MCNP對(duì)廢物庫(kù)輻射防護(hù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用論文
【摘要】本文利用MCNP對(duì)某廢物庫(kù)的輻射防護(hù)進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)對(duì)庫(kù)房中廢物桶的兩種不同的布置方式以及不同的混凝土厚度和屏蔽門(mén)的厚度計(jì)算，得出了本庫(kù)房為滿足輻射防護(hù)要求所需要的混凝土墻的厚度和屏蔽門(mén)的厚度，為庫(kù)房的輻射防護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】輻射防護(hù)論文
1、MCNP簡(jiǎn)介
蒙特卡羅方法簡(jiǎn)稱MC方法，是計(jì)算數(shù)學(xué)的一個(gè)重要分支。它是通過(guò)隨機(jī)模擬和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法來(lái)求解數(shù)學(xué)、物理等問(wèn)題近似解的方法，因而也稱為隨機(jī)抽樣技巧或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法。它與一般計(jì)算方法有很大區(qū)別，一般計(jì)算方法對(duì)于解決多維或因素復(fù)雜的問(wèn)題非常困難，而MC方法對(duì)于解決這方面的問(wèn)題卻比較簡(jiǎn)單。MC方法能夠比較逼真地描述事物的特點(diǎn)及物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，解決一些數(shù)值方法難以解決的問(wèn)題，很少受幾何條件限制，收斂速度與問(wèn)題的維數(shù)無(wú)關(guān)。MC方法的基本原理及思想如下［1］:把要求解的問(wèn)題轉(zhuǎn)換為某種事件出現(xiàn)的概率然后通過(guò)對(duì)事件的模擬“試驗(yàn)”得到該事件出現(xiàn)的頻率，并用它近似代替事件出現(xiàn)的概率，從而得到問(wèn)題的解。用統(tǒng)計(jì)學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)表述就是把所求問(wèn)題轉(zhuǎn)換成某個(gè)隨機(jī)變量的期望值，通過(guò)模擬“試驗(yàn)”方法，獲得這個(gè)隨機(jī)變量的平均值。MCNP軟件及時(shí)采用MC方法，此軟件在美國(guó)以及國(guó)內(nèi)都有應(yīng)用，采用MCNP做計(jì)算，必須有輸入文件，MCNP的輸入文件包括截面數(shù)據(jù)庫(kù)文件、XSDIＲ文件、INP文件等。INP文件是要填寫(xiě)的主要輸入文件，一般把該文件特指為輸入文件，須在INP中描述問(wèn)題的幾何、材料、源、記數(shù)和其它要求［2，3］。
2、源項(xiàng)
該庫(kù)房中設(shè)計(jì)存儲(chǔ)表面劑量率為2mSv/h的廢物60m3，選用200L桶裝時(shí)約有300桶，分兩層堆放。為了得到保守的計(jì)算值，忽略桶與桶之間的屏蔽作用，以60Coγ射線能量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到規(guī)格化常數(shù)為5．43×1011個(gè)/秒。由于忽略了桶與桶之間的屏蔽作用，本計(jì)算中源項(xiàng)做體源處理。
3、計(jì)算模型
根據(jù)廢物桶的數(shù)量以及庫(kù)房的面積，廢物桶的擺放擬分別采用兩種不同的布置方式，如圖1所示，庫(kù)房?jī)?nèi)部空間長(zhǎng)度為12m，寬度為7．2m，高度為5．3m。作為輻射防護(hù)屏蔽的墻的材料選用密度為2．35g/cm3普通混凝土，防護(hù)門(mén)選用密度為7．94g/cm3的不銹鋼門(mén)�？紤]到廢物桶的數(shù)量以及輻射防護(hù)的要求，廢物桶分兩層堆放時(shí)高度為1．8m，堆放布置分別如圖1所示，在兩種布置條件下分別計(jì)算不同墻厚和門(mén)厚的A、B、C三點(diǎn)劑量當(dāng)量率，各點(diǎn)距地面高度均為1．5m。記數(shù)是MCNP模擬結(jié)果的記錄。用戶若想得到某種模擬結(jié)果信息，如某些位置處粒子的面流量、點(diǎn)通量等，可用記數(shù)卡的相應(yīng)組合來(lái)指定記數(shù)方式，其中Fna卡是必須有的，其它記數(shù)卡供選擇使用。