课程设计中子屏蔽教材.docx
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课程设计中子屏蔽教材
课程设计（报告）
题目CARR堆净化工艺间混凝土屏蔽墙厚度计算
学院名称核科学技术学院
指导教师康玺朱志超
职称
班级辐防101班
学号谭华艳
学生姓名20104180110
2013年12月25日
目录
一、设计题目描述……………………………………………
（1）
1.1问题描述…………………………………………………
（1）
1.2设计要求…………………………………………………
（2）
二、设计方案与结果………………………………………….（3）
2.1设计方案…………………………………………………（3）
2.2设计结果…………………………………………………（10）
三、总结……………………………………………………….（11）
3.1结果分析…………………………………………………（11）
3.2蒙特卡罗方法简介…………………………………………...（12）
3.3心得体会………………………………………………………（13）
四、参考文献………………………………………………………（13）
五、附录……………………………………………………………（13）
一、设计题目描述
1、设计题目：
CARR堆净化工艺间混凝土屏蔽墙厚度计算
1.1问题描述
设计内容：
试计算CARR堆净化工艺间混凝土屏蔽墙外的局部伽玛辐射剂量率。
假设其中4个过滤器的总的源强活性为4×1016Bq，其伽玛能谱按氮－16计，如下表1所示。
表1N-16能谱分布
能量（MeV）
1.72
1.90
2.75
6.134
7.112
8.87
份额
0.03
0.17
0.22
0.48
0.06
0.04
如图1所示，CARR堆净化工艺间中的4个放射性过滤器可近似为圆柱形容器。
左侧2个过滤器截面半径为15cm，高为160cm，中心位置分别为（0-1100）和（0-400）；右侧2个过滤器的截面半径为15cm，高为80cm，中心位置分别为（0400）和（01000）。
净化工艺间可等效为长为400cm，宽为180cm，高400cm的空间。
净化空间四周的混凝土屏蔽层厚度为60cm。
图1CARR堆净化工艺间
1.2设计要求
（1）试用经验公式解析方法计算屏蔽墙外的辐射剂量率。
近似为两个点源，按射线平均能量进行计算；
（2）试用蒙特卡罗程序MCNP计算屏蔽墙外的辐射剂量率，并与经验公式计算的结果进行比较。
二、设计方案与结果
2.1设计方案
将四个过滤器合并成两个点源，Y轴负半轴的两个过滤器看成A号点源，Y轴正半轴的两个过滤器看成B号点源，两个点源的坐标分别为A号（0,-75,0）、B号（0,70,0）。
在屏蔽墙外6个位置设置探测器，分别测量屏蔽墙外的γ辐射剂量率。
经小组讨论后，取如下六个点处：
1（150，-2.5,0）、2（150，-52，0）、3（150，-75，0）、4（150,70，0）、5（0,-260，0）、6（0,260,0）。
用经验公式计算后对比屏蔽墙外的γ辐射剂量率最大值点。
2.1.1用经验公式方法计算屏蔽墙外的γ辐射剂量率
由所给条件计算得，近似为两个点源后，A,B点源的活度分别为
A（0,-75,0）处点源活度A=2.667×1016Bq
B（0,70,0）处点源活度B=1.333×1016Bq
我所计算的是6坐标（0,260,0）处的γ辐射剂量率
所用到的公式：
、
（1）粒子注量率
（2）剂量率
（3）B=
R6A=3.35m,R6B=1.9m.
d6A=0.6m,d6B=0.6m.
