蒙特卡罗方法在单色器屏蔽体设计中应用.pdfVIP

第十％±茸蓑特十，^洁＆#＆月学术会论j 蒙特卡罗方法在单色器屏蔽体设计中的应用 刘保杰，郑玉来，许淑艳，吕建友 _中目《7*H々目RR《#十，^镕n』tm102413) IMⅢ1 牢．建A射自简m，物8模型．提高TH算＆宰。使用n何H裂々g白勺技Ij有效减小∞方#，“算结*较好． “*在亢许范围上n．*站％目实验*施*蔽☆*与∞护提供7重要∞4论依群 I芜健诃1 茉#FF方法．荆晕．MCNp(MonI_亡CarloYeutrofl∞dPhom‰辨nCode)：《射∞# 0引言 肇特卡罗方法x称随机抽样技巧或统计实验方法。半个多世纪以来，由于科学技术的发展年口电子计算 机的卅现与发屉，这种方法作为种独市的方法被提出来，井首先在核武器的试验与研制中得到了应用。 蒙特k罗方法是种计算方法，与般数值¨算方法有很大区别。它“概率统计理皓为基础，能够比较逼真 地描述事物的特^厦物理丈验过程，m1_决些数值方；击难以解祧的问题，崮而应用领域日趋』l泛。 蒙特}罗方法的基本思想是当所求问题的解是某个随机变量的概率．或随机变量的数学期辑，或与 概率、数学期望响关的量时，通过某种实验的方法．得m酸随机变量笸牛的概率或缘随机变量若下个具体 观察值fn算术平均值．从而得到问题的解。 装特卡罗方法土要麻州范同包括：粒子输返问题，统计物理，姆犁数学问题．真空技术，激光技术以 及睦学．生物，探口等。 1物理模型 某反堆实验^厅中建设尊色器丈j|盘设施。竹色器为20cm。o删。]cm的锗晶体。l作时旋转¨扣开， 反应堆中导小的中于柬经过旋转f3．fL道、准直器准直、坼色器反射从孔道射出。非工作时旋转门关闭。考 虑到中了、光于的辐射以及工作人员的安全．需要对单色器实验设施建设屏蔽体，以实现绿色区标准，即 持续停留的工作人员受到的辐射不超过职业性照射的年当最剂量限制(20roSy／年)．并且在满足实验空问 要求的前提下，尽可能减少屏蔽的自用空问。 --_．-．-_|l。l_l ■■■■——鞋 门■ 目l旋转n结构i意剧 圈2单色器结构示意图 1Geomc仃v shield 2G㈣oftheonochfomabfshield Fig ofmemvo[vlng Fig 【情∞n1-圳*女f】911)M．N】匕*≈^mⅡ1月Ⅷ±M$，l#n*E＆#ⅥRn日275*∞68*Ⅲl∞4 第j篇蒙特卡罗方法应用 屏蔽体设计单位已确定旋转门几何形状，现需了解非工作状态时旋转门的屏蔽效果，以填加适当的 屏蔽体进行防护。单色器屏蔽体几何外型亦已确定，屏蔽体设计单位需要确定不同位置处屏蔽体厚度。蒙 特卡罗方法可以计算出粒子在屏蔽体不同厚度处的剂量率及穿透率，设计单位将计算结果转化为剂量从而 对屏蔽体的厚度、形状等进行调整。 如图l所示，旋转门由一系列的柱面和各种不规则的几何体组成。屏蔽体的主体材料为重混凝土， 密度为4．59／cm，，最大厚度达到1．5m。这使得到达一定厚度处的粒子数目非常少，到达最外侧的粒子数 目就更少了。若直接计算，计算结果误差很大以致无法使用。为解决上述问题，计算中使用了以下技巧。 2计算方法 2．1建立反射面 经分析：除局部小区域外，两旋转门关于中心平面对称。为此，在巾心平面位置处建立了镜面反射面。 当粒子输运至该位置时发牛镜面反射。蒙特卡罗方法允许使用反射面对物理模型进行简化、避免不必要的 重复从而提高计算效率。真实几何模型并非中心对称，可以通过改变参数再次计算的方法得到所需的结果。 2．2几何分裂与轮盘赌技巧 几何分裂与轮盘赌技巧包含两方面的内容： (1)分裂：将进入重要区域的粒子分裂为多个粒子，并相应减小粒子权重； (2)轮盘赌：将进入非重要区域的粒子进行赌操作，以某种概率P将粒子杀死，否则该粒予存活下来 并相应增加粒子权重。 使用儿何分裂与轮盘赌技巧，需要将几何分层处理并确定各层内所分裂成的粒子个数N和轮盘赌的概 率P。这些参数至关重要，与计算时间、计算效率紧密相关。 3计算内容及结果 3．1旋转门关闭时，门内及外侧不同厚度处中子、光子剂量率、泄露率计算