一种瞬态伽马辐射屏蔽方法技术

本发明专利技术涉及一种辐射防护方法，具体涉及一种瞬态伽马辐射屏蔽方法。弥补了目前缺乏适用于瞬态强流电子加速器的辐射屏蔽安全防护方法的空白。本发明专利技术屏蔽方法包括以下步骤：1)确定工作人员和公众的年受照剂量约束值，测试设备和工作人员的剂量率管理约束值；2)获取辐射源项估计值；3)获取电子落点、入射角和能谱三个分布函数；4)建立计算模型；5)得到参考球面上的出射伽马射线分布图和能谱；6)将轫致辐射靶和电子束替换为辐射点源，模拟得到辐射源项模拟值；7)判断辐射点源是否符合要求；8)初步给出屏蔽墙的材料和厚度；9)得到屏蔽计算模型；10)优化屏蔽墙的材料和厚度；11)得到禁区要求以及周边建筑物限高要求。要求以及周边建筑物限高要求。要求以及周边建筑物限高要求。

【技术实现步骤摘要】
一种瞬态伽马辐射屏蔽方法


[0001]本专利技术涉及一种辐射防护方法，具体涉及一种瞬态伽马辐射屏蔽方法，适用于瞬态强流电子加速器。

技术介绍

[0002]辐射屏蔽安全设计是加速器和反应堆设计中的关键部分。辐射屏蔽设计的安全合理，需要在保证符合国家规定的条件下寻找符合体积小、价格低、环境友好等要求的方案，是一个复杂的工程优化问题。
[0003]辐射屏蔽设计多依赖经验公式法或蒙特卡罗方法。经验公式(含查表)法的速度快但精度偏低，为确保安全一般结果过于保守，造成工程造价增加，适合于前期粗估和后期校核。
[0004]蒙特卡罗方法的突出优点是比较适宜计算和处理复杂几何空间的粒子输运问题。根据工程设计需要，美国橡树岭实验室辐射屏蔽中心先后开发了MCNP等通用蒙特卡罗程序。GEANT4是由欧洲核子研究中心CERN开发的免费蒙特卡罗程序，其物理过程十分齐全，提供大量完整可选的物理过程模型。在高能物理领域以及辐射效应研究领域都已经得到了广泛的应用。
[0005]基于上述蒙特卡罗程序，研究和工程人员开发了各种辐射屏蔽安全设计，实现了辐射场及屏蔽效果的计算机辅助设计和可视化展示，但计算周期长一直是其瓶颈问题，对于大尺度复杂空间的计算和屏蔽方案迭代优化十分不利。
[0006]可咨借鉴的文献报道，如苏州大学李占鹏在2020年公布的硕士论文《无损检测加速器辐射防护屏蔽设计及多目标优化研究》中，以无损检测加速器为研究对象，利用加速器的工程CAD模型和蒙特卡罗软件对加速器进行精确建模和模拟计算，并以此作为多目标优化设计的基础。然后将GA
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BP神经网络与NSGA
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多目标遗传算法有机结合，建立了加速器屏蔽设计多目标优化方法。
[0007]中国核动力研究设计院李玥航等人于2022年在核动力工程期刊发表的《船用堆辐射屏蔽优化设计平台开发与验证》一文中，基于开源的SALOME框架建立了一套集“几何建模
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材料建模屏蔽优化
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结果可视化”功能为一体的船用堆辐射屏蔽多目标优化平台。平台可实现屏蔽结构三维CAD实体建模、基于遗传算法的辐射屏蔽多目标优化以及屏蔽计算结果剂量场三维可视化。
[0008]西安交通大学王盛在中国专利公开号为CN111859804A的《一种多目标的辐射屏蔽设计方法》公开了一种基于辐射粒子输运模拟的辐射屏蔽设计方法。
[0009]现有辐射防护标准和前文引述的工作均针对常规加速器和反应堆。而瞬态强流电子加速器的工作时间为10
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100ns，电子束流峰值10k
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10MA，电子能量0.3
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50MeV，实验站瞬间剂量率可达1
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30GGy/s，均与常规加速器和反应堆有显著区别。针对瞬态强流电子加速器，急需寻求一种安全可靠的适用于瞬态强流电子加速器的辐射屏蔽方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是解决目前缺乏适用于瞬态强流电子加速器的辐射屏蔽安全防护方法，而提供一种瞬态伽马辐射屏蔽方法。
[0011]本专利技术的技术解决方案是：
[0012]一种瞬态伽马辐射屏蔽方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0013]1)根据瞬态强流电子加速器的运行参数特点和相关国家标准，确定工作人员和公众的年受照剂量约束值，测试设备和工作人员的剂量率管理约束值；
[0014]2)根据瞬态强流电子加速器的电子能量及束流强度，获取辐射源项估计值；
[0015]3)将瞬态强流电子加速器的电参数和二极管几何参数输入到电子束发射与电磁场耦合计算软件中进行计算，获取电子束轰击轫致辐射靶产生的电子落点分布函数、入射角分布函数和能谱分布函数；