本計(jì)算采用的是點(diǎn)探測(cè)器。計(jì)算的終止采用計(jì)算時(shí)間截?cái)嗫╟tme，根據(jù)不同的墻厚分別設(shè)置不同的計(jì)算時(shí)間。采用MCNP計(jì)算，并不能直接得到各點(diǎn)的劑量當(dāng)量率，直接得到的結(jié)果為歸一化的粒子注量S［4］，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果中有能量與計(jì)數(shù)乘積值和計(jì)數(shù)值，二者相除得到粒子能量，由此查GBZ144－2002號(hào)文件中光子單位注量與空氣比釋動(dòng)能的關(guān)系表，用插值法得到系數(shù)，然后根據(jù)空氣比釋動(dòng)能與有效劑量之間的系數(shù)，得到光子注量與有效劑量之間系數(shù)m，若的歸一化的光子注量為S(從結(jié)果直接看出來(lái))，桶的表面注量率Φ，則有:有效劑量D=Φ×S×m×3600=μpSv/h=Φ×10－6μSv/h。
4、計(jì)算結(jié)果
MCNP程序計(jì)算結(jié)果如表1所示:由以上表可知，布置方案一的結(jié)果為:當(dāng)西墻厚度達(dá)到800mm時(shí)，A點(diǎn)劑量當(dāng)量率約為0．27μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值，但距離墻外5m處劑量當(dāng)量率約為0．072μSv/h，稍大于0．05μSv/h的劑量限值;當(dāng)北墻厚度達(dá)到800mm時(shí)，C點(diǎn)劑量當(dāng)量率約為0．44μSv/h，滿足0．5μSv/h的`劑量限值，但距離墻外5m處劑量當(dāng)量率約為0．15μSv/h，大于0．05μSv/h的劑量限值;在北墻厚度為700mm條件下，當(dāng)庫(kù)房門(mén)厚度為200mm時(shí)，B點(diǎn)劑量當(dāng)量率約為0．453μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值。布置方案二的結(jié)果為:當(dāng)西墻厚度達(dá)到800mm時(shí)，A點(diǎn)劑量當(dāng)量率約為0．30μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值，但距離墻外5m處劑量當(dāng)量率約為0．079μSv/h，稍大于0．05μSv/h的劑量限值;當(dāng)北墻厚度達(dá)到800mm時(shí)，C點(diǎn)劑量當(dāng)量率約為0．42μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值，但距離墻外5m處劑量當(dāng)量率約為0．13μSv/h，大于0．05μSv/h的劑量限值;在北墻厚度為500mm條件下，當(dāng)庫(kù)房門(mén)厚度為200mm時(shí)，B點(diǎn)劑量當(dāng)量率約為0．66μSv/h，稍大于0．5μSv/h的劑量限值，而在北墻厚度為800mm的條件下，當(dāng)庫(kù)房門(mén)厚度為250mm時(shí)，B點(diǎn)劑量當(dāng)量率約為0．13μSv/h，遠(yuǎn)小于0．5μSv/h的劑量限值。綜合上述計(jì)算結(jié)果，欲滿足劑量限值要求，西墻和北墻均應(yīng)選擇800mm，在此前提下，庫(kù)房門(mén)厚度可選擇200mm。
5、結(jié)論
本文通過(guò)利用MCNP對(duì)某庫(kù)房中廢物桶的兩種不同的布置方式以及不同的混凝土厚度和屏蔽門(mén)的厚度計(jì)算得出以下結(jié)論:(1)采用mcnp程序能夠有效的對(duì)廢物庫(kù)進(jìn)行屏蔽計(jì)算，并且可以很方便的對(duì)庫(kù)中不同的廢物桶排列方式以及不同的屏蔽厚度進(jìn)行綜合對(duì)比;(2)通過(guò)計(jì)算得出，該庫(kù)房的北墻和西墻均應(yīng)選擇800mm厚的普通混凝土材料，庫(kù)房門(mén)若采用不銹鋼材質(zhì)，則其厚度應(yīng)為200mm;(3)對(duì)于形狀不規(guī)則的放射源或不規(guī)則的屏蔽物以及采用公式計(jì)算不太方便的，可采用mcnp程序進(jìn)行屏蔽計(jì)算。
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