MCNP對廢物庫輻射防護(hù)設(shè)計(jì)的應(yīng)用論文
【摘要】本文利用MCNP對某廢物庫的輻射防護(hù)進(jìn)行了計(jì)算，通過對庫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的厚度計(jì)算，得出了本庫房為滿足輻射防護(hù)要求所需要的混凝土墻的厚度和屏蔽門的厚度，為庫房的輻射防護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】輻射防護(hù)論文
1、MCNP簡介
蒙特卡羅方法簡稱MC方法，是計(jì)算數(shù)學(xué)的一個(gè)重要分支。它是通過隨機(jī)模擬和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法來求解數(shù)學(xué)、物理等問題近似解的方法，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)算方法對于解決多維或因素復(fù)雜的問題非常困難，而MC方法對于解決這方面的問題卻比較簡單。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)過程，解決一些數(shù)值方法難以解決的問題，很少受幾何條件限制，收斂速度與問題的維數(shù)無關(guān)。MC方法的基本原理及思想如下［1］:把要求解的問題轉(zhuǎn)換為某種事件出現(xiàn)的概率然后通過對事件的模擬“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，從而得到問題的解。用統(tǒng)計(jì)學(xué)的術(shù)語來表述就是把所求問題轉(zhuǎn)換成某個(gè)隨機(jī)變量的期望值，通過模擬“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，此軟件在美國以及國內(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)庫文件、XSDIＲ文件、INP文件等。INP文件是要填寫的主要輸入文件，一般把該文件特指為輸入文件，須在INP中描述問題的幾何、材料、源、記數(shù)和其它要求［2，3］。
2、源項(xiàng)
該庫房中設(shè)計(jì)存儲表面劑量率為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，庫房內(nèi)部空間長度為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)門選用密度為7．94g/cm3的不銹鋼門。考慮到廢物桶的數(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)，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)庫房門厚度為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)庫房門厚度為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)庫房門厚度為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，庫房門厚度可選擇200mm。
5、結(jié)論
本文通過利用MCNP對某庫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程序能夠有效的對廢物庫進(jìn)行屏蔽計(jì)算，并且可以很方便的對庫中不同的廢物桶排列方式以及不同的屏蔽厚度進(jìn)行綜合對比;(2)通過計(jì)算得出，該庫房的北墻和西墻均應(yīng)選擇800mm厚的普通混凝土材料，庫房門若采用不銹鋼材質(zhì)，則其厚度應(yīng)為200mm;(3)對于形狀不規(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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