工業(yè)料位計輻射場劑量分布研究

1、工業(yè)料位計輻射場劑量分布研究a接要作者簡介：謝斐，男，1983年9月生，2005每9月師從于成都理工 大學(xué)核技術(shù)與畚動化工程學(xué)院葛良全教授，2008年6月畢業(yè)于成都理王大學(xué) 輻射防護(hù)與環(huán)境保護(hù)專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位。摘耍隨著科學(xué)的發(fā)展和普及，核技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)日益顯現(xiàn)，其應(yīng)用的范圍也越 來越廣，在國民經(jīng)濟(jì)和社會生產(chǎn)中的重要地位越發(fā)明顯。同時，由核技術(shù)的推廣 和應(yīng)用所帶來的輻射環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為制約、限制核技術(shù)發(fā)展 的主要因素。了解核設(shè)施周圍輻射劑量場的分布是輻射防護(hù)設(shè)計工作的前提，具有一 定的理論價值和實踐指導(dǎo)作用。本文依據(jù)射線與物質(zhì)相互作用的原理以 及料位計的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計進(jìn)行了散 射

2、障礙物輻射場分布實驗，說明散射障礙物輻射場劑量主要是由散射 射線貢獻(xiàn)。同時，依據(jù)工業(yè)料位計周圍輻射場的特點(diǎn)，對料位計輻射場的空氣吸收劑量率進(jìn)行7多點(diǎn)現(xiàn)場測量。最后，運(yùn)用mcnp蒙特卡羅計 算軟件，建立了料位計空闋模型，對料位計周圍輻射劑量場進(jìn)行了模擬 計算，并與實測結(jié)果進(jìn)行了對比；通過模擬實驗測量與mcnp理論計算 檢驗，最后得出料位計周圍輻射劑量分布規(guī)律。主耍研究內(nèi)容和取得的 成果有：(1) 依據(jù)料位計結(jié)構(gòu)設(shè)計散射障礙物實驗，研究出料位計輻射場的形成 機(jī)理，說明散射障礙物輻射場劑量主要來自散射射線的貢獻(xiàn)；(2) 通過實際點(diǎn)位測量，得出料位計空間輻射裁量的分布情況：在有放 射源的一側(cè)，存在一個

3、劑量異常區(qū)，異常區(qū)范圍隨源的活度增大麗增大。 放射源兩個側(cè)后方劑量最高，放射源正后方劑量略?。惶綔y器一側(cè)劑量較小:(3) 建立料位計模擬模型，運(yùn)用蒙特卡羅方法對料位計周圍空間輻射劑 量分布進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果與實際測量結(jié)果符合，僅少數(shù)測點(diǎn)偏差較大。 分析導(dǎo)致偏差較大的原因，認(rèn)為主要是由于儀器測量誤差、模型建立誤差引起 的。(4) 依據(jù)本次研究成果，建議對料位計的輻射防護(hù)設(shè)計重點(diǎn)應(yīng)放在有放源的一側(cè)，實際生產(chǎn)中工作人員應(yīng)該避免在有放射源的一側(cè)對儀器進(jìn) 行操作。建立更準(zhǔn)確的物理模型對料位計周圍輻射場劑量分布進(jìn)行模擬計算，可 以彌補(bǔ)實際測量受環(huán)境條件制約的弊端，為輻射防護(hù)設(shè)計提供更加準(zhǔn)確和詳細(xì)的 參考依

4、據(jù)。關(guān)鍵詞：劑量分布mcnp軟件料位計蒙特卡羅成都鍵工大學(xué)碩士學(xué)位論文in 量 he 淞 dia 耄 io 扛 | ield dos 菇 ge r 繁 search on industrial level meterintroduc 矗 on磁瞧p國怒ssom造li熊瓣蕭甫璉。b黒多毗d舶勰c魏e穩(wěn)g&u嫩 vo蔽夠of融赫 i雜拶in june, 2008. the m 勰盼 degree 遺甫甫藏 iti 鋤 p 妁 tection m 茍 or 刪剃g餓itcdof 畦：le 毗 r： xiefei, ma 差 e, was 酗嫩訊 se°°emb%l

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13、戚i蠢。 叢p峨ec髦the of the 勿9 iation side desi 霉阻 si 坡 uld eyes on one sourceso襄嘲融el m陽mo月比c碰o xeywo磚s：面s琴ge出賦b醛on m 烈piii獨(dú)創(chuàng)性聲明本入聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及 取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外， 論文中不包含其 他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得盛 都堡王太堂或英他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證粥而使用過的材料。與我一同工 作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：毒p硅2oo召年

