臨界事故報(bào)警系統(tǒng)儀表劑量計(jì)算方法研究

邵 增,易 璇,霍小東

(中國(guó)核電工程有限公司，北京100840)

臨界事故報(bào)警系統(tǒng)儀表劑量計(jì)算方法研究

邵 增,易 璇,霍小東

(中國(guó)核電工程有限公司，北京100840)

本文對(duì)臨界安全基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)國(guó)際評(píng)價(jià)中的迷宮實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)建模和驗(yàn)證計(jì)算，使用三維蒙特卡洛程序，采用兩步法對(duì)中子探測(cè)器的讀數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析，統(tǒng)計(jì)了所有448個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算偏差分布。通過(guò)總結(jié)臨界事故報(bào)警系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)位置選擇和閾值設(shè)定的步驟，評(píng)價(jià)了本文所驗(yàn)證內(nèi)容在上述過(guò)程中的作用。本文所開展的臨界事故報(bào)警系統(tǒng)儀表劑量計(jì)算方法研究是臨界事故報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，可以為實(shí)際應(yīng)用提供計(jì)算精度的參考數(shù)據(jù)，也可以應(yīng)用于中子屏蔽設(shè)施的評(píng)價(jià)工作。

迷宮實(shí)驗(yàn)；中子探測(cè)器；劑量計(jì)算；臨界事故；報(bào)警系統(tǒng)；閾值設(shè)置

核臨界安全是核工業(yè)的特殊安全問(wèn)題。天然鈾經(jīng)過(guò)富集或者乏燃料后處理后得到的钚，在對(duì)它們加工、處理、貯運(yùn)和使用過(guò)程中，均緊密地伴隨著臨界安全問(wèn)題。世界上所有從事核科技、核工業(yè)的國(guó)家，無(wú)一不對(duì)臨界安全問(wèn)題予以高度重視。盡管如此，在世界核工業(yè)的發(fā)展歷程中，還是發(fā)生了多起臨界事故，有的造成了人員傷亡的嚴(yán)重后果。因此，為了減小可能的臨界事故造成的輻射受照量，需要在可能發(fā)生臨界事故的區(qū)域設(shè)置臨界事故報(bào)警系統(tǒng)(CAAS：Criticality Accident Alarm System)，以向工作人員發(fā)出臨界事故報(bào)警，讓他們立即撤離受影響的區(qū)域。

設(shè)置臨界事故報(bào)警系統(tǒng)需要考慮安裝CAAS的地點(diǎn)、假想臨界事故的特點(diǎn)以及CAAS的技術(shù)規(guī)格和布置，我國(guó)GB15146.9[1]中對(duì)此有詳細(xì)要求。這些要求中一個(gè)很重要的方面是如何設(shè)置探測(cè)閾值，也就是在計(jì)數(shù)或者是通量、劑量達(dá)到何值時(shí)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)?？梢詫?duì)正常或者事故工況下設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)處的通量、劑量以及探測(cè)器的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)，以此作為設(shè)置閾值的依據(jù)。因此對(duì)計(jì)算評(píng)價(jià)的可靠性的驗(yàn)證是很有必要也是很有意義的。

本文參考臨界安全基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)國(guó)際評(píng)價(jià)中的迷宮實(shí)驗(yàn)[2]的裝置和結(jié)果，采用合適的計(jì)算方法對(duì)其進(jìn)行模擬計(jì)算，比較了計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異，證明了該計(jì)算方法可靠性較好，可以用于臨界事故報(bào)警系統(tǒng)的閾值設(shè)定問(wèn)題的計(jì)算分析。

