241Am-Be中子参考辐射的蒙特卡罗模拟研究

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为确保中子辐射监测仪表测量数据的准确性和可靠性,国际标准化组织(ISO)和相关国家皆制定了校验仪表量值和对仪表进行检定校准的标准,相关电离辐射专业机构一般都建造了用于检定和校准中子辐射监测仪表的中子参考辐射场。通常,中子参考辐射场尺寸较大,且外部采用钢筋混凝土屏蔽结构,为固定式参考辐射场。同时,中子辐射监测仪表的使用单位与专业电离辐射计量机构之间,存在送检距离远、检定周期长、送检过程影响其他设备正常运转等问题。因而,发展中子辐射计量校准遂行化技术,有利于实现中子辐射计量校准工作从定期定点送检到定期现场检定的转变,进而提高检定工作效率。为解决定点送检所带来的问题,我们提出了小尺度中子参考辐射(MRNR),它是中子辐射计量校准遂行化技术中的重要组成部分,将MRNR实物化得到的中子遂行装置具有体积小、重量轻、可移动的特点,可将其送至中子辐射作业现场来对仪器仪表进行现场检定和校准。但由此而带来的问题是,MRNR中的散射中子成分复杂,将对仪器的检定和校准结果产生严重影响。目前,国内外尚无关于MRNR的系统研究,也未查阅到相关文献记录。所以,针对现有中子参考辐射场开展相关研究,能够为MRNR的深入研究提供必要的理论依据。论文研究工作主要包括:(1)在广泛调研、阅读国内外有关中子参考辐射文献的基础上,明确了中子与物质相互作用的基本原理,基于此,本文首先提出并研究了MRNR的剂量场特征研究技术路线和两个关键技术问题——散射中子贡献校正问题和校准时的测量不确定度问题。(2)针对自由中子参考辐射场(FRNR)、GB/T 14055规定的最小尺寸标准中子参考辐射场(SRNR)和示例中子参考辐射场(ERNR)三种典型中子参考辐射场,采用蒙特卡罗粒子输运模拟软件MCNP5,开展了场内计量特征研究。研究发现,空气对FRNR中的剂量率和能谱分布影响小,空气散射剂量率贡献占比不超过2%,可认为含空气FRNR近似为理想中子参考辐射场。不同形状、尺寸、屏蔽材料的SRNR中,各检验点剂量率均有所增加,场内能谱与中子源能谱存在一定差异。在采用5%含硼聚乙烯或混凝土作屏蔽的SRNR中,影锥法所得散射中子剂量率贡献占比与理论值相近,而采用5%含硼聚乙烯作屏蔽,可进一步减小散射中子对SRNR场内剂量率、剂量率贡献占比和能谱分布的影响。相较于SRNR,ERNR场内的剂量率和散射中子剂量率贡献占比更小,与中子源能谱相似度更高,影锥法所得的散射中子剂量率贡献占比与理论值更相近,满足散射中子剂量率贡献占比不大于40%的待检仪器校准范围也更大。(3)研究分析了参考辐射场尺寸和采用影锥法修正散射中子对MRNR场内计量特征的影响,并与典型中子参考辐射场进行对比分析。研究发现,MRNR尺寸越小,场内散射中子对各检验点的剂量率贡献越大,且0.25-0.5Me V能量范围内的中子数显著增加。综合考虑MRNR的辐射场尺寸、后续放入其内部设备的体积以及待检仪器校准范围的大小,拟选择2m×1.2m×1.2m的MRNR。同时发现,影锥法不适用于MRNR中修正散射中子的影响。而在能量高于7Me V的范围内,MRNR与三种典型中子参考辐射场的能谱曲线基本重合,这表明处于该能量段的中子能谱分布与中子参考辐射场的形状和体积基本无关。此外,本文还分析了待检探测器对MRNR和典型中子参考辐射场计量特征的影响。可以发现,放置待检探测器后,在四种中子参考辐射场中,探测器前部、内部、后部的剂量率和能谱分布均发生明显变化。
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