14、6月，/日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解盛整理王太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī) 定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論 文被查閱和借圍。本人授權(quán)盛整堡至盍堂可以將學(xué)位論文的全部或部分 內(nèi)容編入有 關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃攢等復(fù)制手段 保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）學(xué)位論文作者簽名：徽學(xué)位論文作者導(dǎo)師簽羔：奄r修珈器年6月，j日第i章引畜第1章引言近年來，由于核輻射所特有的性質(zhì)，可以實現(xiàn)其他技術(shù)手段所難以實 現(xiàn)的功 能，所以核技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個領(lǐng)域 都得到了廣泛的應(yīng)用，為促進(jìn)各行業(yè)的發(fā)晨提

15、供了有效的技術(shù)支持。例 如：輻照制種是核技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的一個典型例子；在醫(yī)療行業(yè)核技 術(shù)的應(yīng)用隨處可見，x射線機(jī)、ct、 “伽瑪?shù)丁币呀?jīng)成為人們耳熟能詳?shù)?醫(yī)療設(shè)備；密度計、濕度計、料位計等儀器 已經(jīng)成為眾多工監(jiān)企監(jiān)在線 檢測儀器的首選，其同時還具有在線分析、控制的功 能，極大程度上提 高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。核技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人們的日 常生活中，起著越來越重要的作用。然而，由于人們?nèi)狈思夹g(shù) 的正確認(rèn)識，在心理上對放射性充滿了害怕和恐懼，使得核技術(shù)在推廣的過程中受到了各種阻礙。有些地方的人們 甚至談核色變，把核技術(shù)的概念與核武器等同起來，無形地限制了核技 術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)牛產(chǎn)中作用的發(fā)揮

16、。這就要求我們在應(yīng)用核技術(shù)的時候要 充分考慮核輻射的防護(hù)問題，減小輻射對環(huán)境的污染，減小輻射對人翻 身體的損害，加強(qiáng)對環(huán)境的保護(hù)，提升 大眾對核科學(xué)的認(rèn)識水平，消除 人們對核的恐懼心理，讓核技術(shù)能更好更快地發(fā)展，為人們的生產(chǎn)生活 服務(wù)。由予料位計具有在線檢測、分析、控制的特點(diǎn)，越來越多的企業(yè)為了 提高生產(chǎn)效率焉選擇了料位計用于日常生產(chǎn)。料位計是剩靂射線穿過物 質(zhì)時，物質(zhì)對射 線的吸收，通過測量透射岀的射線強(qiáng)度來計算原料厚度 的儀器。和其他核儀器一樣，由于物質(zhì)對射線還具冇散射的作用以及儀 器不可避免的會泄露一部分的射線，在儀器周潺將會輻射劑量異常區(qū)， 的對周圈環(huán)境和工作人員具有一定的污染和危害。

17、因此，研究料位計周 圍的輻射劑量的分布情況不僅直接關(guān)系到環(huán)境質(zhì)量以及工作人員的身體 健康，而且是進(jìn)行輻射防護(hù)設(shè)計工作的首要前提。本文通過實驗?zāi)M、 實際測量以及蒙特卡羅計算等措施，對料位計周圍的輻射翔量分布進(jìn)行 研究，為生產(chǎn)操作提供建議，防止從業(yè)人員接受過量照射，并作為今后防 護(hù)設(shè)計的參考依據(jù)。1.重國內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于放射性射線的特點(diǎn)以及與物質(zhì)相互作用的規(guī)律，任何放射性核設(shè) 施在工作時，都將對其周圍的輻射環(huán)境產(chǎn)生影響，形成一定范圍內(nèi)的輻 射劑量異常區(qū)。料位計是十分常見的核儀器，己經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于水泥 廠楓立窯的料位魯動控制乜1料位計對環(huán)境存在著輻射污染，危害著人 們的身體健康。在上個世紀(jì)80年

18、代料位計剛應(yīng)用不久的時候，人們?nèi)狈α衔挥嫷恼_認(rèn)識，不了解料 位計周圍輻成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文射場的劑量分布情況，工作人員經(jīng)常由于操作不當(dāng)而引起多種放射性 職業(yè)病。甚 至存在丟失放射源而至今未能找到的事件。進(jìn)入21世紀(jì)以來， 輻射污染更多地 受到人們的關(guān)注，各國相繼出臺各種法規(guī)規(guī)范涉源儀器 的使用。在我國，從2003年10月起，國務(wù)院決定將放射源和射線裝置的 審批和監(jiān)管工作由衛(wèi)生部門轉(zhuǎn)交環(huán)境保護(hù)部門，特別是2005年12月國 務(wù)院第499號令頒布實施了放射性同位 素與射線裝置安全和防護(hù)條例 規(guī)范了放射源的使用和監(jiān)管，有效的保護(hù)了從業(yè) 人員的身體健康。對料 位計周圍的輻射劑量分布情況的研究以