1 實(shí)驗(yàn)介紹及程序建模

臨界安全基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)國(guó)際評(píng)價(jià)中迷宮實(shí)驗(yàn)是1982年在俄羅斯完成的，目的是為中子劑量估算程序提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。該實(shí)驗(yàn)的主體部分是一個(gè)大型混凝土的三段式迷宮，迷宮通道寬1.6m，高1.8m，四面均布置至少80cm厚的混凝土墻壁，其中第一段約長(zhǎng)6.4m，第二段4.0m，第三段6.4m。實(shí)驗(yàn)通過(guò)在迷宮拐角處墻壁上貼附不同的材料或設(shè)置擋板，使得迷宮內(nèi)中子通量分布發(fā)生變化，總共進(jìn)行了6種實(shí)驗(yàn)方案的測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)用中子源放置在迷宮的一端開口處。實(shí)驗(yàn)采用自發(fā)裂變的252Cf作為中子源，源的強(qiáng)度是每秒放出(5.66±0.18)×108個(gè)中子。锎源被封裝在一個(gè)雙層不銹鋼的罐子里，總質(zhì)量為3.2g。實(shí)驗(yàn)中，中子源被三角架固定在距地面90cm的高度。對(duì)每種布置的方案，分別使用了裸露中子源和置于直徑30.5cm聚乙烯球內(nèi)的中子源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

沿迷宮走向，均勻布置10個(gè)探測(cè)點(diǎn)，均位于迷宮通道正中位置，距地面高度為90cm。使用中子探測(cè)器，對(duì)迷宮內(nèi)不同位置的中子通量進(jìn)行了測(cè)量。中子探測(cè)器選用的是閃爍探測(cè)器，其主體部分是6LiI(Eu)晶體，利用反沖的α和3H粒子的電離效應(yīng)來(lái)探測(cè)中子。實(shí)驗(yàn)中，探測(cè)器的探頭外會(huì)包覆有一個(gè)聚乙烯球，球外包還可能有一層0.08cm厚的鎘，根據(jù)包覆球的直徑，分成2in、3in、5in、5in不含鎘層、8in、10in和12in等7種類型。對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)，使用了多種類型的探測(cè)器分別進(jìn)行了測(cè)量。

對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，準(zhǔn)確而直接的方法就是使用三維程序，詳細(xì)建立實(shí)驗(yàn)方案的模型，在迷宮的測(cè)量點(diǎn)上模擬探測(cè)器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，然后統(tǒng)計(jì)出6Li(n，α) 反應(yīng)的反應(yīng)率。但實(shí)際上，這樣的計(jì)算是很困難的，因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)處的中子通量密度與中子源處相比，要小105～1010倍，即便采取有效減方差技巧，所需計(jì)算時(shí)間(單個(gè)測(cè)量點(diǎn)約需用時(shí)105min)也很難承受。

另外一種“兩步走”的方法是，首先在迷宮模型中不模擬探測(cè)器，統(tǒng)計(jì)出來(lái)各測(cè)量點(diǎn)處的中子通量密度；然后建立中子探測(cè)器的詳細(xì)模型，計(jì)算出中子探測(cè)器分能群的響應(yīng)函數(shù)，然后每群相乘累加得到結(jié)果。使用兩步法可以明顯提高計(jì)算效率，縮短計(jì)算時(shí)間。大致估計(jì)，對(duì)本文所有探測(cè)點(diǎn)的計(jì)算，達(dá)到相近的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，兩步法可以比直接模擬節(jié)省計(jì)算時(shí)間90%以上。

兩步法能夠應(yīng)用的前提是，中子探測(cè)器對(duì)中子場(chǎng)的擾動(dòng)是很小、可以被忽略的。經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，探測(cè)器對(duì)中子場(chǎng)的影響的確是很小的，其差別(0.6%)要遠(yuǎn)小于計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)偏差(1%～3%)。由于中子探測(cè)器對(duì)不同能量的中子的響應(yīng)函數(shù)是不一樣的，因此分為30群，計(jì)算出每一群的中子通量和響應(yīng)函數(shù)，相乘然后各能群的計(jì)數(shù)相加就得到總的計(jì)數(shù)率。

對(duì)迷宮裝置統(tǒng)計(jì)中子通量分布計(jì)算，本文使用三維蒙特卡洛程序MCNP5a進(jìn)行模擬計(jì)算。迷宮模型的水平截面圖見(jiàn)圖1示。252Cf自發(fā)裂變的中子能譜在程序用Watt裂變進(jìn)行模擬。對(duì)每個(gè)探測(cè)點(diǎn)，分30群統(tǒng)計(jì)中子通量及能譜分布。由于通道狹長(zhǎng)，中子通量密度下降很快，最靠近中子源的探測(cè)點(diǎn)的中子通量密度約是最遠(yuǎn)點(diǎn)處的10000倍。因此，沿迷宮方向，共分成11個(gè)區(qū)域，分別設(shè)置倍增的中子重要性，并在每個(gè)探測(cè)點(diǎn)附近劃出一小塊區(qū)域設(shè)置倍增的中子重要性，這樣最遠(yuǎn)探測(cè)點(diǎn)處的中子重要性為源中子重要性的16000倍。按照這種設(shè)定，可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)保證得到的所有探測(cè)點(diǎn)計(jì)數(shù)都滿足誤差要求的計(jì)算結(jié)果。

