EAST托卡馬克裝置的核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

李 凱 鐘國(guó)強(qiáng) 胡立群 劉光柱 周瑞杰 普 能

（中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所 合肥 230031）

EAST托卡馬克裝置的核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

李 凱 鐘國(guó)強(qiáng) 胡立群 劉光柱 周瑞杰 普 能

（中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所 合肥 230031）

EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)現(xiàn)階段D-D運(yùn)行產(chǎn)生2.45 MeV聚變中子及次級(jí)核反應(yīng)γ射線，為了解EAST運(yùn)行期間輻射場(chǎng)的分布及強(qiáng)度，確保運(yùn)行期間人員及環(huán)境的核輻射安全。針對(duì)EAST運(yùn)行期間裝置大廳內(nèi)部存在較強(qiáng)的中子、伽馬瞬變輻射場(chǎng)的特征，結(jié)合環(huán)境低本底輻射監(jiān)測(cè)的需要，采用寬動(dòng)態(tài)范圍、快時(shí)間響應(yīng)的場(chǎng)所輻射監(jiān)測(cè)探測(cè)器，與高靈敏度、穩(wěn)定性好的環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)探測(cè)器相結(jié)合的方式，圍繞EAST裝置布置13個(gè)輻射監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每點(diǎn)分別安裝一臺(tái)中子、伽馬監(jiān)測(cè)器。采用自行編寫的LabVIEW輻射監(jiān)測(cè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，組建了一套EAST托卡馬克裝置的中子、伽馬輻射劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在2015年春季EAST實(shí)驗(yàn)中連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了三個(gè)月，可靠性較高，獲取了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足EAST核輻射監(jiān)測(cè)的要求，同時(shí)為后續(xù)開展聚變堆輻射安全與防護(hù)研究提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

EAST，托卡馬克，輻射監(jiān)測(cè)，中子，γ射線

EAST是我國(guó)首個(gè)自主設(shè)計(jì)和建造的全超導(dǎo)托卡馬克裝置[1]，為我國(guó)在探索實(shí)現(xiàn)聚變能源的物理、工程問題提供良好的平臺(tái)。聚變反應(yīng)使輕核在一定條件下作用生成新的更重的原子核，過程中釋放大量能量，聚變是解決未來能源問題的有效途徑。

核聚變過程產(chǎn)生大量的聚變中子，國(guó)內(nèi)外在聚變輻射安全與防護(hù)上已經(jīng)開展了大量工作[2?4]。國(guó)內(nèi)使用MCNP開展了HT-7U的活化研究，并設(shè)計(jì)了一套中子、γ監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。國(guó)外開展了KSTAR裝置材料的中子活化研究。圍繞JT-60托卡馬克裝置的主要輻射來源進(jìn)行了分析，對(duì)裝置運(yùn)行期間及運(yùn)行結(jié)束后的γ劑量當(dāng)量率進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)6年的監(jiān)測(cè)。

EAST托卡馬克裝置在實(shí)驗(yàn)放電期間會(huì)產(chǎn)生大量的中子及中子誘導(dǎo)產(chǎn)生的γ射線，盡管EAST屏蔽大廳(33 m×28 m×23.1 m)四周屏蔽墻體厚度1.5m，頂部屏蔽墻厚1 m，屏蔽墻體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但部分中子及γ射線仍可能進(jìn)入環(huán)境中，對(duì)周圍環(huán)境及工作人員造成危害。

EAST裝置于2013年開始升級(jí)改造，EAST原有核輻射探測(cè)器存在老舊嚴(yán)重、部分探測(cè)器飽和等問題。本文基于EAST目前的運(yùn)行工況，同時(shí)考慮未來可能達(dá)到的運(yùn)行參數(shù)，為保障工作人員及周圍環(huán)境的輻射劑量安全，設(shè)計(jì)了一套EAST核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圍繞EAST周邊布置了13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)分為大廳內(nèi)場(chǎng)所監(jiān)測(cè)及大廳外環(huán)境監(jiān)測(cè)兩部分，大廳內(nèi)采用寬動(dòng)態(tài)范圍探測(cè)器，解決探測(cè)器飽和的情況，大廳外采用高靈敏度、穩(wěn)定性好的探測(cè)器，能夠很好的響應(yīng)低水平的劑量率波動(dòng)。同時(shí)，使用LabVIEW編寫了EAST核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集軟件。EAST核輻射系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間、放電間隙期、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后EAST周圍的中子、γ輻射水平進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)。