19、及對料位計進(jìn)行輻 射防護(hù)設(shè)計也 成為核輻射防護(hù)領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)問題。上個世紀(jì)，人們只能通過傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場測量方法來了解料位計輻射 場劑量分布的情況。這種方法由于受到現(xiàn)場測量條件的制約，不能給出 完整的劑量分布結(jié)果；傳統(tǒng)的輻射防護(hù)設(shè)計方法是利用簡單的經(jīng)驗公式 和表格進(jìn)行輻射漏射的估算，未能考慮到物體對射線的散射作用而對環(huán) 境產(chǎn)生的劑量貢獻(xiàn)->1,而利用實驗手段確定輻射劑量分布乂受制于客觀 條件，不利于在實際設(shè)計過程中利用。隨著蒙特卡羅方法在核技術(shù)屮的應(yīng)用越來越成熟，許多研究者開始嘗 試?yán)妹商乜_方法來研究核儀器周圍輻射場劑量分布情況。在此過程 中，產(chǎn)生了多種 基于蒙特卡羅方法的運(yùn)用軟件，m

20、cnp就是其中較為流行 的模擬軟件。mcnp軟件 在世界范圍內(nèi)得到了廣泛地應(yīng)用，已用于分析物 理實驗、反應(yīng)堆設(shè)計、輻射屏蔽、核儀器設(shè)計、計算核臨界安全分析、 保健物理問題的研究等。它可以很好地用于 跟蹤計算、決定輻射劑量、 物理實驗?zāi)M、宇宙輻射模擬、輻射損傷研究等。在國內(nèi)，mcnp程序主 要用于核保障技術(shù)、核臨界、核聚變、反應(yīng)堆等方面的計算h'。國內(nèi)主 耍是由環(huán)境保護(hù)部門對料位計輻射場劑量分布進(jìn)行測量，測量結(jié)果多用 于控制工作人員的照射劑量。將蒙特卡羅方法和實際測量結(jié)合起來研究料 位計輻射場的劑量分布，是輻射防護(hù)研究的一個新課題。1. 2選題依據(jù)與研究意義作者參與了云南省環(huán)保局委托四

21、川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院對云南9個州、 市的涉源單位進(jìn)行輻射環(huán)境影響評價工作，對企業(yè)進(jìn)行了現(xiàn)場的空間各 位置輻射劑量率的測量。實際工作中發(fā)現(xiàn)，對料位計的防護(hù)方法是應(yīng)用射線在空氣中 的衰減，用增加距源距離來控制操作人員的受照劑量。如果這個控制距 離劃得過長，雖然減小了從業(yè)人員的照射劑量，確也為工作帶來了不便； 反之如果距離劃得不夠，則會影響到工人的健康。研究料位計周圍的輻 射劑量分布情況就能有效地把著兩方面的矛盾處理好，達(dá)到最優(yōu)的效果:即方便生產(chǎn)又能確保工人的健康。因此本 次研究具有較強(qiáng)的現(xiàn)實意義。第i章引畜梭據(jù)本人情況鴦有關(guān)條骼，禳援上述頊鬻進(jìn)行了黛筑井姿料的搜集與 整理，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，充分借鑒

22、已有科研成東，最終選擇“工業(yè)料使計輻 射場剎量分布研究”為本a碩士畢逝論文主要研究內(nèi)容。3主要王俸與研究內(nèi)容本文的主要研究內(nèi)容是料鏈計腐圍輻射裁量場靜分布情況，雋下一步 的輻射防護(hù)設(shè)計工骼提供飯據(jù)，主要工作包括: （羔）模擬料位計工作原理進(jìn)行實驗測量，初步探明靚律；（2）進(jìn)行多個料僅計庵圈空氣吸收裁量率的現(xiàn)場布點(diǎn)測量，與實驗測量結(jié)果比較?？偨Y(jié)料位計周圍輻射劑量分布艦律，分析原因;w3）采震燃p大型蒙特卡羅計算較俘，建立辯毬計鶴計算模燮，褥巍料位計周圍的輻射劑量分布狀況圖，并與實際測量結(jié)果比較。（4）依據(jù)研究結(jié)果，對企業(yè)生產(chǎn)操律、輻射防護(hù)設(shè)計以及今燔進(jìn)一步研提爨建議。成都瑾工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第

