核電站硼表探測(cè)裝置內(nèi)中子劑量率分布及對(duì)周圍劑量場(chǎng)影響的計(jì)算分析

李紅英　鄭文君　丁泮　鄒益民　胡忠良

摘要 為了解核電站硼濃度測(cè)量系統(tǒng)探測(cè)裝置內(nèi)中子源劑量率分布及對(duì)探測(cè)裝置周圍劑量場(chǎng)的影響，為硼表探測(cè)裝置標(biāo)定時(shí)的輻射劑量控制提供參考，本文采用MCNP4C程序，對(duì)安裝在核電站硼濃度測(cè)量系統(tǒng)探測(cè)裝置中的3.5Ci 238pu-Be中子源在其中的注量率分布及該中子源對(duì)探測(cè)裝置周圍的劑量分布進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)果表明，雖然該探測(cè)裝置表面劑量率滿足硼濃度測(cè)量裝置技術(shù)規(guī)格書的要求，但其對(duì)周圍劑量場(chǎng)的影響仍然較大，在進(jìn)行硼濃度標(biāo)定試驗(yàn)時(shí)，需有效控制現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間，才能有效控制工作人員的受照劑量。

關(guān)鍵詞 探測(cè)裝置；中子注量率；劑量場(chǎng)；分析

M310核電站硼濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探測(cè)裝置（簡稱硼表）中安裝有一枚3.5Ci的238pu Be中子源，該探測(cè)裝置位于核島廠房的NA297房間，平常的核島化學(xué)取樣及年度硼表標(biāo)定都在該房間進(jìn)行，正常運(yùn)行期間該房間門外劑量率為l u sv/h～2 usv/h；當(dāng)該房間加入硼表探測(cè)裝置后，在探測(cè)裝置周圍1m以內(nèi)的最大的劑量達(dá)到Dn約為34u sv/h，Dy約為25 u sv/h，是周圍正常環(huán)境劑量率的20多倍，對(duì)周圍劑量場(chǎng)有顯著影響，因此需對(duì)來該房間取樣及大修期間在該房間進(jìn)行硼濃度標(biāo)定的工作人員進(jìn)行工作時(shí)間控制，才能有效降低工作人員的輻射劑量。本文通過計(jì)算中子源在探測(cè)裝置中的劑量率分布及對(duì)周圍環(huán)境劑量率的影響分析，為優(yōu)化工作人員劑量控制有積極意義。

1探測(cè)裝置及計(jì)算模型簡介

1.1探測(cè)裝置簡介

探測(cè)裝置是一個(gè)525mm×525mm×725mm的聚乙烯屏蔽體，其中心是一個(gè)R=140mm、高H=406mm的核3級(jí)取樣容器；中子源尺寸30x38mm，位于取樣容器右側(cè)半高度上，水平伸進(jìn)取樣容器30mm。計(jì)算時(shí)不考慮探測(cè)器的影響，只考慮中子源位置、聚乙烯屏蔽體，中間的取樣容器及探測(cè)裝置外圍的1.5mm不銹鋼。

1.2計(jì)算程序簡介

MCNP是Los Alamo國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的大型多功能通用蒙特卡羅程序，幾何描述能力強(qiáng)且具有靈活的幾何處理能力，截面數(shù)據(jù)齊全，可以計(jì)算中子、光子和電子的耦合輸運(yùn)問題以及核臨界問題，中子能量范圍從10aMeV至20MeV，光子和電子的能量范圍從1keV至1 000keY，是一款粒子輸運(yùn)計(jì)算的通用程序。

1.3計(jì)算模型建立及計(jì)算結(jié)果

1.3.1源描述

裝置的中子源為238pu-Be源，半衰期86.4年，中子產(chǎn)額6.6×10n/s，中子平均能量為5.0MeV。根據(jù)同位素中子源的特點(diǎn)，源描述采用通用源SDEF卡，用ERG=D1分布給出源的能譜分布概率。為便于計(jì)算，將中子源視為點(diǎn)源。

1.3.2計(jì)數(shù)描述

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為簡化計(jì)算模型，以探測(cè)裝置中心為圓點(diǎn)建立坐標(biāo)系，每隔40mm作為中子注量率計(jì)算點(diǎn)，依次對(duì)探測(cè)裝置的不同組成部分劃分柵元，計(jì)算時(shí)取中子的平均能量為5.0MeV。采用點(diǎn)探測(cè)器F5卡及劑量轉(zhuǎn)換卡Den，將參加反應(yīng)的中子從熱中子到快中子分成13個(gè)能量段，即：0.5e-06、10e-03、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10（單位MeV），結(jié)合表l所示的注量率一劑量率轉(zhuǎn)換因子及質(zhì)量因數(shù)，分別計(jì)算每隔40mm處聚乙烯屏蔽體中子注量率分布并轉(zhuǎn)換成劑量率分布曲線。

2探測(cè)裝置外層1.5mm不銹鋼對(duì)熱中子的吸收效應(yīng)

為了檢驗(yàn)探測(cè)裝置外層1.5mm不銹鋼對(duì)熱中子的吸收效果，分別在z軸方向的不銹鋼容器壁內(nèi)外兩側(cè)各布4個(gè)探測(cè)點(diǎn)，這8個(gè)點(diǎn)都處在靠近放射源的一側(cè)。計(jì)算結(jié)果見表1所示。從表1可以看出，1.5mm的不銹鋼外殼對(duì)熱中子僅有最大27%的吸收效果。

3中子源對(duì)探測(cè)裝置外1m距離內(nèi)的劑量場(chǎng)計(jì)算分析

為了解該中子源對(duì)探測(cè)裝置周圍劑量場(chǎng)的貢獻(xiàn)，分別對(duì)中子、y射線進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算在x軸方向過點(diǎn)（30，0，0）進(jìn)行。計(jì)算結(jié)果見表2。

根據(jù)供貨商提供的硼表綜合測(cè)試報(bào)告的數(shù)據(jù)，探測(cè)裝置外表面中子劑量率數(shù)據(jù)為41.23 u sv/h；Y劑量率為30 u sv/h；表2計(jì)算數(shù)據(jù)符合度較好。

4結(jié)論

1）采用MCNP4C程序?qū)μ綔y(cè)裝置內(nèi)的中子注量率、中子劑量率分布及其x軸方向1m內(nèi)的劑量率分布進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與探測(cè)裝置外表面的實(shí)測(cè)結(jié)果誤差在20%以內(nèi)。

2）探測(cè)裝置外表面1.5mm的不銹鋼外殼雖然最大可減低熱中子輻射劑量率約27%，但透過不銹鋼外殼熱中子、Y射線仍然對(duì)lm范圍內(nèi)劑量場(chǎng)產(chǎn)生顯著影響，建議后續(xù)的3代機(jī)型所使用的硼表探測(cè)裝置在外殼不銹鋼與內(nèi)測(cè)聚乙烯之間加一層薄的鎘皮，以大幅度減低探測(cè)裝置周圍的輻射劑量率。

3）從表2、3的數(shù)據(jù)可以看出，該中子源對(duì)探測(cè)裝置外圍1m范圍內(nèi)的劑量場(chǎng)有明顯影響，因此本文通過對(duì)中子源在探測(cè)裝置中的中子注量率的分布來計(jì)算劑量率分布，不僅可以了解探測(cè)裝置外圍1.5mm不銹鋼對(duì)熱中子的吸收效果，而且還可明晰了探測(cè)裝置外圍劑量場(chǎng)分布，對(duì)優(yōu)化標(biāo)定活動(dòng)的劑量控制有一定的積極作用。endprint