1 輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

目前EAST聚變裝置主要進(jìn)行D-D等離子體實(shí)驗(yàn)，主要核反應(yīng)過程如下：

從式(1)、(2)可以看出，聚變中子的來源為D-D等離子體反應(yīng)產(chǎn)生的能量2.45 MeV的中子。EAST輻射場(chǎng)[5]與加速器類似，EAST放電為脈沖式，持續(xù)時(shí)間一般在十幾秒，設(shè)計(jì)最大脈沖為1 000 s，僅在等離子體放電期間產(chǎn)生中子以及γ射線，EAST放電結(jié)束后中子消失，只有活化產(chǎn)生的γ射線。

1.1 監(jiān)測(cè)器

EAST核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括大廳內(nèi)的場(chǎng)所輻射監(jiān)測(cè)及大廳外的環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)[6]，大廳內(nèi)等離子體運(yùn)行期間劑量當(dāng)量率較高，且放電持續(xù)時(shí)間較短，放電結(jié)束后劑量率很快衰減到較低水平，因此對(duì)于大廳內(nèi)的輻射劑量監(jiān)測(cè)，要求監(jiān)測(cè)器具有動(dòng)態(tài)范圍寬、響應(yīng)較快、能夠在受到高劑量率照射下很快恢復(fù)等特點(diǎn)，滿足短時(shí)間內(nèi)高劑量率監(jiān)測(cè)的要求。大廳外由于屏蔽大廳的良好屏蔽效果，EAST放電并不會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大影響，大廳外劑量率穩(wěn)定在較低水平，因此要求大廳外的監(jiān)測(cè)器具有靈敏度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)。

1.1.1 γ監(jiān)測(cè)器

首先，大廳內(nèi)γ監(jiān)測(cè)器采用動(dòng)態(tài)范圍寬、響應(yīng)快的場(chǎng)所輻射監(jiān)測(cè)器。探頭部分采用圓柱形電離室，內(nèi)充2 MPa的氬氣。同時(shí)，針對(duì)脈沖輻射場(chǎng)的特點(diǎn)，減少電離室在瞬時(shí)高劑量率下的正負(fù)離子復(fù)合效應(yīng)，在電離室的設(shè)計(jì)中采取縮短兩收集電極板間距和提高工作電壓的方式。電離室輸出的電流信號(hào)，采用I-F電流頻率變換的方法，將微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，I-F電路中采用電荷泵電路代替開關(guān)電路，提高電路的靈敏度及抗干擾能力，并能在一定程度上克服零點(diǎn)漂移的問題，I-F變換原理圖如圖1。

圖1 I-F變換電路示意圖Fig.1 Schematic diagram of I-F transform circuit.

大廳外采用球形高壓氬氣電離室，內(nèi)充2.5MPa的氬氣，收集電極為?50 mm的小球，電離室輸出信號(hào)經(jīng)I-F變換后供采集系統(tǒng)使用。此球形電離室具有靈敏度高、能量響應(yīng)好、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，測(cè)量范圍0.01?6000 μGy·h?1，能量響應(yīng)范圍0.050?10MeV。

1.1.2 中子監(jiān)測(cè)器

EAST裝置D-D等離子體運(yùn)行產(chǎn)生大量的聚變中子，中子劑量占大廳內(nèi)總劑量的份額較大，且高參數(shù)等離子體放電的瞬時(shí)中子通量較高，在這種持續(xù)時(shí)間短、劑量率高的場(chǎng)所，普通中子監(jiān)測(cè)器存在漏計(jì)數(shù)嚴(yán)重、響應(yīng)不及時(shí)的情況，無法正確給出大廳內(nèi)的中子劑量水平。