23、二章理論基礎(chǔ)2. 2環(huán)境輻射劑量的來源與水平我們知道，繇境皆的輻射劑量是由于環(huán)境屮存在著各類放射性射線所 產(chǎn)生的。射線本身帶有能量，對人體組織與細(xì)胞具有傷害性，傷害性大 小與射線產(chǎn)生匏輻射劑量大小竅關(guān)。環(huán)境中放射性射線煮天然放jl碧性 射線和人工放射性射線兩種，則環(huán)境巾輻射劑量也有兩種來源。2。ii。環(huán)境中的天然輻射劑量的來源環(huán)境中天然輻射劑量本贏是由天然放射性射線產(chǎn)生的，主要有字宙射 線、字生放射性核素和原生放射性核素發(fā)射的輻射3部分組成。宇宙射線主要來源于地球的於層空間。宇宙射線有初級和次級之分。 初級宇宙射線是攙扶黔層空翔射到地球大氣屢鯨嵩能輻射。裙級宇宙薯 搴線接其來源不同，又可分必“

24、初級銀河系宇宙射線"和“初級太陽宇 宙射線”。初級寧宙射線主要是高能質(zhì)子組成（約87%）,并伴有10%左右的氨核, 其余 為少量的重粒子、電子、光子和中微子。初級宇宙射線具冇極大的 動能，其平均 能量為10捧ev,最大熊量可達(dá)王0玲e¥o因此，它們的 貫穿熊力極強(qiáng)。次級字害射線是高能初級宇宙射線與大氣作用的產(chǎn)物。初級宇宙射線 進(jìn)入大氣時，具有極大能量的粒子與大氣中酶原子核發(fā)生劇烈的碰撞俸 黑，致使原子核 透分五裂，這類核反應(yīng)一般稱為“敖裂反?！盎蛘摺八榱?反應(yīng)散裂反應(yīng)的產(chǎn)物有串子、質(zhì)子、囂介子、轡介予以及些放射 性核素。總的來說，宇宙射線是一種高能量、低強(qiáng)度的輻射。影響宇宙

25、射線強(qiáng) 度的三 個重要因素有：海拔高度、緯度和太陽活動。2o 1, 2環(huán)境中輻射劑量的人工來源環(huán)境中輻射劑量的人工來源主要是由人工放射性射線產(chǎn)生。人工放射 性射線可以焰納為兩類：一是工泣、醫(yī)療、軍隊、核規(guī)艇，或研究霜靜 放射源衰變產(chǎn)生豹；二是一般屠民消費(fèi)用赫，包括含有天然或人工敖射 性核素熬產(chǎn)品，如放射性 發(fā)光表盤、夜光表以及彩色電視機(jī)所產(chǎn)牛的照 射。當(dāng)今，世界人口受到的人工輻射源的照射中，醫(yī)療照射居于首位。醫(yī) 療照射來源予x射線，診斷檢查，體內(nèi)辱|入放射性核素的核醫(yī)學(xué)診斷以 及放射治療過程。其次，核技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)耀構(gòu)使用的各類放射源是 人們所受輻射劑量來源的重要途徑4第二章理論基礎(chǔ)另外，核

26、實驗在大氣中形成的人工放射性物覆是環(huán)境廣泛受到污染的 原囂，以及核電站使用的核燃料在產(chǎn)生、使用與回收、核燃料循環(huán)的各 個階段均會產(chǎn)生“三廢”，也將對周圍環(huán)境帶來一定程度的污染。由此我們可以看出，久類生活在一個到處充滿放射性輻射的空聞。在這個空間中，輻射劑量大小各不相同，對人們身體的影響也各不一樣：在沒 有人工輻射污染源的區(qū)域，人們只接受小劑量的放射性照射，由于人的自身修復(fù)能力而并不會對入的健康形成威脅；而在存在人工輻射污染源的區(qū)域，由于接受 了額外的放射性照射，射線對人體鮑損傷超過了人卷身修復(fù)的麓力范圍，就將對健康 造成影響，甚至威脅生命。接下來，介紹輻射劑量的大小的定義和單位，以及國 家對放