圖1 迷宮模型水平截面圖Fig.1 Horizontal section of the labyrinth model

探測(cè)器的響應(yīng)函數(shù)也是使用三維蒙特卡洛程序MCNP5a進(jìn)行模擬計(jì)算的，模型的垂直截面圖見(jiàn)圖2所示，模型中詳細(xì)模擬了LiI晶體、TiO2層、玻璃窗、光導(dǎo)管、鋁管等結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)中，為了滿足中子探測(cè)器的量程和精度要求，在探頭外包覆有一個(gè)聚乙烯球，球外包有一層0.08cm厚的鎘，在計(jì)算響應(yīng)函數(shù)時(shí)也進(jìn)行了詳細(xì)模擬。這里探測(cè)器的響應(yīng)函數(shù)定義為單位時(shí)間單位中子通量密度下的探測(cè)器的計(jì)數(shù)，即發(fā)生6Li(n，α)反應(yīng)的次數(shù)。

圖2 探測(cè)器模型垂直剖面圖Fig.2 Vertical section of the detector

探測(cè)器響應(yīng)函數(shù)計(jì)算過(guò)程中，是針對(duì)不同能量的中子分別計(jì)算的，分為30個(gè)能群，對(duì)每個(gè)能群計(jì)算一個(gè)響應(yīng)數(shù)，從而形成不同能群的響應(yīng)函數(shù)。對(duì)每個(gè)能源的響應(yīng)函數(shù)計(jì)算時(shí)，采用了160cm的大球面包圍著探測(cè)器，球心與LiI晶體的中心重合。設(shè)置這樣的面源，單能中子從160cm球面向內(nèi)發(fā)射，發(fā)射角剛好與探測(cè)器的球面相切，計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)中乘以截面積S即可得到歸一化的單位中子通量。由于球面半徑很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于探測(cè)器球面，可以認(rèn)為中子束是平行的。這樣便與中子通量密度的物理概念是吻和的：在空間r處單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入以該小球?yàn)橹行牡膯挝粰M截面積的小球的中子數(shù)。統(tǒng)計(jì)LiI晶體內(nèi)發(fā)生6Li(n，α)反應(yīng)的次數(shù)即可得到該能群的探測(cè)器響應(yīng)函數(shù)。

2 計(jì)算結(jié)果及與實(shí)驗(yàn)值的比較

實(shí)驗(yàn)報(bào)告中給出了每個(gè)實(shí)驗(yàn)方案下，不同測(cè)點(diǎn)、包覆不同直徑的聚乙烯球的探測(cè)器的計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)率的單位為“次/s”，已經(jīng)除去本底效應(yīng)，計(jì)數(shù)率的總不確定度為3%。

本次驗(yàn)證工作對(duì)以下所有實(shí)驗(yàn)方案各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算和比較：