為適應(yīng)EAST大廳內(nèi)中子場(chǎng)特點(diǎn)，本文大廳內(nèi)使用的中子監(jiān)測(cè)器采用?25 mm×135 mm的小型BF3正比計(jì)數(shù)管，通過降低BF3涂層厚度、降低管內(nèi)充氣氣壓、調(diào)整鎘片開孔面積的方式，降低監(jiān)測(cè)器靈敏度，提高探測(cè)上限。計(jì)數(shù)管外包1 mm厚的開孔隔片用于改善計(jì)數(shù)管的能量響應(yīng)，最外層為厚度6.5 cm的圓柱狀高壓聚乙烯慢化體。經(jīng)標(biāo)定探測(cè)器靈敏度約為93.05 nSv·Plus?1，能量響應(yīng)范圍為2.53×10?2?1.6×107eV。監(jiān)測(cè)器示意圖如圖2所示。

圖2 中子監(jiān)測(cè)器外觀及結(jié)構(gòu)Fig.2 Appearance and structure of neutron monitor.

中子計(jì)數(shù)管的工作電壓為1 800 V，中子管輸出的脈沖幅度為十幾毫伏。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，后續(xù)經(jīng)過前放、主放、甄別、脈沖成形，最后經(jīng)輸出電路輸出+12 V、10 μs的脈沖，進(jìn)入單片機(jī)采集。

圖3 中子監(jiān)測(cè)器電路Fig.3 Schematic diagram of neutron detector circuit.

慢化型中子探測(cè)器在脈沖輻射場(chǎng)中具有展寬窄中子脈沖的作用，1 μs的窄脈沖可被展寬到300μs[7]。EAST大廳內(nèi)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，持續(xù)時(shí)間為5 s的等離子體放電，實(shí)測(cè)采集到的中子持續(xù)時(shí)間可達(dá)9 s，大大降低瞬時(shí)劑量率，對(duì)于提高計(jì)數(shù)管內(nèi)離子的收集效率、減少漏計(jì)數(shù)有很大作用。

環(huán)境中子劑量率約為nGy·h?1級(jí)別，為準(zhǔn)確測(cè)量如此低水平中子本底，要求環(huán)境中子監(jiān)測(cè)器具有很高的靈敏度，目前市場(chǎng)上劑量當(dāng)量率儀靈敏度普遍偏低[8]，可靠測(cè)量下限為0.1 μGy·h?1。因此，在探測(cè)器的設(shè)計(jì)上為提高靈敏度滿足EAST大廳外環(huán)境中子監(jiān)測(cè)的需要，使用大型中子計(jì)數(shù)管(?50mm× 350 mm)，探測(cè)器結(jié)構(gòu)采用非雷姆結(jié)構(gòu)，慢化體為圓柱狀，提高了靈敏度，能夠測(cè)定本底水平。注量率靈敏度為12 Plus·μSv?1·h。

1.2 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

EAST輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[9]由13個(gè)獨(dú)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)、1臺(tái)輻射采集PC組成，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別布置一臺(tái)中子、γ監(jiān)測(cè)器，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布如圖4所示，監(jiān)測(cè)器N代表中子監(jiān)測(cè)器，G代表γ監(jiān)測(cè)器，數(shù)字為監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)。