27、射性劑量的限值。2- 2電離輻射的常用單位與限值2o 2. 1描述輻射場的量粒子注量描述輻射場性質(zhì)最簡單的方法就是計算粒子的數(shù)目。粒子注量，就是 根據(jù)入射粒子數(shù)的多少來描述輻射場特性的一個量。在單向平行輻射場中，粒子注量咖數(shù)值上等于通過與粒子入射方向垂 直的平面內(nèi)單位面積的粒子數(shù)。對于曩上單向平行輻射場，輻射場中菜一點(diǎn)的粒子注量，是進(jìn)入以該 點(diǎn)為球心的一個小球的粒子數(shù)洲除以該球截面積幽麗得的商，即：十積妒2面小球的粒了數(shù)。(2) 能量注量(2 1)粒子注量痂的單位是m-2o事實上，粒子注量 多可以理解為進(jìn)入單位截面積能量注量，就是利用輻射場中某點(diǎn)的粒子能量來定量描述輻射場的性 質(zhì)的一個量。進(jìn)入

28、輻射場中菜一點(diǎn)處的能量注量，是以該點(diǎn)為球心的小球的所有粒 子能量(不包括靜止能量)之和媳除以該球截遽積感所得的商，幫：鋤緲=_如(22)成都遞工大學(xué)碩士學(xué)位論文能量注量拶的單位是j 對2。2, 20 2電離輻射劑量的單位王)放射性活度放射性活度是愛來表鏈放射性核素爨發(fā)輻射量的一 種量度，其物理意義是單位時聞內(nèi)放射性核素的自發(fā)衰變次數(shù)，活度的si單位是秒的倒數(shù)(s'1),稱為貝克勃爾】(風(fēng))。(2)照射量與照射量率照射量是一個專門描述x或v射線特性的一個物理量，它用來表示x 或y射線在空氣中產(chǎn)生電離的能力，不適用于電子、質(zhì)子、中子等其它粒子。照射量x定義失:x：塑(23)矗瓣其中鯉翡值是

29、在質(zhì)量必巍空氣中，癲光子釋放的全都電子在空氣中完 全被阻止時所產(chǎn)生的離子總電荷的絕對量，單位：庫侖千克q<e脈 g)o照射量只表示特定輻射，¥射線)在特定介質(zhì)(空氣)特定條件下的電離能力，與被照物質(zhì)吸收多少輻射能量無關(guān)。照射量拳是表示單位時間內(nèi) 照射量的增量,即:,承蓋二一盛(24)式中，出是吋間間隔，剃是該吋間間隔內(nèi)照射置的增量。照射量率不 僅與輻射源的活度、電磁輻射的能量、輻射的環(huán)境條件有關(guān)，而且與被照射 位置與輻射源的距離有關(guān)。一個點(diǎn)狀¥源在空間一點(diǎn)處造成的照射量率x(單位為c 姆 s' 4) 淹：童二_萬 7 尸 2 (25)式中：卜舞

30、5;源的放射性滔度，單鑲先b鷹；p測量點(diǎn)到源的距離，單位為m；芳一一y放射性核素的照射量率常數(shù)，單位為c磁2 一姆(3) 吸收剩量與吸收劑量率6(x第二章璜論基磁吸收劑量d是一個基本的劑量學(xué)量，定義為：d：塑d渤(2 6)式中，如是電離輻射授予某一體積元中的物質(zhì)的平均能量；鋤是在這 個體積元中的物質(zhì)的質(zhì)量。吸收劑量的s王單位是焦耳每于克(歹埋。), 稱麓戈瑞(gy)o吸收劑量率定義為單位時間內(nèi)的吸收劑量：芻：塑(2-7)式中，奶是時間間隔磯內(nèi)吸收劑量的增量。吸收劑量率的單位為戈瑞 每秒，g 少 s。(4) 照射量與吸收劑量的關(guān)系照射量x與吸收劑量d是兩個意義完全不同的輻射量。照射量只能作為x或

31、y射線輻射場的量度，描述電離輻射在空氣中的電離本領(lǐng)：焉吸收劑 量則可以翔于任何類型的電離輻射，反映被照介質(zhì)吸收輻射能量的程度。但是, 在兩個不同量之間，在一定條件下相互可以換算。對于同種類、同能量的射線和 同一種被照物質(zhì)來說，吸收劑量是與照射量成止比的。照射量很容易用電離室測 量。在空氣中照射量與吸收劑量有如下關(guān)系：忍扣(gy)=33. 85 蓋 1(g)(2-8)(5) 劑量當(dāng)量與劑量當(dāng)量率國際輻射單位與測量委員會(王cru)所使 用的一個量，用以定義實用量一周圍劑量當(dāng)量、定向劑量當(dāng)量和個人劑量當(dāng)量。組織中某點(diǎn)處的劑量當(dāng) 量iv是虜p和iv的乘積，即:h 二 dqn(2-9)式中，移是該點(diǎn)處