? Case1A：空的迷宮，裸露中子源；

? Case1B：空的迷宮，中子源置于聚乙烯球內(nèi)；

? Case2A：迷宮第一個(gè)拐角處放置聚乙烯和鎘層，裸露中子源；

? Case2B：迷宮第一個(gè)拐角處放置聚乙烯和鎘層，中子源置于聚乙烯球內(nèi)；

? Case3A：迷宮第一個(gè)拐角處放置聚乙烯層，裸露中子源；

? Case3B：迷宮第一個(gè)拐角處放置聚乙烯層，中子源置于聚乙烯球內(nèi)；

? Case4A：迷宮兩個(gè)拐角處放置含硼混凝土層，裸露中子源；

? Case4B：迷宮兩個(gè)拐角處放置含硼混凝土層，中子源置于聚乙烯球內(nèi)；

? Case5A：迷宮第二段內(nèi)放置兩個(gè)聚乙烯隔板，裸露中子源；

? Case5B：迷宮第二段內(nèi)放置兩個(gè)聚乙烯隔板，中子源置于聚乙烯球內(nèi)；

? Case6A：迷宮第一個(gè)拐角處增加一個(gè)原方向延伸的密封段，裸露中子源；

? Case6B：迷宮第一個(gè)拐角處增加一個(gè)原方向延伸的密封段，中子源置于聚乙烯球內(nèi)。

圖3給出了所用到的探測(cè)器的響應(yīng)函數(shù)，從圖中可以看出：含鎘層的探測(cè)器在超熱中子區(qū)域基本沒(méi)有響應(yīng)函數(shù)，這是由于鎘對(duì)熱中子的吸收；包裹聚乙烯球的直徑小的探測(cè)器在熱能中子區(qū)域響應(yīng)函數(shù)較大，而包裹聚乙烯球的直徑大的探測(cè)器在快中子區(qū)域響應(yīng)函數(shù)較大，這是由于聚乙烯的慢化作用和探測(cè)器發(fā)生6Li(n，α) 反應(yīng)的截面特性導(dǎo)致的。

圖3 探測(cè)器響應(yīng)函數(shù)Fig.3 Response functions of the detectors

探測(cè)器的響應(yīng)函數(shù)與實(shí)驗(yàn)方案各測(cè)點(diǎn)的分能群中子通量相乘，即可得到探測(cè)器讀數(shù)的預(yù)測(cè)值。

以Case1A為例，該實(shí)驗(yàn)方案的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比值列在圖4中。在幾種探測(cè)器的過(guò)比較中，外面包裹2in、3in聚乙烯球時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)讀數(shù)符合最好；其他幾種情況下計(jì)算結(jié)果偏大較多，偏差多數(shù)在+20%～+40%之間。

所有448個(gè)計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果的比值的統(tǒng)計(jì)情況如圖5所示。從圖5中可以看出，計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)出比實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大20%～40%的系統(tǒng)偏差。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，偏差在-10%至 +30% 之間的測(cè)點(diǎn)數(shù)目占總數(shù)的73.7%，偏差在-10%至+50%之間的測(cè)點(diǎn)數(shù)目占總數(shù)的93.5%。

圖4 Case1A計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比值Fig.4 Ratios of the calculation to experiment results of Case1A

圖5 全部448個(gè)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比值的統(tǒng)計(jì)柱狀圖Fig.5 Statistic of the total 448 ratios of the calculation to experiment results

造成計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果之間偏差的原因有很多。蒙卡程序本身的統(tǒng)計(jì)不確定度為5%左右，其他不確定度來(lái)源于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的不確定度及建模引入的不確定度。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的不確定度有3%，距離較遠(yuǎn)點(diǎn)的測(cè)量測(cè)量不確定度甚至有5%～10%，中子源強(qiáng)度的不確定度也有6%。計(jì)算所建立的模型已經(jīng)盡可能真實(shí)的反映實(shí)驗(yàn)裝置，但事實(shí)上存在很多不確定度因素，如構(gòu)成迷宮的主要材料混凝土的密度、含水率，聚乙烯的密度、成分，空氣的壓力、濕度、溫度等。迷宮實(shí)驗(yàn)中，中子經(jīng)過(guò)多次散射才到達(dá)探測(cè)點(diǎn)，且強(qiáng)度衰減很大，此過(guò)程中與之發(fā)生反應(yīng)的各種材料對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大。綜合考慮實(shí)驗(yàn)中各參數(shù)的不確定度，該實(shí)驗(yàn)的計(jì)數(shù)率數(shù)據(jù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為8%～26%(1σ)。

例如，在Case1A的通量計(jì)算模型中，將混凝土的含水率增大一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.04g H2O/cm3，則會(huì)對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率預(yù)測(cè)值引入-5%～-20% 的偏差。又如，將包裹中子源的聚乙烯球密度增大一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.02g/cm3，則會(huì)對(duì)探測(cè)器計(jì)數(shù)率預(yù)測(cè)值引入+4%～-14%的偏差。

在實(shí)際應(yīng)用此類劑量估計(jì)中，一般至少取30%的不確定度，從這個(gè)角度來(lái)看計(jì)算得到的偏差是與之相符的。個(gè)別測(cè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果甚至超出了60%，可能存在一些不確定的因素，應(yīng)該被忽略掉。

