MCNP对废物库辐射防护设计的应用论文
【摘要】本文利用MCNP对某废物库的辐射防护进行了计算，通过对库房中废物桶的两种不同的布置方式以及不同的混凝土厚度和屏蔽门的厚度计算，得出了本库房为满足辐射防护要求所需要的混凝土墙的厚度和屏蔽门的厚度，为库房的辐射防护设计提供依据。
【关键词】辐射防护论文
1、MCNP简介
蒙特卡罗方法简称MC方法，是计算数学的一个重要分支。它是通过随机模拟和统计试验方法来求解数学、物理等问题近似解的方法，因而也称为随机抽样技巧或统计试验方法。它与一般计算方法有很大区别，一般计算方法对于解决多维或因素复杂的问题非常困难，而MC方法对于解决这方面的问题却比较简单。MC方法能够比较逼真地描述事物的特点及物理实验过程，解决一些数值方法难以解决的问题，很少受几何条件限制，收敛速度与问题的维数无关。MC方法的基本原理及思想如下［1］:把要求解的问题转换为某种事件出现的概率然后通过对事件的模拟“试验”得到该事件出现的频率，并用它近似代替事件出现的概率，从而得到问题的解。用统计学的术语来表述就是把所求问题转换成某个随机变量的期望值，通过模拟“试验”方法，获得这个随机变量的平均值。MCNP软件及时采用MC方法，此软件在美国以及国内都有应用，采用MCNP做计算，必须有输入文件，MCNP的输入文件包括截面数据库文件、XSDIＲ文件、INP文件等。INP文件是要填写的主要输入文件，一般把该文件特指为输入文件，须在INP中描述问题的几何、材料、源、记数和其它要求［2，3］。
2、源项
该库房中设计存储表面剂量率为2mSv/h的废物60m3，选用200L桶装时约有300桶，分两层堆放。为了得到保守的计算值，忽略桶与桶之间的屏蔽作用，以60Coγ射线能量进行计算，计算得到规格化常数为5．43×1011个/秒。由于忽略了桶与桶之间的屏蔽作用，本计算中源项做体源处理。
3、计算模型
根据废物桶的数量以及库房的面积，废物桶的摆放拟分别采用两种不同的布置方式，如图1所示，库房内部空间长度为12m，宽度为7．2m，高度为5．3m。作为辐射防护屏蔽的墙的材料选用密度为2．35g/cm3普通混凝土，防护门选用密度为7．94g/cm3的不锈钢门。考虑到废物桶的数量以及辐射防护的要求，废物桶分两层堆放时高度为1．8m，堆放布置分别如图1所示，在两种布置条件下分别计算不同墙厚和门厚的A、B、C三点剂量当量率，各点距地面高度均为1．5m。记数是MCNP模拟结果的记录。用户若想得到某种模拟结果信息，如某些位置处粒子的面流量、点通量等，可用记数卡的相应组合来指定记数方式，其中Fna卡是必须有的，其它记数卡供选择使用。本计算采用的是点探测器。计算的终止采用计算时间截断卡ctme，根据不同的墙厚分别设置不同的计算时间。采用MCNP计算，并不能直接得到各点的剂量当量率，直接得到的结果为归一化的粒子注量S［4］，再根据计算结果中有能量与计数乘积值和计数值，二者相除得到粒子能量，由此查GBZ144－2002号文件中光子单位注量与空气比释动能的关系表，用插值法得到系数，然后根据空气比释动能与有效剂量之间的系数，得到光子注量与有效剂量之间系数m，若的归一化的光子注量为S(从结果直接看出来)，桶的表面注量率Φ，则有:有效剂量D=Φ×S×m×3600=μpSv/h=Φ×10－6μSv/h。
4、计算结果
MCNP程序计算结果如表1所示:由以上表可知，布置方案一的结果为:当西墙厚度达到800mm时，A点剂量当量率约为0．27μSv/h，满足0．5μSv/h的剂量限值，但距离墙外5m处剂量当量率约为0．072μSv/h，稍大于0．05μSv/h的剂量限值;当北墙厚度达到800mm时，C点剂量当量率约为0．44μSv/h，满足0．5μSv/h的`剂量限值，但距离墙外5m处剂量当量率约为0．15μSv/h，大于0．05μSv/h的剂量限值;在北墙厚度为700mm条件下，当库房门厚度为200mm时，B点剂量当量率约为0．453μSv/h，满足0．5μSv/h的剂量限值。布置方案二的结果为:当西墙厚度达到800mm时，A点剂量当量率约为0．30μSv/h，满足0．5μSv/h的剂量限值，但距离墙外5m处剂量当量率约为0．079μSv/h，稍大于0．05μSv/h的剂量限值;当北墙厚度达到800mm时，C点剂量当量率约为0．42μSv/h，满足0．5μSv/h的剂量限值，但距离墙外5m处剂量当量率约为0．13μSv/h，大于0．05μSv/h的剂量限值;在北墙厚度为500mm条件下，当库房门厚度为200mm时，B点剂量当量率约为0．66μSv/h，稍大于0．5μSv/h的剂量限值，而在北墙厚度为800mm的条件下，当库房门厚度为250mm时，B点剂量当量率约为0．13μSv/h，远小于0．5μSv/h的剂量限值。综合上述计算结果，欲满足剂量限值要求，西墙和北墙均应选择800mm，在此前提下，库房门厚度可选择200mm。
5、结论
本文通过利用MCNP对某库房中废物桶的两种不同的布置方式以及不同的混凝土厚度和屏蔽门的厚度计算得出以下结论:(1)采用mcnp程序能够有效的对废物库进行屏蔽计算，并且可以很方便的对库中不同的废物桶排列方式以及不同的屏蔽厚度进行综合对比;(2)通过计算得出，该库房的北墙和西墙均应选择800mm厚的普通混凝土材料，库房门若采用不锈钢材质，则其厚度应为200mm;(3)对于形状不规则的放射源或不规则的屏蔽物以及采用公式计算不太方便的，可采用mcnp程序进行屏蔽计算。
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