32、的吸收劑量；譬是輻射的甜質(zhì)因數(shù)，其值取決于致電離粒 子的初始動能、種類及照射類型；1/是其它修止因數(shù)的乘積。劑量當(dāng)量h的si單位為焦耳每千克（，埋。），稱為希沃特（sv）o劑量當(dāng)量率定義為單位時聞內(nèi)的翔量當(dāng)量：7成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文:,dh露8前單鏈為希沃特每秒，黒參尊。集體裁集體劑量當(dāng)量的定義是：（2 一王0）s警臻。俄j; 一 （2 - 11）式中，s雋集體賽鞋量當(dāng)量，囂斃受照射群體第主組藏員每人全身或 者餐意特定組織受到的平均劑量當(dāng)量；只為群體中第主組中的人數(shù)。2o 2o 3劑量限值我國電離輻射豁護(hù)與輻射源安全基本安全標(biāo)準(zhǔn)（瞄圭887王一 2002） 攬定，為了將隧機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率限

33、制到可以接受的水平，應(yīng)對任何工 作人員的職業(yè)照 射水平進(jìn)行控制，按五年平均，每年為20msv的平均有 效劑量限值，而對公眾為每年重msv有效劑量限值，此處規(guī)定的劑量限 值不包括醫(yī)療照射及天然本底照射。在外照射防護(hù)中，屏蔽防護(hù)是最主要黛一種方法，根據(jù)上述輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，以劑量當(dāng)量限值作為屏蔽層外表面的荊量控制的參考僮，即:<l）控制區(qū)（輻射工作入員）：年當(dāng)量荊量限值宣。=20嬲&癌_（2）非控制區(qū)（公眾成員）隹當(dāng)量劑量限值或。二i棚腳.口 q2. 3放射源與¥射線自然界中，有些核素的原予核能囊發(fā)地發(fā)牛變化，從一個核素的原了 棱，變成另個核素的原子核，并伴隨放出射線，

34、這種現(xiàn)象稱藥“核衰 變"，這些核素稱冀放射性核素。在放射性衰變過程中，會從核內(nèi)放出8粒子、§粒 子、y光子或其它射線。這種不穩(wěn)定核素放出射線的特性ii 1_放射性。現(xiàn) 在已經(jīng)知道的放射性 核索中，叉分為天然放射性核索以及入工放射性核 素，含有放射性核索并不斷向周圍產(chǎn)生放射往射線的裝置被稱為放疥寸 源。放射性射線主要包括x射線、g射線、§射線、¥射線以及中子等等， 它們都能使物質(zhì)產(chǎn)生電離。其中，x射線與¥射線屬于電磁輻射，它們是 波長綴短的8第二章理論基礎(chǔ)電磁波。往射線、§射線在空氣中的射程較短，對環(huán)境輻射裁量影璃 較大的是，x対線和y

35、対線。在天然放射性元素中，丫射線是伴隨儀衰變和p衰變而放出來的一種波長極短的電磁輻射。7射線具有波、粒二象性，因而也把謝線稱為光子。光子既不 帶電又沒有靜止質(zhì)量，其能量可從下式求出：e：而.v：辦.三z(2-12)其中£是輻射能量，單位是j； b是普朗克常數(shù)，房60 63x10 -勺s； v是光的頻率，單位是s；入是波長，單位是c是真空中的光速，近似值 為 3 x 108ms。輻射能量也常使用ev(電子伏特)為單位，lev二1602x10q9jo天然放 射性元素的謝線能量范圍，一般為刀 10 kev到霸麓e¥。y射線的波長一般在10。12m以下，是放射性核素在衰變過程中或原

36、 子核反應(yīng) 過程中釋放出的波長極短的電磁輻射。工業(yè)、輻射加工、放射 治療中使用的y射 線都來自于放射性核素的衰變，如放射性核素穗7cs, 它每次衰變放射出能量為oo 661罐ev的¥光子，并放出§粒子。放射性核索自發(fā)地衰變，一般不受溫度、壓力的影響，并且按指數(shù)規(guī) 律變化。某放射性核素在t二0時刻的原予數(shù)冃與衰變t時間后的原子數(shù)冃iv 存在以下關(guān)系：iv： iv由二iv竿 f3'這就是天然放射性核素衰變的基本規(guī)律，其屮x為衰變常數(shù)，箕物理 意義是，一個具有放射性的原子核在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的概率；t為半衰期， 是指放射性核素數(shù)目衰減到原來數(shù)目一半所需要的時間的期望值。

