)驗(yàn)室中子注量率降為0.5～5 ?n·cm ?-2·s ?-1，一層實(shí)驗(yàn)室中子注量率降為0.2～3.4 n·cm ?-2·s ?-1，走廊區(qū)域的中子注量率低于0.2 n·cm ?-2·s ?-1. 從注量率分布圖中可以明顯看到，樓上實(shí)驗(yàn)室中子注量率峰值位置與建筑方案中的峰值位置相比發(fā)生了偏移. 這是由于含硼高密度聚乙烯材料圍成的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)并未完全覆蓋控制區(qū)且有一側(cè)開口，在源正上方位置屏蔽加固的情況下，中子在弱屏蔽處發(fā)生散射進(jìn)而影響注量率分布，使得峰值位置發(fā)生偏移（未出現(xiàn)源正上方）. 因此在模擬除控制區(qū)外其余區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率時(shí)，除建筑方案中所選位置外，還需在中子注量率較高的位置（弱屏蔽處）布置探測(cè)器. 此外，更多的探測(cè)器可以給出更詳細(xì)的各區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率. 因此在工作人員活動(dòng)的監(jiān)督區(qū)以及公眾可能停留的區(qū)域（統(tǒng)稱為感興趣區(qū)域）布置更多的探測(cè)器. 屏蔽加固后負(fù)一層實(shí)驗(yàn)室探測(cè)器位置分布如圖10所示，距離地面1.4 m高（與源同一高度）. 一層實(shí)驗(yàn)室探測(cè)器位置分布如圖11所示，貼近一層地面. 負(fù)一層位置1、11、14正對(duì)源，一層實(shí)驗(yàn)室位置50在源正上方.

與前期工作類似，使用MCNP6提供的F4卡統(tǒng)計(jì)上述探測(cè)器的中子通量，并結(jié)合DE/DF插值劑量轉(zhuǎn)換卡將統(tǒng)計(jì)到的中子通量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的輻射劑量當(dāng)量. MCNP6程序運(yùn)行事件2×10 ?9次，將歸一化周圍劑量當(dāng)量率乘以D-D中子發(fā)生器中子產(chǎn)額1×10 ?8 ??n·s ?-1和時(shí)間3600 s，即為每小時(shí)的中子周圍劑量當(dāng)量. 屏蔽加固后的模擬結(jié)果見表3.

根據(jù)模擬結(jié)果可以得出如下結(jié)論：（1） 中子的周圍劑量當(dāng)量率最大值出現(xiàn)在一層實(shí)驗(yàn)室位置32處，為1.60 μSv·h ?-1，低于GB18871-2002規(guī)定的2.5 μSv·h ?-1職業(yè)暴露劑量限值，輻射防護(hù)設(shè)計(jì)方案符合國家相關(guān)規(guī)定. （2） 工作人員所在的監(jiān)督區(qū)中子的周圍劑量當(dāng)量率最大值出現(xiàn)在負(fù)一層實(shí)驗(yàn)室屏蔽門附近的位置2處，為0.49 μSv·h ?-1. 經(jīng)分析認(rèn)為，這一結(jié)果的產(chǎn)生是由于屏蔽門與混凝土墻體貼合無法達(dá)到理論上的緊密程度，客觀上存在屏蔽弱點(diǎn). 但其導(dǎo)致的中子周圍劑量當(dāng)量率仍低于GB18871-2002規(guī)定的2.5 μSv·h ?-1職業(yè)暴露劑量限值，無需采取額外屏蔽措施. （3） 經(jīng)中子注量率分布及周圍劑量當(dāng)量率模擬結(jié)果對(duì)比可得，相鄰實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)中子注量率最大值位置與周圍劑量當(dāng)量率最大值位置不重合的情況. 原因在于中子穿透不同厚度屏蔽材料時(shí)損失能量不同，周圍劑量當(dāng)量率最大值位置剩余中子平均能量高，故在中子注量率較低的情況下仍具有較高的周圍劑量當(dāng)量率.

