ERL-FEL两用实验装置的辐射屏蔽设计

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中国科学院高能物理研究所基于第四代光源以及先进加速器技术研究的背景提出了建造ERL-FEL“一机两用”装置的计划,将能量回收型加速器ERL和自由电子激光FEL相结合,提高了昂贵的超导直线加速器的利用效率。在“一机两用”装置的调试和正常运行过程中都可能存在一定的束流损失,从而产生瞬时辐射和感生放射性。这样的辐射如果未经屏蔽,会对设备和工作人员造成辐射损伤。因此,必须对装置的垃圾桶、准直器等多个损失源项进行屏蔽设计。  本论文围绕ERL-FEL装置主体屏蔽及束流垃圾桶的辐射屏蔽问题,分别对35MeV能量的ERL装置及50MeV能量的FEL装置进行了辐射屏蔽设计。对于垃圾桶的辐射屏蔽结构尺寸,使用FLUKA模拟工具进行优化,使置于地下且垃圾桶外侧的瞬时剂量不超过5.5mSv/h的约束限值。对于束流管上的线损和点损情况,通过编写FLUKA源项程序,对ERL/FEL整个装置上的线损和点损进行整体建模,从而方便主体结构的模拟优化。对于主体墙的屏蔽厚度,利用整体建模源项程序,在主屏蔽墙外剂量限值2.5uSv/h的剂量约束条件下,获得了ERL/FEL在各自束损条件下所需的屏蔽厚度,并按较大值确定了主体屏蔽墙厚度。对于FLUKA在模拟计算中的可靠性,我们利用低能加速器主体屏蔽经验公式,对特定束流损失条件下的屏蔽体在0°和90°方向的剂量进行了计算,并把FLUKA模拟值和计算值进行了对比,两者基本吻合。  本文完成了高能所提出的ERL-FEL“一机两用”实验装置的整体屏蔽设计,对高能所2#厅未来的防护改造提供了参考数据。本文提出的FLUKA用户源项程序对多损失源项进行整体建模的方法,对于小型医用、工业加速器也适用,尤其是空间小、有多个损失源项的场景,有一定的借鉴价值。
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