37、半衰期越長, 說明衰變得越慢，半衰期越短，說明衰變得越快。半衰期是每個放射性核素的 固有特征常數(shù)，不同的放射性同位素有不同的半衰期，衰變豹時候放射出射線的 種類和數(shù)量也不同。不同核素的t值差別很大，例如137cs的半衰期是30年，料 位計所使用的源大多數(shù)都是137cs密封源。24料位計簡介本文輻射劑量場研究的對象是：y射線料封控制儀（簡稱料位計），以塢7cs為放射源。料位計是毒源部件（¥輻射源及防護(hù)鉛罐）、電離室y射線 探測器、接線盒、主機(jī)系統(tǒng)等組成。成都理工大攀碩士學(xué)位論文根據(jù)y射線束通過物質(zhì)斃被物質(zhì)吸收這一綴理，將放射源罐放在料封 管的一側(cè)，探測器放在與放射源對面的料封管另一側(cè)，

38、兩者在同一直線 上。當(dāng)打開放射源時，便有一束y射線朝著料封管射出，當(dāng)料封管中沒 有水泥熟料時，y射線束除少量被管壁吸收外，其余大都份透遺料封管被 探測器接收，變?yōu)殡娒}沖，送到主規(guī)轉(zhuǎn)變勢整流電壓信號，控制磁振撬 或振動槽停止卸料。當(dāng)料封警魄水泥熟料超避控制高度時，¥射線束大 部份被熟料吸收耐減弱，致使探測器產(chǎn)生的電脈沖減少，主銳直流電壓 降低，磁振機(jī)或振動槽振動卸料，以詫達(dá)到水泥楓立窯翻動接制卸料的 星的。在生產(chǎn)中料位計各部i牛與被測物料不接觸，故測量過程 都是非接 觸式的，對容器屮固體物料高度的變化進(jìn)行的是實時連續(xù)檢測。2, 5 y射線與物質(zhì)的相互作用料位計中放射源所發(fā)射的¥

39、;射線束，在穿過料封管的過程中，除了被 吸收以外，還將發(fā)生其健的反應(yīng)。這是因為y射線穿透力強(qiáng)，射程大，它 不會被物蔵完全吸收，只會隨著物質(zhì)厚度毆增加而逐漸減弱。¥射線和物質(zhì)的相 量作用通過三個主要過程：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)以及電子對的產(chǎn)生。丫射線與帶電粒子完全不同：帶電粒子與物質(zhì)相互作箱時，在一連串 的電離或激發(fā)事件中，逐漸損失其能量，而謝線與物質(zhì)裙互彳乍用時，則在一次事件字便能導(dǎo)致完全的吸收或散射。另終，了射線與原子或電子作震對，也 存在一定的幾率，可熊穿過很薄的物質(zhì)霖被吸收。下瑟分別討論丫射線與物質(zhì)作用的各 種形式。2. 5. 1光電效應(yīng)當(dāng)謝線與原子殼層軌道上的內(nèi)層電了碰撞時，將

40、其所有能量交給殼層 的一個內(nèi)層電子，電子克服了電離能，脫離原予而運(yùn)動，產(chǎn)生了光電子，研 射線被完全吸收，這種作焉稱熒光電效應(yīng)。在光毫效應(yīng)時，¥光予與物旗的原子 軌道電子發(fā)生相互作用，把全部能量傳遞給對方。它的一部分籠量用于把電 子從藏子中逐出去，這部分能量被稱建結(jié)合能；剩余熊量攆為電子的麓量焉被蒂 走，運(yùn)動光子隧幫消失。該電子獲褥懸量基藏離開原子藹被發(fā)射瘩來，稱兔光電 子。2. s. 2康普頓效應(yīng)當(dāng)入射y射一與原子的電子殼層中一個電子發(fā)生一次碰撞（此電子既 可以是束縛電子，也可以是自由電子）時，謝線將部分能量傳給電子，使它與丫射線的初始運(yùn)動方向呈蟄焦射岀，兩?射線煲|j與初始運(yùn)動方向

41、呈9熊散射。這種現(xiàn)象稱康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)，冤圖，戳下簡稱廉普頓效應(yīng)。該效應(yīng)中所打出的 電子叫反沖10第二章理論基礎(chǔ)電子或羹q康普頓電子，反沖電子能繼續(xù)與物質(zhì)發(fā)生作用，改變方向 的?射線稱敖射y射線或叫康普頓散射射線。20 5o 3電子對效應(yīng)個具有足夠麓量的入射¥光子從介質(zhì)原子核旁經(jīng)過時，在原子核庫 侖場的 強(qiáng)烈作用下，放出它的全部能量而形成電子對（即電子和正電子）。 被發(fā)射出的電子對還能繼續(xù)與介質(zhì)發(fā)生相互作用。由于一個電子的靜止 質(zhì)量等效于05imve,要產(chǎn)生一個電子對，光予的能量必須超過102 麓ev。電子對剛生成時具冇一定的 速度，在物質(zhì)中電子和正電子兩者都 通過原子的電離麗損失

