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1点核积分估算公式
为方便计算将上下4层面板的680根源棒简化为单层源板共170根线源,线源板高2m,长2.5m,距离地面1m,线源强度为0.21765PBq/cm。根据《辐射防护手册》第一分册中有屏蔽均匀矩形面源计算公式5.27[2],面源对南墙外参考点B的辐射通量密度采用公式(3)进行计算。Ф=BsA4π[π2E1(b1)-J1(m,n,b1)-J2(m,n,b1)](3)式中Ф同上,SA是面源强度(Bq·cm-2),b1是屏蔽体厚度〔μt,μ是屏蔽材料γ线性减弱系数(cm-1),t是屏蔽体厚度(cm)〕,E1函数取值可查《辐射防护手册》第一分册附录A-2,J1函数取值可查《辐射防护手册》第一分册表5.1,m=l/a,n=h/a,J2函数取值可查《辐射防护手册》第一分册表5.2,面源强度为3.7TBq/cm2。B是照射量积累因子,由于碰撞辐射的积累和减弱自由程、屏蔽材料的原子序数和射线的能量以及方向有着非常复杂的关系,因此对于γ射线能量在0.5~10MeV,屏蔽体厚度在1~20(μt),可使用《辐射防护手册》第一分册中公式5.104[2]计算B。B(E,μt)=A1e-α1(E)μt+(1-A1)e-α2(E)μt式中E是光子能量(MeV),A1,α1,α2可查《辐射防护手册》第一分册表5.19,μt同上。
2MCNP5模拟计算
根据源板在辐照室内的布置位置、源板的结构设计,使用MCNP5模拟计算辐照室墙体外点A、B的辐射通量密度时将源项简化为长度为2.5m,高度为2m的矩形均匀各向同性面源,γ光子能量为1.1732MeV、1.3325MeV,发射概率为1:1。坐标系坐标原点为源板中心,其中面源距离东侧、西侧墙体为2.75m,距离南侧、北侧墙体距离为7m,墙外计算点A为面源中心沿Y轴方向至墙外参考点,计算点B为面源中心沿X轴方向至墙外参考点。辐照室墙体混凝土密度为2.36g/cm-3。使用MCNP5中的F5卡[3](半径为2cm的点探测器,光子截断能量为0.05MeV,样本数为1×109)计算辐照室墙体外点A、B的辐射通量密度。
3计算结果及比较分析
点核积分公式法和MCNP5程序对辐照室墙外计算点A、B的计算结果见表1。比较点A和点B的通量密度计算结果表明,点核积分公式法对74PBq60Co辐照源经60cm、120cm和200cm混凝土屏蔽后的通量密度计算结果比MCNP5程序的计算结果高1~3个数量级,点核积分公式法比MCNP5程序计算的结果偏安全。计算过程中,对源项采取了简化的线源和面源模型,忽略了自吸收,源强大于实际情况,因此公式法和MCNP5程序计算的通量密度结果是偏大的。根据通量密度和通量剂量转换因子可以得到计算点的γ辐射空气吸收剂量率。
作者:洪天祺 周晓剑 戴瑜 单位:江苏省辐射环境保护咨询中心 环境保护部核与辐射安全中心