用到数据如下表所：
a
b
0.4002
0.03698
将以上数据代入3个公式中得：
B=
计算6点（0,260,0）的剂量率：
2.1.2用蒙特卡罗程序（mcnp）计算屏蔽墙外的辐射剂量率
过滤器为实际的四个圆柱体模拟：
设计的MNCP程序：
LessionDesign
11-1-1-1314
21-1-2-1314
31-1-3-1516
41-1-4-1516
52-0.0012956-7-8-1718#1#2#3#4
63-2.35910-11-12-1718#1#2#3#4#5
72-0.00129-19#1#2#3#4#5#6
8019-20
1c/z0-11015
2c/z0-4015
3c/z04015
4c/z010015
5py-200
6px-90
7py200
8px90
9py-260
10px-150
11py260
12px150
13pz80
14pz-80
15pz40
16pz-40
17pz200
18pz-200
19so400
20so600
m11001.50c0.6678016.60c0.333
m270140.7108016.60c0.290
m3200000.20060000.2008016.60c0.600
modep
imp:
p11111110
sdefcel=1ergD1pos0-1100par2
si1L1.721.902.756.1347.1128.87
sp1D0.030.170.220.480.060.04
sdefcel=2ergD1pos0-400par2
si1L1.721.902.756.1347.1128.87
sp1D0.030.170.220.480.060.04
sdefcel=3ergD1pos0400par2
si1L1.721.902.756.1347.1128.87
sp1D0.030.170.220.480.060.04
sdefcel=4ergD1pos01000par2
si1L1.721.902.756.1347.1128.87
sp1D0.030.170.220.480.060.04
f15:
p150-2.500
f25:
p150-5200
f35:
p150-7500
f45:
p1507000
f55:
p0-26000
f65:
p026000
ctme1程序检查，出2D图像
过滤器近似两个点源模拟：
LessionDesign
11-1-1-1314
21-1-2-1314
31-1-3-1516
41-1-4-1516
52-0.0012956-7-8-1718#1#2#3#4
63-2.35910-11-12-1718#1#2#3#4#5
72-0.00129-19#1#2#3#4#5#6
8019-20
1c/z0-11015
2c/z0-4015
3c/z04015
4c/z010015
5py-200
6px-90
7py200
8px90
9py-260
10px-150
11py260
12px150
13pz80
14pz-80
15pz40
16pz-40
17pz200
18pz-200
19so400
20so600
m11001.50c0.6678016.60c0.333
m270140.7108016.60c0.290
m3200000.20060000.2008016.60c0.600
modep
imp:
p11111110
sdeferg4.70544pos0700rad=0par2
f15:
p150-2.500
f25:
p150-5200
f35:
p150-7500
f45:
p1507000
f55:
p0-26000
f65:
p026000
nps2000000
ctme1程序检查，出2D图像
2.2设计结果
前面用公式已求出自己所求点算得的第6点（0,260,0）的剂量率：
（1）用Excel公式法计算的六个点的射线剂量率结果整合下表中：
坐标
1（150，-2.5，0）
2（150，-52，0）
3（150，-75，0）
剂量率（Gy/s）
0.0485
0.0613
0.0603
坐标
4（150，70,0）
5（0,-260，0）
6（0，260，0）
剂量率（Gy/s）
0.0369
0.0445
0.0299
（2）将MCNP程序得到数据代入公式
得到所求点的辐射剂量率。
四个圆柱体体源，屏蔽墙外γ辐射剂量率：
坐标
1（150，-2.5，0）
2（150，-52，0）
3（150，-75，0）
剂量率（Gy/s）
0.0359
0.0575
0.0572
坐标
4（150，70,0）
5（0,-260，0）
6（0，260，0）
剂量率（Gy/s）
0.0353
0.0454
0.0241
近似为两个点源，屏蔽墙外γ辐射剂量率：
坐标
1（150，-2.5，0）
2（150，-52，0）
3（150，-75，0）
剂量率（Gy/s）
0.0421
0.0625
0.0485
坐标
4（150，70,0）
5（0,-260，0）
6（0，260，0）
剂量率（Gy/s）
0.0377
0.0478
0.0248
由上表可得，屏蔽墙外辐射剂量率最大点为2点（150，-52，0）,最小点为6点（0,260,0）
三、总结
3.1、结果分析：
将计算结果对比可知：
蒙特卡罗程序计算屏蔽墙外γ辐射剂量率比用经验公式方法计算屏蔽墙外γ辐射剂量率结果略微偏小。
用蒙特卡罗程序计算等效成四个圆柱体体源比等效成两个点源所得到的的屏蔽墙外γ辐射剂量率结果略微偏小。
最大剂量率值点在2点（150，-52，0）产生，即活度大的两个过滤器的中间平行过来的屏蔽墙外的点。
3.2、蒙特卡罗方法简介：
蒙特卡罗方法又称随机抽样技巧或统计试验方法。
半个多世纪以来，由于科学技术的发展和电子计算机的发明，这种方法作为一种独立的方法被提出来，并首先在核武器的试验与研制中得到了应用。
蒙特卡罗方法是一种计算方法，但与一般数值计算方法有很大区别。
它是以概率统计理论为基础的一种方法。
由于蒙特卡罗方法能够比较逼真地描述事物的特点及物理实验过程，解决一些数值方法难以解决的问题，因而该方法的应用领域日趋广泛。
当所求问题的解是某个事件的概率，或者是某个随机变量的数学期望，或者是与概率、数学期望有关的量时，通过某种试验的方法，得出该事件发生的频率，或者该随机变量若干个具
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