其中，大廳內(nèi)布置3個(gè)點(diǎn)（1、2、3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)），分別位于EAST大廳內(nèi)三面屏蔽墻上，用于監(jiān)測(cè)運(yùn)行期間大廳內(nèi)的劑量率變化情況，了解不同運(yùn)行參數(shù)、模式的劑量率變化情況，方便開展EAST運(yùn)行相關(guān)核輻射劑量研究，同時(shí)對(duì)EAST運(yùn)行間隙期及運(yùn)行后的大廳內(nèi)劑量率情況進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，確保工作人員在大廳內(nèi)的輻射安全。另外10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于EAST實(shí)驗(yàn)大廳外，4、9、10號(hào)點(diǎn)分別放置于實(shí)驗(yàn)大樓入口處、大廳東入口、大廳西屏蔽門，均為人員進(jìn)出密集處，且屏蔽門與墻體之間的縫隙易導(dǎo)致大廳內(nèi)輻射進(jìn)入環(huán)境中，因此在上述三處分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。11及12號(hào)點(diǎn)分別為實(shí)驗(yàn)控制大廳、所辦公大樓，人員長(zhǎng)期停留，需要在這兩點(diǎn)分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)確保人員的安全。13號(hào)點(diǎn)靠近大廳負(fù)二層北側(cè)，由于布置管道及線路的需要，該點(diǎn)部分墻體采用沙袋填充，EAST運(yùn)行期間大廳內(nèi)中子、γ射線可能從此處進(jìn)入地溝，因此有必要在該點(diǎn)布置監(jiān)測(cè)探測(cè)器。其余5、6、7、8分別布置在大廳外墻上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境的輻射變化情況。

圖4 EAST實(shí)驗(yàn)大廳示意圖及監(jiān)測(cè)器布點(diǎn)分布Fig.4 Layout of EAST experimental hall and the distribution of monitors.

1.3 數(shù)據(jù)采集

由于13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布較分散，個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)離采集PC較遠(yuǎn)，給輻射采集組網(wǎng)帶來困難，實(shí)際組網(wǎng)中采用雙絞線+以太網(wǎng)的混合組網(wǎng)模式，對(duì)布線困難的11、12、13號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用所內(nèi)現(xiàn)有的以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)均采用雙絞線連接探測(cè)器與采集PC。借鑒以往實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的經(jīng)驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集摒棄原有的晶體管-晶體管邏輯集成電(Transistor-Transistor Logic, TTL)脈沖傳輸方式，避免TTL轉(zhuǎn)換模塊引入的計(jì)數(shù)率瓶頸，統(tǒng)一采用探測(cè)器RS-485串口輸出方式。探測(cè)器在獲取輻射信息后，原始信號(hào)經(jīng)過處理進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)輸出RS-485協(xié)議數(shù)據(jù)，經(jīng)雙絞線或以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)采集。因普通PC不具備RS-485串口的通訊協(xié)議，采集機(jī)插入MOXA型號(hào)為CP-118EL的外設(shè)組件互連標(biāo)準(zhǔn)(Peripheral Component Interconnect, PCI)多串口卡，通DB9連接頭連接，實(shí)現(xiàn)PC與探測(cè)器的實(shí)時(shí)通訊，獲取探測(cè)器的實(shí)時(shí)測(cè)量信息。

為方便13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看及存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)了解EAST大廳內(nèi)及周邊環(huán)境的輻射情況，使用LabVIEW軟件編寫了EAST核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集軟件，軟件通過串口主動(dòng)查詢數(shù)據(jù)的方式，同時(shí)采集13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)26個(gè)探測(cè)器的數(shù)據(jù)，在監(jiān)測(cè)軟件界面上實(shí)時(shí)給出劑量率的數(shù)據(jù)及變化圖形。采集軟件在編寫時(shí)大量使用子VI，將功能相同的模塊進(jìn)行集成，減少內(nèi)存占用量，提高軟件長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的能力。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.1 實(shí)驗(yàn)前本底輻射監(jiān)測(cè)

