MCNP對廢物庫輻射防護設計的應用論文

【摘要】本文利用MCNP對某廢物庫的輻射防護進行了計算，通過對庫房中廢物桶的兩種不同的佈置方式以及不同的混凝土厚度和屏蔽門的厚度計算，得出了本庫房為滿足輻射防護要求所需要的混凝土牆的厚度和屏蔽門的厚度，為庫房的輻射防護設計提供依據。

【關鍵詞】輻射防護論文

1、MCNP簡介

蒙特卡羅方法簡稱MC方法，是計算數學的一個重要分支。它是通過隨機模擬和統計試驗方法來求解數學、物理等問題近似解的方法，因而也稱為隨機抽樣技巧或統計試驗方法。它與一般計算方法有很大區別，一般計算方法對於解決多維或因素複雜的問題非常困難，而MC方法對於解決這方面的問題卻比較簡單。MC方法能夠比較逼真地描述事物的特點及物理實驗過程，解決一些數值方法難以解決的問題，很少受幾何條件限制，收斂速度與問題的維數無關。MC方法的基本原理及思想如下［1］:把要求解的問題轉換為某種事件出現的概率然後通過對事件的模擬“試驗”得到該事件出現的頻率，並用它近似代替事件出現的概率，從而得到問題的解。用統計學的術語來表述就是把所求問題轉換成某個隨機變量的期望值，通過模擬“試驗”方法，獲得這個隨機變量的平均值。MCNP軟件及時採用MC方法，此軟件在美國以及國內都有應用，採用MCNP做計算，必須有輸入文件，MCNP的輸入文件包括截面數據庫文件、XSDIＲ文件、INP文件等。INP文件是要填寫的主要輸入文件，一般把該文件特指為輸入文件，須在INP中描述問題的幾何、材料、源、記數和其它要求［2，3］。

2、源項

該庫房中設計存儲表面劑量率為2mSv/h的廢物60m3，選用200L桶裝時約有300桶，分兩層堆放。為了得到保守的計算值，忽略桶與桶之間的.屏蔽作用，以60Coγ射線能量進行計算，計算得到規格化常數為5．43×1011個/秒。由於忽略了桶與桶之間的屏蔽作用，本計算中源項做體源處理。

3、計算模型

根據廢物桶的數量以及庫房的面積，廢物桶的擺放擬分別採用兩種不同的佈置方式，如圖1所示，庫房內部空間長度為12m，寬度為7．2m，高度為5．3m。作為輻射防護屏蔽的牆的材料選用密度為2．35g/cm3普通混凝土，防護門選用密度為7．94g/cm3的不鏽鋼門。考慮到廢物桶的數量以及輻射防護的要求，廢物桶分兩層堆放時高度為1．8m，堆放佈置分別如圖1所示，在兩種佈置條件下分別計算不同牆厚和門厚的A、B、C三點劑量當量率，各點距地面高度均為1．5m。記數是MCNP模擬結果的記錄。用户若想得到某種模擬結果信息，如某些位置處粒子的面流量、點通量等，可用記數卡的相應組合來指定記數方式，其中Fna卡是必須有的，其它記數卡供選擇使用。本計算採用的是點探測器。計算的終止採用計算時間截斷卡ctme，根據不同的牆厚分別設置不同的計算時間。採用MCNP計算，並不能直接得到各點的劑量當量率，直接得到的結果為歸一化的粒子注量S［4］，再根據計算結果中有能量與計數乘積值和計數值，二者相除得到粒子能量，由此查GBZ144－2002號文件中光子單位注量與空氣比釋動能的關係表，用插值法得到係數，然後根據空氣比釋動能與有效劑量之間的係數，得到光子注量與有效劑量之間係數m，若的歸一化的光子注量為S(從結果直接看出來)，桶的表面注量率Φ，則有:有效劑量D=Φ×S×m×3600=μpSv/h=Φ×10－6μSv/h。

4、計算結果

MCNP程序計算結果如表1所示:由以上表可知，佈置方案一的結果為:當西牆厚度達到800mm時，A點劑量當量率約為0．27μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值，但距離牆外5m處劑量當量率約為0．072μSv/h，稍大於0．05μSv/h的劑量限值;當北牆厚度達到800mm時，C點劑量當量率約為0．44μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值，但距離牆外5m處劑量當量率約為0．15μSv/h，大於0．05μSv/h的劑量限值;在北牆厚度為700mm條件下，當庫房門厚度為200mm時，B點劑量當量率約為0．453μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值。佈置方案二的結果為:當西牆厚度達到800mm時，A點劑量當量率約為0．30μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值，但距離牆外5m處劑量當量率約為0．079μSv/h，稍大於0．05μSv/h的劑量限值;當北牆厚度達到800mm時，C點劑量當量率約為0．42μSv/h，滿足0．5μSv/h的劑量限值，但距離牆外5m處劑量當量率約為0．13μSv/h，大於0．05μSv/h的劑量限值;在北牆厚度為500mm條件下，當庫房門厚度為200mm時，B點劑量當量率約為0．66μSv/h，稍大於0．5μSv/h的劑量限值，而在北牆厚度為800mm的條件下，當庫房門厚度為250mm時，B點劑量當量率約為0．13μSv/h，遠小於0．5μSv/h的劑量限值。綜合上述計算結果，欲滿足劑量限值要求，西牆和北牆均應選擇800mm，在此前提下，庫房門厚度可選擇200mm。

5、結論

本文通過利用MCNP對某庫房中廢物桶的兩種不同的佈置方式以及不同的混凝土厚度和屏蔽門的厚度計算得出以下結論:(1)採用mcnp程序能夠有效的對廢物庫進行屏蔽計算，並且可以很方便的對庫中不同的廢物桶排列方式以及不同的屏蔽厚度進行綜合對比;(2)通過計算得出，該庫房的北牆和西牆均應選擇800mm厚的普通混凝土材料，庫房門若採用不鏽鋼材質，則其厚度應為200mm;(3)對於形狀不規則的放射源或不規則的屏蔽物以及採用公式計算不太方便的，可採用mcnp程序進行屏蔽計算。