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重离子物理与重离子应用技术是近年来被广泛关注的前沿研究领域,重离子加速器是开展重离子物理与重离子应用技术研究的基础,发展强流重离子加速器是开展重离子物理与重离子应用技术的迫切需要,在此背景下,中国科学院近代物理研究所(IMP)承担了国家重大科学仪器专项项目低能量强流高电荷态重离子研究装置(LEAF)的研制任务。LEAF装置加速的低能强流高电荷态重离子轰击靶或束流损失轰击器壁会生次级射线辐射场(包括X射线、γ射线、质子、中子等),其中中子辐射场屏蔽最为困难,是需要研究和评估的重要问题之一。本论文工作的研究目标是开展LEAF装置产生的典型重离子束(H2+、4He2+、1606+、40Ar12+、58Ni28+、129Xe45+、209Bi55+、238U56+)轰击 Al、Fe、Cu 等靶产生的中子辐射场特性的模拟研究,并计算中子场的剂量当量,为LEAF装置周围中子剂量评估和屏蔽体的设计提供基础数据。对论文的主要研究内容、研究结果及结论总结如下:开展了重离子核反应相关理论研究。对重离子导致的卢瑟福散射、库仑激发、深度非弹性散射、完全熔合反应等反应类型、反应过程及所涉及的相关理论和模型进行了简单总结和阐述。开展了 PHITS程序模拟检验研究。采用PHITS程序,模拟了 Am-Be中子源和D-Be中子源的中子能谱,并与Am-Be中子源标准能谱、D-Be中子源中子能谱实验数据进行了对比,结果显示,PHITS程序模拟结果能够较好地反映带电粒子核反应中子源能谱的特征,为采用PHITS程序开展LEAF装置中子场的模拟研究准备了条件。采用PHITS程序,开展了 LEAF装置所涉及的H2+、D+、He2+等较轻离子轰击Al、Fe、Cu靶的中子辐射场的模拟及中子剂量当量模拟研究,给出了不同束流能量条件下平均中子能谱、中子产额随束流能量的变化趋势、中子在水中剂量当量随束流能量的变化趋势等数据,通过数据拟合及向低能区外推的方式,开展LEAF装置束流参数条件的中子产额及剂量当量的评估工作。结果显示,针对LEAF装置最高束流参数(H2+@1emA/1MeV,D+@1emA/1MeV,He2+@1.5mA/2MeV)条件下的较轻离子束轰击Al、Fe、Cu靶,其最大中子产额不大于2.13×103n/s;中子在水中的剂量当量不大于8.96×10-9Sv/s。采用PHITS程序,开展了 LEAF装置所涉及的H2+、4He2+、O6+、Ar12+、Ni28+、Xe45+、Bi55+、U56+等重离子轰击Al、Fe、Cu靶的中子辐射场的模拟及中子剂量当量剂量模拟研究,给出了不同束流能量条件下平均中子能谱、中子产额随束流能量的变化趋势、中子在水中剂量当量随束流能量的变化趋势等数据,通过数据拟合及向低能区外推的方式,开展LEAF装置束流参数条件的中子产额及剂量当量的评估工作。结果显示,对应LEAF装置最高束流参数(1606+@1emA/8MeV,40Ar12+@2emA/20MeV,129Xe45+@2mA/64.5MeV,209Bi55+@2emA/104.5MeV,238U56+@2emA/119MeV)的重离子束轰击 Al、Fe、Cu靶,其最大中子产额不大于6.86×10n/s;中子在水中的剂量当量不大于2.02×10-8Sv/s。总体评价,在目前LEAF装置束流条件下,大部分离子束打靶产生的中子产额低,不会导致显著的环境剂量。6O6+、40Ar12+轰击Al靶,中子剂量偏高,值得关注,必要时要进行适当屏蔽。