EAST核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，于2015年EAST春季實(shí)驗(yàn)前一個(gè)月，開始長(zhǎng)時(shí)間的輻射本底監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)期間系統(tǒng)未出現(xiàn)故障，無劑量率異常情況。選取其中大廳外7號(hào)點(diǎn)及10號(hào)點(diǎn)一周的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如圖5(a)、圖6(a)所示。在圖6(a)中，中子本底劑量率值較穩(wěn)定，平均值分別為N7：2.305 nGy·h?1、N10：2.218nGy·h?1，所用監(jiān)測(cè)器的靈敏度能夠滿足低本底環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要；圖5(a)中，γ本底隨時(shí)間波動(dòng)較大，且每天的波動(dòng)趨勢(shì)隨時(shí)間的變化基本一致，主要是受太陽輻射粒子的影響，到接近下午14:00左右本底劑量率達(dá)到最高水平，隨后開始下降，到第二天又開始逐漸上升，每天都重復(fù)上述過程。數(shù)據(jù)表明，環(huán)境伽馬監(jiān)測(cè)器能夠監(jiān)測(cè)到微小的輻射變化，靈敏度較高。

2.2 實(shí)驗(yàn)期間輻射監(jiān)測(cè)

為實(shí)時(shí)了解EAST運(yùn)行期間及運(yùn)行結(jié)束后大廳內(nèi)及周邊環(huán)境的輻射情況，核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)24 h不間斷運(yùn)行。截取了7、10號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在放電期間一周內(nèi)的劑量率變化情況，如圖5(b)、圖6(b)所示。

對(duì)比圖5(a)、(b)可發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)期間γ劑量率隨時(shí)間的變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)前類似。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)期間G10劑量率變化曲線能明顯看到“尖峰”的存在，這是由于10號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)靠近屏蔽門，運(yùn)行期間有伽馬射線通過屏蔽門與墻體之間的縫隙進(jìn)入環(huán)境，但總γ劑量率仍較低，并不會(huì)對(duì)環(huán)境造成大的輻射劑量。G7探測(cè)器安裝于一塊完整的屏蔽墻上，屏蔽效果較好，只在極少數(shù)高參數(shù)實(shí)驗(yàn)條件下，G7劑量率稍高于實(shí)驗(yàn)前天然本底。

對(duì)比圖6(a)、(b)，N7中子劑量率與實(shí)驗(yàn)前本底水平相近，放電期間無明顯的瞬時(shí)劑量率升高。由于中子有一定幾率從墻體與屏蔽門的縫隙中逃逸出，N10劑量率曲線同樣可以觀察到“尖峰”的存在，最高瞬時(shí)劑量率不超過0.03 μGy·h?1。但由于EAST運(yùn)行屬于“脈沖式”，每炮持續(xù)時(shí)間較短，放電結(jié)束后大廳外中子、γ水平很快回到本底水平。為直觀地了解EAST運(yùn)行對(duì)周邊環(huán)境的影響，表1分別對(duì)7、10號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在5.29?6.4（實(shí)驗(yàn)前）及7.1?7.7（實(shí)驗(yàn)期間）的平均劑量率以及此區(qū)間內(nèi)的累積劑量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從表1中可以看出，γ累積劑量受不同時(shí)間段本底劑量率水平差別的影響，實(shí)驗(yàn)期間G7、G10累積劑量均稍低于實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)期間中子累積劑量高于實(shí)驗(yàn)前期，N7、N10累積劑量偏差分別為0.15%、5.34%，總體來說實(shí)驗(yàn)期間劑量率基本處于本底水平，EAST屏蔽大廳對(duì)運(yùn)行期間產(chǎn)生的中子、γ射線屏蔽效果較好。

圖5 EAST核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)7、10號(hào)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)前(a)以及實(shí)驗(yàn)期間(b)的γ劑量率Fig.5 Gamma dose rate curves of points 7 and 10 of EAST radiation monitoring system before (a) and during (b) the experiment.

圖6 EAST核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)7、10號(hào)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)前(a)以及實(shí)驗(yàn)期間(b)的中子劑量率Fig.6 Neutron dose rate curves of points 7 and 10 of EAST radiation monitoring system before (a) and during (b) the experiment.

表1 實(shí)驗(yàn)前與實(shí)驗(yàn)期間劑量率、累積劑量對(duì)比Table 1 Comparison of dose rate and accumulated dose before and during the experiment.