[0016]4)将电子落点分布函数、入射角分布函数和能谱分布函数输入粒子输运过程模拟软件，建立电子束轰击轫致靶产生伽马能段X射线辐射的计算模型；所述伽马能段X射线辐射特性与伽马射线一致；
[0017]5)利用计算模型，以轫致辐射靶心为球心，根据轫致辐射靶的半径设置参考球面半径，得到参考球面，并计算获取参考球面上的出射伽马射线分布图和能谱；
[0018]6)将轫致辐射靶和电子束替换为具有方向分布和能谱分布的辐射点源，保证参考球面上辐射点源的方向分布图和辐射点源的能谱与步骤5)中出射伽马射线分布图和能谱相同；模拟得到该辐射点源的辐射源项模拟值；
[0019]7)对比步骤2)的辐射源项估计值和步骤6)的辐射源项模拟值，判断是否符合要求，若符合要求，则执行步骤8)，若不符合要求，返回步骤5)，并按实际结果偏差调整参考球面的半径尺寸，直至得到符合要求的辐射点源；
[0020]8)初步给出屏蔽墙的材料和厚度；
[0021]9)建立实验室及其周边环境的三维模型，将三维模型和步骤7)获得的辐射点源代入粒子输运过程模拟软件，得到屏蔽计算模型；
[0022]10)将步骤8)中屏蔽墙的材料和厚度送入屏蔽计算模型，通过迭代计算，得到优化后屏蔽墙的材料和厚度；
[0023]11)将步骤1)得到的所有年受照剂量约束值和剂量率管理约束值，以及步骤10)得到的优化屏蔽墙材料和厚度，送入步骤9)的屏蔽计算模型中，计算得到瞬态强流电子加速器运行时测试设备和工作人员禁区要求、公众禁区要求以及周边建筑物限高要求。
[0024]进一步地，步骤1)包括以下步骤：
[0025]1.1)参照常规加速器和反应堆，根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》和《粒子加速器辐射防护规定》，考虑实验室周边环境，确定工作人员和公众的年受照剂量约束值；
[0026]周边环境包括近距离常驻人员、周边辐射源分布；
[0027]1.2)根据伽马射线瞬态电离辐射效应实验经验，确定测试设备的剂量率管理约束值；
[0028]所述测试设备的剂量率管理约束值为10kGy/s；
[0029]1.3)将步骤1.1)中得到的工作人员的年受照剂量约束值除以加速器辐射输出时
间，得到工作人员的剂量率管理约束值。
[0030]进一步地，步骤2)中，获取辐射源项估计值的方法为：根据瞬态强流电子加速器的电子能量，在X射线发射常数图中查得相应的X射线发射常数，将该X射线发射常数乘以该瞬态强流电子加速器的束流强度，得到该瞬态强流电子加速器正前方1米处的剂量率估计值。
[0031]进一步地，步骤7)中的判断方法为：将辐射源项估计值和辐射源项模拟值作对比，偏差不超出10％，则符合要求，偏差超出10％，则不符合要求。
[0032]进一步地，步骤8)中，初步给出屏蔽墙的材料和厚度的方法为：根据瞬态强流电子加速器的电子峰值能量，按照NCRP
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155中提供的计算方法获取。
[0033]本专利技术的有益效果是：
[0034]1、本专利技术一种瞬态伽马辐射屏蔽方法，针对瞬态强流电子加速器，综合考虑伽马辐射的累积电离辐射效应(剂量管理约束值)和瞬态电离辐射效应(剂量率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种瞬态伽马辐射屏蔽方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据瞬态强流电子加速器的运行参数特点和相关国家标准，确定工作人员和公众的年受照剂量约束值，测试设备和工作人员的剂量率管理约束值；2)根据瞬态强流电子加速器的电子能量及束流强度，获取辐射源项估计值；3)将瞬态强流电子加速器的电参数和二极管几何参数输入到电子束发射与电磁场耦合计算软件中进行计算，获取电子束轰击轫致辐射靶产生的电子落点分布函数、入射角分布函数和能谱分布函数；4)将电子落点分布函数、入射角分布函数和能谱分布函数输入粒子输运过程模拟软件，建立电子束轰击轫致靶产生伽马能段X射线辐射的计算模型；所述伽马能段X射线辐射特性与伽马射线一致；5)利用计算模型，以轫致辐射靶心为球心，根据轫致辐射靶的半径设置参考球面半径，得到参考球面，并计算获取参考球面上的出射伽马射线分布图和能谱；6)将轫致辐射靶和电子束替换为具有方向分布和能谱分布的辐射点源，保证参考球面上辐射点源的方向分布图和辐射点源的能谱与步骤5)中出射伽马射线分布图和能谱相同；模拟得到该辐射点源的辐射源项模拟值；7)对比步骤2)的辐射源项估计值和步骤6)的辐射源项模拟值，判断是否符合要求，若符合要求，则执行步骤8)，若不符合要求，返回步骤5)，并按实际结果偏差调整参考球面的半径尺寸，直至得到符合要求的辐射点源；8)初步给出屏蔽墙的材料和厚度；9)建立实验室及其周边环境的三维模型，将三维模型和步骤7)获得的辐射点源代入粒子输运过程模拟软件，得到屏蔽计算模型；10)将步骤8)中屏蔽墙的材料和厚度送入屏蔽计算模型，通过迭代计算，得到优化后屏蔽墙的材料和厚度；11)将步骤1)得到的所有年受照剂量约束值和剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙剑锋，蔡丹，孙江，胡杨，张金海，苏兆锋，呼义翔，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：