3 應(yīng)用研究

迷宮實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證計(jì)算分析了中子探測(cè)器中探頭所探測(cè)到的中子通量的計(jì)算方法可靠性。實(shí)際應(yīng)用中，需要的可能是中子通量數(shù)據(jù)，有時(shí)需要的是劑量數(shù)據(jù)。由于劑量和通量之間可以采用ICRP第74號(hào)出版物給出的通量-劑量轉(zhuǎn)換因子進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因此上面對(duì)中子通量進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)論也適用于劑量評(píng)價(jià)。

通過(guò)前面的分析比較可知，使用三維蒙卡程序分兩個(gè)步驟評(píng)價(jià)探測(cè)器儀表的通量讀數(shù)的方法，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好，系統(tǒng)偏差在可接受范圍內(nèi)，可以認(rèn)為該方法是可信可行的，可以在實(shí)踐中進(jìn)行使用。

對(duì)于臨界事故報(bào)警系統(tǒng)，位置的設(shè)定和閾值的設(shè)置，對(duì)于該系統(tǒng)能否正確的發(fā)揮其應(yīng)有的功能，有著決定性的作用。閾值即報(bào)警觸發(fā)點(diǎn)的設(shè)置不能過(guò)高也不能過(guò)低，過(guò)高則可能對(duì)最小臨界事故不報(bào)警，過(guò)低則對(duì)會(huì)很容易導(dǎo)致誤報(bào)警，兩種情況都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)事故，造成人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失。這里最小臨界事故定義為：在2m處自由空氣中的劑量吸收率為0.2Gy/min。

臨界事故產(chǎn)生的輻射主要由裂變過(guò)程直接產(chǎn)生的γ和中子組成。次級(jí)γ輻射是由中子與臨界源周圍的結(jié)構(gòu)材料和屏蔽材料的俘獲反應(yīng)發(fā)射出的。不同的臨界裝置觀測(cè)到的瞬發(fā)輻射在大氣中產(chǎn)生的中子和γ輻射劑量是有差別的。因此在評(píng)價(jià)最小臨界事故時(shí)，2m處自由空氣中的劑量吸收率0.2Gy/min為中子和γ輻射的總劑量，需要使用程序分別統(tǒng)計(jì)中子和γ輻射劑量，確定比例，然后才能計(jì)算出對(duì)應(yīng)最小臨界事故的裂變次數(shù)。

以后處理廠中一個(gè)貯存和操作钚溶液的設(shè)備室為例，該設(shè)備室擬安裝某型臨界事故報(bào)警儀。此報(bào)警儀的探測(cè)器為三個(gè)相互獨(dú)立的6Li (ZnS/Ag)閃爍體中子探測(cè)器，能量響應(yīng)為熱中子，精度為±15%，量程為2μSv/h～20mSv/h。

為確定臨界事故報(bào)警儀的安裝位置和報(bào)警閾值，采用三維蒙特卡洛程序，按照下面的步驟進(jìn)行分析計(jì)算：

1) 計(jì)算可能發(fā)生臨界事故的钚溶液在臨界值附近的中子泄漏能譜，作為固定中子源的能譜進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算；

2) 計(jì)算在可能的臨界事故發(fā)生點(diǎn)2m處自由空氣中的中子和γ輻射總的劑量吸收率為0.2Gy/min時(shí)對(duì)應(yīng)的裂變次數(shù)，作為所考慮的最小臨界事故，以此確定固定中子源的強(qiáng)度；

3) 根據(jù)步驟1和步驟2所確定的中子泄漏能譜和中子源強(qiáng)度，分析擬布置臨界事故探測(cè)儀的幾個(gè)位置的中子通量和能譜，并得到探測(cè)器的中子通量讀數(shù)預(yù)測(cè)值；

4) 步驟3所計(jì)算出的中子通量讀數(shù)預(yù)測(cè)值，乘以通量-劑量轉(zhuǎn)換因子得到劑量讀數(shù)預(yù)測(cè)值；

5) 根據(jù)步驟4計(jì)算得到的劑量讀數(shù)預(yù)測(cè)值，考慮計(jì)算方法的可能偏差，與儀表量程比較，選擇在量程范圍內(nèi)的探測(cè)點(diǎn)作為臨界事故報(bào)警儀的布置點(diǎn)。