3 結(jié)語

針對(duì)EAST運(yùn)行期間輻射場(chǎng)的特點(diǎn)，在EAST大廳內(nèi)外布置了13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成的輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為滿足EAST運(yùn)行期間高參數(shù)、持續(xù)時(shí)間短的“脈沖式”輻射監(jiān)測(cè)，大廳內(nèi)采用動(dòng)態(tài)范圍寬、響應(yīng)快的場(chǎng)所監(jiān)測(cè)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大廳內(nèi)運(yùn)行期間劑量率變化以及運(yùn)行間隙期劑量率的衰減情況。大廳外輻射為本底水平，故采用靈敏度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好的環(huán)境監(jiān)測(cè)器，確保周邊環(huán)境及人員的輻射安全。采集組網(wǎng)采用雙絞線直連+以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式，借助多串口設(shè)備卡將探測(cè)器數(shù)據(jù)與PC連接，并自行編寫EAST核輻射采集軟件，可實(shí)時(shí)采集、查看、存儲(chǔ)各監(jiān)測(cè)器數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)于2015年春季EAST實(shí)驗(yàn)前開始運(yùn)行，并開始長(zhǎng)時(shí)間本底監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)期間運(yùn)行良好，各監(jiān)測(cè)器以及監(jiān)測(cè)軟件未出現(xiàn)故障，2015春季運(yùn)行累積時(shí)長(zhǎng)三個(gè)月。實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)器能滿足大廳內(nèi)外輻射監(jiān)測(cè)的需要，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高、穩(wěn)定性好，同時(shí)EAST屏蔽大廳對(duì)大廳內(nèi)產(chǎn)生的中子、γ射線具有很好的屏蔽效果。

EAST核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前只進(jìn)行了中子、γ射線的監(jiān)測(cè)，后續(xù)有待開展放射性氣體（氚氣）、放射性液體流出物的監(jiān)測(cè)，逐步完善EAST的核輻射監(jiān)測(cè)體系。

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Radiation monitoring system for EAST tokamak

LI Kai ZHONG Guoqiang HU Liqun LIU Guangzhu ZHOU Ruijie PU Neng

(Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China)

Background: During the experiment of Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), reaction of D-D may generate neutrons with energy of 2.45 MeV, and bremsstrahlung gamma rays and neutron activated gamma rays as well. Purpose: The aim is to study the radiation of neutrons and gamma rays in the EAST hall during the running of EAST tokamak and obtain the radiation doses under different modes and parameters by implementing a radiation monitoring system to diagnose some plasma parameters and ensure the radiation safety of the personnel and the environment around EAST. Methods: In consideration of the highly and transient radiation doses of neutrons and gamma rays contrast to the lowly environmental background during the plasma discharge in the EAST hall, the combination of high ranging and fast responding detectors are adopted in the EAST hall whilst high sensitivity and stability detectors are deployed in the environment. Thirteen monitoring points were selected around the EAST, each point contains a neutron detector and a gamma ray detector. Combination of Ethernet and twisted pair are adopted for the data transmission, and the radiation monitoring software based on LabVIEW was developed. Results: A radiation monitoring system of EAST tokamak was successfully built to monitor and save the real-time radiation dose rates of each detector, and to produce an alarm signal when abnormal dose rate happens. The radiation monitoring system had run stably for more than three months during the EAST experiment in the spring of 2015, and obtained many useful experimental data on fusion radiation safety and protection. Conclusion: The radiation monitoring system can well monitor the radiation around the EAST tokamak, and provide a platform for the future study of radiation safety and protection of the fusion reactor.

EAST, Tokamak, Radiation monitoring, Neutron, Gamma ray

TL75+1

10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.110602

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.11261140328)、國(guó)家磁約束聚變科學(xué)計(jì)劃(No.2015GB103000)資助

李凱，男，1990年出生，2014年于東華理工大學(xué)獲碩士學(xué)位

鐘國(guó)強(qiáng)，E-mail: gqzhong@ipp.ac.cn

2015-09-15，

2015-10-20

CLC TL75+1