γ辐射剂量和防护计算中若干半经验计算方法的缺陷和相关建议.pdfVIP

中国核科学技术进展报告（第一卷） 辐射防护分卷 Progress Report on China Nuclear Science Technology （Vol.1 ） 2009 年11 月 γ辐射剂量与防护计算中若干半经验计算方法 的缺陷与相关建议 杨 磊，李丽环 (东华理工大学，江西 抚州 344000) 摘要：辐射剂量与防护教材中介绍的半经验计算方法是 γ 辐射剂量与屏蔽防护计算的主要方法之一，但在具体使用 过程中发现了若干半经验计算公式及相关数据图表对次级带电粒子引起的韧致辐射的影响考虑较少，导致计算结果 偏差较大甚至给出与实际情况相反的结论。论文通过对两个典型实例的计算，利用蒙特卡罗模拟计算方法作为对比 来说明及分析了这些半经验计算方法的缺陷，并在文章的最后给出了改进建议。 关键词：半经验计算方法；韧致辐射； 蒙特卡罗方法 辐射剂量与防护教材[1-3] 中介绍的有关γ辐射的半经验计算方法是γ辐射剂量以及屏蔽防护计算 的主要方法之一，结合各种γ 防护计算经验数据图表，可以对绝大部分的剂量以及屏蔽问题进行计 算，有着简单快速，容易理解和掌握的优点，目前仍然广泛应用于各类防护装置和工程的设计建造 计算当中。其缺点也很明显，遇到结构复杂、材料复杂以及计算精度要求较高的问题时，射线多次 散射造成的累加效应比较严重，次级带电粒子引起的韧致辐射效应考虑的较少，给出的计算结果与 实际结果偏差可能很大，甚至会给出错误的结论。本文利用文献[1-3]中提供的仍常用的公式和数据， 从工程应用意义角度进行了γ 射线在肌肉组织中的剂量计算，以及γ 射线的屏蔽防护计算，作为对 比，利用了普遍使用的蒙特卡罗模拟计算软件MCNP5 版本进行了模拟计算，进行结果分析，指出 相关问题所在，最后给出改进意见。 作为对比和分析方法，蒙特卡罗方法由于能够逼真地描述事物的运动与作用过程，在带有随机 性质的科学领域如粒子输运求解问题领域的应用越来越广泛，随着计算机硬件水平的提高，该类方 法甚至在成为标准计算方法，而蒙特卡罗通用软件MCNP 用于γ射线剂量计算的正确性、可靠性受 到了大量文献的对比论证支持[4,5] ，甚至出现了所谓的“无源刻度”[6,7], 可以在很大程度上代替实际试 验,一批著名的蒙特卡罗通用模拟软件和代码包如MCNP ，Geat4 ，EGS ，Fluka 等已经在相关领域取 得了大量的成果，近十几年来在国内也出现了逐步从科研应用到实际应用快速扩散的良好局面[8] 。 本文采用两个典型问题作为讨论实例，第一个例子是计算137Cs γ 点源在空气中某处肌肉小球中 造成的吸收剂量率，第二个例子是有关铅—水屏蔽设计计算问题，现分别求解并分析如下。 1 吸收剂量率问题 1.1 问题描述 取1 个1mCi 的Cs-137γ 点源暴露在空气中，求解空气中距离γ源30cm 处由源在肌肉小球球心 处造成的吸收剂量率。 1.2 经验公式求解 按文献[1]P77 或文献[2]P53，当γ射线能量较低时，利用半经验计算公式计算空气中肌肉小球球 心处的吸收剂量率D m1 可以近似用对应位置处源在空气中造成的比释动能率K a 来代替，即： 12 AΓK 3.7 ×107 ×2.12 ×10−17 −9 −1 D m1 K a =≈ 2 2 =≈8.72×10 Gy ⋅s (1) r 0.3 ( ) 即上述γ源在肌肉小球球心处造成的吸收剂量率约为8.72 ×10−9 Gy ⋅s−1 。 1.3 蒙特卡罗方法求解 针对问题2.1 ，编写mcnp 输入文件并加以求解，其求解思路为： a、设置一个大的空气球，半径80cm，用于模拟空气环境； b 、在上述大空气球中距