按上文設(shè)計(jì)的D-D中子發(fā)生器輻射防護(hù)方案建造屏蔽室后，將D-D中子發(fā)生器放置于圖1所示標(biāo)記位置. 使用日本Aloka公司生產(chǎn)的TPS-451C型中子劑量當(dāng)量?jī)x對(duì)上述區(qū)域中子的劑量當(dāng)量率進(jìn)行測(cè)量. 該設(shè)備采用高靈敏度 ?3He正比計(jì)數(shù)管作為探測(cè)器，高密度聚乙烯作為慢化劑，測(cè)量能量范圍為0.025 eV～15 MeV，能量響應(yīng)特性遵循國際輻射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）第74號(hào)出版物中的能量響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)中子的靈敏度為1.4 cps·（μSv·h ?-1） ?-1. 測(cè)量時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境數(shù)據(jù)見表4.

根據(jù)模擬結(jié)果，選取除控制區(qū)外其余區(qū)域中子劑量當(dāng)量率最大值位置進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，3個(gè)位置分別為2，14，32. 開啟D-D中子發(fā)生器后，將其中子產(chǎn)額調(diào)節(jié)至約1×10 ?8 n·s ?-1，把中子劑量當(dāng)量?jī)x放置在目標(biāo)位置，靜置2 min后開始讀數(shù)，每隔 10 s讀取一個(gè)數(shù)據(jù). 每個(gè)目標(biāo)位置讀取8個(gè)數(shù)據(jù)用于計(jì)算平均值以降低因統(tǒng)計(jì)漲落造成的誤差. 上述平均值的計(jì)算公式為

X - = ∑ ?n ?i=1X ?i n ×C ?F ?（2）

其中，

X 是目標(biāo)位置中子劑量當(dāng)量率實(shí)際值; X ?i 是儀器讀數(shù)值; C ?F 是儀器自檢后給出的校準(zhǔn)因子，為0.95. 目標(biāo)位置中子劑量當(dāng)量率實(shí)際值與模擬值數(shù)據(jù)見表5.

測(cè)量結(jié)果表明，各區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率最大值出現(xiàn)在一層實(shí)驗(yàn)室位置32處，為1 μSv·h ?-1，低于職業(yè)暴露劑量限值2.5 μSv·h ?-1. 經(jīng)分析認(rèn)為，目標(biāo)位置中子劑量當(dāng)量率實(shí)際值低于模擬值的原因主要為模擬采用的是2.5 MeV單色中子，而D-D中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子能量客觀上仍存在譜分布. 對(duì)比研究表明，MCNP 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果吻合較好，設(shè)計(jì)的輻射防護(hù)方案能夠滿足D-D中子發(fā)生器屏蔽室預(yù)期效果.

5 結(jié) 論

本文針對(duì)中國原子能科學(xué)研究院生產(chǎn)的DNG-130型桌面式D-D中子發(fā)生器開展輻射防護(hù)研究，通過MCNP6程序模擬設(shè)計(jì)了符合實(shí)驗(yàn)安全需求的D-D中子發(fā)生器屏蔽室. 模擬結(jié)果表明，在僅使用最大厚度為400 mm混凝土屏蔽墻的情況下， 監(jiān)督區(qū)中子的最大周圍劑量當(dāng)量率為5.26 μSv·h ?-1，超過GB18871-2002規(guī)定的2.5 μSv·h ?-1 職業(yè)暴露劑量限值. 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行屏蔽加固，增加最大厚度22.4 cm的含硼高密度聚乙烯屏蔽層后，監(jiān)督區(qū)中子的最大周圍劑量當(dāng)量率為0.49 μSv·h ?-1，低于國家標(biāo)準(zhǔn)，其余各區(qū)域中子的周圍劑量當(dāng)量率也符合設(shè)計(jì)時(shí)要求滿足的安全標(biāo)準(zhǔn). 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與MCNP模擬結(jié)果基本一致. 本文研究結(jié)果對(duì)后續(xù)開展同類型D-D中子發(fā)生器輻射防護(hù)具有重要實(shí)際指導(dǎo)意義.

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