42、能量。最后，正電子與物質(zhì)中的一個電子相互作 用，發(fā)生湮滅過程，放出兩個方向相反，能量各為0. 5坡ev的光子。無論是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)還是產(chǎn)生電子對，入射光子都把能量轉(zhuǎn) 化或傳 給電子，產(chǎn)生具有一定能量的次級電子。當(dāng)然在上述過程中也產(chǎn) 生些能量較低的光子。這些較低能量的光子會繼續(xù)與物質(zhì)作用，產(chǎn)生 更多的次級電子。數(shù)冃眾多的次級電子導(dǎo)致的電離和激發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過y射 線直接產(chǎn)牛的作用?？梢园?#165;射線與物質(zhì)相互作用分解為兩步。第一步 光子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生帶電粒子（電子），第二步獲得能量的帶電粒子再 與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生各種輻射效應(yīng)。2. 6蒙特卡羅方法蒙特卡羅方法與確定論的輸運(yùn)算法完全不同。確

43、定論方法通過變量離 散，將 輸運(yùn)方程化為近似的線性方程組，以得出粒子的平均行為：而蒙 特卡羅方法并不是直接解一個明確的方程，麗是通過模擬大量粒子行為 并但記錄它們平均行為的某些特征來得到輸運(yùn)方程的解。由于y射線與物體作用是一個隨機(jī)過程，所得到的宏觀物理量乂是一 個統(tǒng)計值，對復(fù)雜條件下輻射場的計算，射線衰減與散射過程數(shù)及空闋 物質(zhì)的幾何分布有關(guān)，做準(zhǔn)確的解析解困難很大。在這種情況下，蒙特 卡羅方法是很有效的求解方法。本文嘗試使用蒙特卡羅方法進(jìn)行輻射劑 量場的計算，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的經(jīng)驗 公式佶算弄j量的方法。蒙特卡羅方法 求解粒子運(yùn)輸閥題的內(nèi)容包含：（1）程序結(jié)構(gòu)在計算機(jī)上蒙特卡羅方法解決粒子輸運(yùn)問

44、題的程序一般可分為：源抽 樣，空間輸運(yùn)，碰撞，記錄和結(jié)果處理及輸出，還冇一個公共的產(chǎn)生隨 機(jī)數(shù)序列及主控 程序，結(jié)構(gòu)如圖2王所示。（2）粒子輸運(yùn)的終止條件成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文粒子輸運(yùn)的終止條件，根據(jù)問題豹幾何條件，物理假設(shè)，一般歸結(jié)為 如下幾種：粒子逃出系統(tǒng)；粒子碰撞后被吸收；粒子能量降低到 所給能量（閾能）以下；粒子壽命超過給定時間；粒子權(quán)重小于菜一很 小值；問題本身的特 殊要求蹩2: 蒙特睪爹壽潦糕淳緒梅示意強(qiáng)2o 7對料位計輻射場進(jìn)行劑量測量和理論計算的必耍性料位計在安裝、運(yùn)行之后，為了確保在場工作人員的受照劑量在國家 規(guī)定的限值之內(nèi)，需要了解料位計空間輻射場的劑量分布情況，這就需

45、耍在料位計工作后，先對其周圍空間的劑量分布進(jìn)行測定。然麗，在實際的應(yīng)用過程中，不可能對輻射場中每一今劑量點(diǎn)進(jìn)行測 量，如果理論計算值能基本體現(xiàn)出感興趣劑量點(diǎn)的真實劑量情況，則可 在實際攫i量次數(shù)12第二章理論基破有限的情況下，通過理論計算得到更多感興趣劑量點(diǎn)的吸收劑量值, 使得我們對空間輻射場的劑量情況有個更全面的了解。進(jìn)行理論計算可 對今后深入開展相關(guān)的科研試驗、輻射防護(hù)設(shè)計提供很大的幫助。13成都遽工大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章輻射生物效應(yīng)如前所述，料位計周圍劑量的分布研究是對于核設(shè)旋以及核儀器進(jìn)行 輻射防護(hù)設(shè)計的前提。射線通過蒸所攜帶盼能量對物質(zhì)或人產(chǎn)生破壞和 傷害，裁量止是這種破壞、傷害麓力大小的體現(xiàn)。隨著輻射安全在核技 術(shù)疲用中地位的提舞，人們十分重視射線對入體的作靂。盡可麓減少接 受的照射裁量，降低射線對人體的傷