BRIF—ISOL靶源区材料活化估算.pdfVIP

维普资讯 重大核科学工程 ·HI．13串列加速器升级工程 l19 BRlF—ISOL靶源 区材料活化估算 姜 冲，崔保群，黄青华，马瑞刚，马鹰俊，唐 兵，陈立华，邓金亭，蒋渭生 串列升级工程在线同位素分离器 (BRIF—ISOL)的靶源区，回旋加速器产生的高能强流质子打 靶时，产生大量的中子，靶周围的材料活化比较严重。对各种可能选用的材料，受中子活化的程度 进行了估算，为设计材料的选择提供参考。 1 计算条件 估算是在现有截面数据的基础上进行的，没有考虑高能中子的活化影响。由于查到的反应截面 数据不全，对大部分元素使用(n，0)【，(n，p)，(n，2n)反应的 14MeV 中子反应截面和(n，1，)反应的 热中子反应截面进行计算，对铁、铜、铝等常用元素的计算使用了O～100MeV的反应截面。 束流半径为0．5cm的100MeV、200 质子束，沿轴向入射~3ommx40I／lnl的圆柱铅靶时的 中子产额A一4．01xl0H，中子平均能量为4．25MeV (47c平均)。以靶处为点源，半径 R--0．5m 的 球体表面上 1cm 内的中子束强度为 Io=1．28x10ⅢS～。 估算主要考虑中子活化对靶源区材料的长期影响，在此基础上对核素数据进行了筛选。半衰期 T1，220h的核素衰变较快，计算中只考虑半衰期 ，2≥20h的核素。丫能量小于 100keV时容易屏 蔽，所以，衰变出射 丫的能量小于 100keV的核素不予考虑。核素 丫衰变强度小于0．01时，出射 丫 的数量非常小，所以，衰变强度小于 0．01的核素不予考虑 。 2 计算方法 质子束打靶时间t1，冷却时间t后，以单位体积的单一核素材料为中心，半径为 ，．的球面上的 光子剂量率为： ki=10Io(1一exp(一NAo-,D ／v／))(‘1一exp(一In2 ‘／))exp(一In2t／) ／(4~rHf) 其中： 为反应截面；D为材料厚度； 为元素的摩尔体积； 为发生反应的中子 占总中子数的比 例；Hi为活化产物核素衰变出射1，能量对应的单位剂量率的注量率。 一 种元素中有几种核素被活化，被活化核素的天然丰度为 单位体积单一元素材料的光子剂 量率为 一 ‰。实际的材料中含有多种元素，单位体积材料总的光子剂量率为K=Zpajkjp／j，其 中P为材料密度，PJ为单一元素的密度，aj为单一元素在材料中的百分比。 3 计算结果 计算了质子束打铅靶 2000h后，被 活化的 1cm 的材料对其周 围10cm处 的 光子剂量率。图 1显示 了中子活化后，各 种材料的光子剂量率随时间变化情况 。从 计算结果可 以得出结论：1)可伐合金、 黄铜 h62和黄铜 h96的剂量率 比较大，且 随时间变化下降缓慢，是它们都含有锌的 缘故，所 以在设计时，应尽量 限制使用含 锌的材料；2)不锈钢 316的剂量率也比 t}d 较大，应减少使用；3)铝 LD31的剂量 率很低，是比较理想的靶源区材料；4) 图1 光子剂量率随时问变化的曲线 对铁、铜、铝的计算使用热中子反应截面 ◆——纯铅 ，Pbl；·——铝，LD31：▲——不锈钢，316：×——可伐合金 和 14MeV反应截面的计算结果，与使用 }— — 纯铁，DT4；·——黄铜 ，h62；o——h96；—一 钛，TC4 维普资讯 120 中国原子能科学研究院年报 2007 0~100MeV反应截面的计算结果对 比，误差小于 50％。 BRlF—IS01靶源系统处理方案的优化设计 黄青华，崔保群 BRIF—ISOL是正在开展的串列加速器升级工程上一个非常重要的部分。该系统是利用回旋加速器 产生的100MeV质子束打靶产生放射性同位素，