6) 報(bào)警閾值根據(jù)計(jì)算計(jì)算結(jié)果保守設(shè)置。同時(shí)分析探測(cè)范圍內(nèi)可能的本底照射(天然本底和核材料、核廢料等衰變、自發(fā)裂變產(chǎn)生照射劑量)對(duì)探測(cè)器的讀數(shù)影響，報(bào)警閾值應(yīng)遠(yuǎn)高于本底讀數(shù)，即臨界事故報(bào)警儀的布置點(diǎn)應(yīng)避開本底照射劑量強(qiáng)的位置。

7) 如果探測(cè)范圍內(nèi)有多個(gè)可能發(fā)生臨界事故的設(shè)備，應(yīng)綜合考慮各個(gè)可能發(fā)生臨界事故的設(shè)備、裝置、容器發(fā)生最小臨界事故時(shí)，最終確定中子探測(cè)器的位置及閾值設(shè)置。

在上面的步驟中，最重要的一步就是計(jì)算發(fā)生最小臨界事故時(shí)中子通量的分布及探測(cè)器的讀數(shù)預(yù)測(cè)值。在該步驟的計(jì)算中，可以采用本文驗(yàn)證迷宮實(shí)驗(yàn)所采用的計(jì)算方法，考慮可能的計(jì)算偏差，來(lái)設(shè)定臨界報(bào)警儀的位置和報(bào)警閾值。

4 結(jié)論

本文對(duì)臨界安全基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)國(guó)際評(píng)價(jià)中的迷宮實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證計(jì)算，使用三維蒙特卡洛程序，采用兩步法對(duì)中子探測(cè)器的讀數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析，統(tǒng)計(jì)了該計(jì)算的計(jì)算偏差分布。本文使用的計(jì)算方法結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合較好，偏差在可接受范圍內(nèi)，可以認(rèn)為該方法是可信可行的，可以在實(shí)踐中進(jìn)行使用。本文總結(jié)了臨界事故報(bào)警系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)位置選擇和閾值設(shè)定的步驟，評(píng)價(jià)了本文所驗(yàn)證內(nèi)容在實(shí)際應(yīng)用中的作用。本文所開展的臨界事故報(bào)警系統(tǒng)儀表劑量計(jì)算方法研究是臨界事故報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，可以為實(shí)際應(yīng)用提供計(jì)算精度的參考數(shù)據(jù)，也可以應(yīng)用于中子屏蔽設(shè)施的評(píng)價(jià)工作。

[1] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局. GB15146.9-94. 反應(yīng)堆外易裂變材料的核臨界安全核臨界事故探測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的性能及檢驗(yàn)要求[S]. 1994.

[2] Mark Nikolaev， Natalia Prokhorova. Neutron fields in three-section concrete Labyrinth from Cf-252 source[R]， NEA/NSC/DOC/(95)03/VIII， 2005.

The Dose Calculation Method Research for the Criticality Accident Alarm System Instrument

SHAO Zeng， YI Xuan，HUO Xiao-dong

(China Nuclear Power Engineering Co， Beijing， 100840)

This paper sets up a detailed model and does a validation calculation work for a labyrinth experiment in the international handbook of evaluated criticality safety benchmark experiments. A two-step method is used to predict the neutron detector’s readings using a three-dimensional Monte Carlo code. The calculation results are compared to the experiment readings， and the calculation biases statistic is done for the total 448 detect points. According to summarize the process in the location choosing and threshold setup for the criticality accident alarm system in the practice， the validation content done in this paper is evaluated. The dose calculation method research for the criticality accident alarm system instrument carried out in this paper is a base task in the criticality accident alarm system setup process. It can provide reference data for calculation precision in practice， and it can also be used for the neutron shielding configuration installations’ evaluation work.

Labyrinth experiment；Neutron detector；Dose calculation；Criticality accident；Alarm system；Threshold setup

2016-12-22

邵 增(1985—)，男，山東滕州人，工程師，主要從事臨界安全和次臨界能源堆方面的研究

TL32，TL75

A 文章編號(hào)：0258-0918(2017)01-0106-07