核電站硼表探測裝置內(nèi)中子劑量率分布及對周圍劑量場影響的計算分析

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

關(guān)鍵詞 探測裝置；中子注量率；劑量場；分析

M310核電站硼濃度監(jiān)測系統(tǒng)探測裝置（簡稱硼表）中安裝有一枚3.5Ci的238pu Be中子源，該探測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裝置后，在探測裝置周圍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，對周圍劑量場有顯著影響，因此需對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)行工作時間控制，才能有效降低工作人員的輻射劑量。本文通過計算中子源在探測裝置中的劑量率分布及對周圍環(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探測裝置及計算模型簡介

1.1探測裝置簡介

探測裝置是一個525mm×525mm×725mm的聚乙烯屏蔽體，其中心是一個R=140mm、高H=406mm的核3級取樣容器；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。計算時不考慮探測器的影響，只考慮中子源位置、聚乙烯屏蔽體，中間的取樣容器及探測裝置外圍的1.5mm不銹鋼。

1.2計算程序簡介

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)計算的通用程序。

1.3計算模型建立及計算結(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。為便于計算，將中子源視為點(diǎn)源。

1.3.2計數(shù)描述

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為簡化計算模型，以探測裝置中心為圓點(diǎn)建立坐標(biāo)系，每隔40mm作為中子注量率計算點(diǎn)，依次對探測裝置的不同組成部分劃分柵元，計算時取中子的平均能量為5.0MeV。采用點(diǎn)探測器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探測裝置外層1.5mm不銹鋼對熱中子的吸收效應(yīng)

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

3中子源對探測裝置外1m距離內(nèi)的劑量場計算分析

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

根據(jù)供貨商提供的硼表綜合測試報告的數(shù)據(jù)，探測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計算數(shù)據(jù)符合度較好。

4結(jié)論

1）采用MCNP4C程序?qū)μ綔y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)行了計算，計算結(jié)果與探測裝置外表面的實(shí)測結(jié)果誤差在20%以內(nèi)。

2）探測裝置外表面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lm范圍內(nèi)劑量場產(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裝置在外殼不銹鋼與內(nèi)測聚乙烯之間加一層薄的鎘皮，以大幅度減低探測裝置周圍的輻射劑量率。

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