基于束流线源模型自由电子激光器主体墙的屏蔽设计-上海应用物理研究所.PDFVIP

第 37 卷 第 6 期 核 技 术 Vol.37, No.6 2014 年 6 月 NUCLEAR TECHNIQUES June 2014 基于束流线源模型自由电子激光器主体墙的 屏蔽设计 徐玉海 夏晓彬 王光宏 徐加强 （中国科学院上海应用物理研究所张江园区 上海 201204 ） 摘要 在建的大连自由电子激光(Dalian Coherent Light Source, DCLS)是我国第一个开工建设的四代光源，也将 是全球唯一可调波极紫外自由电子激光器。本文采用蒙特卡罗程序 FLUKA ，建立了电子束流线源均匀模型（均 匀电子固定角度发射），对DCLS 注入器段的主体墙厚度做了屏蔽设计，计算中引入方差减小技巧，以降低计 算结果的统计误差；并将基于束流线源模型的蒙特卡罗计算结果与基于经验公式的 Shiled11 软件的计算结果 做了比较。结果表明，基于束流线源模型的蒙特卡罗计算结果与基于经验公式的 Shiled11 软件的计算结果吻 合较好；主体墙外的剂量主要是由中子贡献，95% 以上的中子剂量是由巨共振中子贡献。因此，基于电子束流 线源模型的蒙特卡罗方法适用于电子直线加速器的主体墙的横向屏蔽设计。 关键词 FLUKA ，Shiled11，束流线源模型，屏蔽设计，大连自由电子激光(Dalian Coherent Light Source, DCLS) 中图分类号 TL508 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.060101 自由电子激光以其波长连续可调、峰值功率和 离束流中心而形成束晕粒子，束晕粒子在振幅很大 平均功率高、频谱范围广、相干性好、偏振强等特 时，很容易丢失在器壁上，引起束流损失；在脉冲 点，成为现代科学研究越来越重要的工具。德国的 运行模式下，瞬态束流负载效应也会引起粒子丢失； FLASH 软 X 射线自由电子激光、美国 SLAC 的 束流准直误差也会引起束流损失。束流损失不仅限 LCLS 硬 X 射线自由电子激光、日本的 SACLA 硬 制了束流的提高，而且带来了辐射屏蔽等方面的一 X 射线自由电子激光分别于 2006 年、2009 年、2011 系列问题，高能电子加速器正常运行时，损失的电 年顺利完成建设、安装及调试工作，标志着激光领 子(E ＞10 MeV)与加速器结构材料（如真空管、支 域迎来了“四代光源时代”[1] 。2012 年 1 月，中国 撑结构）相互作用，产生的光子与加速器材料发生 科学院上海应用物理研究所自由电子激光研究团队 光核反应产生中子，在屏蔽层外形成泄漏剂量率， 在国际上率先实现 HGHG 自由电子激光大范围波 对工作人员甚至公众带来直接的放射性危害。严格 长连续可调[2] 。2012 年 3 月 12 日，总预算达1.4 亿 控制粒子损失率是降低辐射屏蔽设计难度、减小加 元的国家重大科研仪器设备专项“基于可调极紫外 速器隧道感生放射性的有效途径，电子加速器的感 相干光源的综合实验研究装置”在大连正式启动[3] 。 生放射性远小于质子或重离子加速器[4] 。本文主要 中国科学院上海应用物理研究所是主要承建方。大 讨论由于电子束流损失引起的主体墙屏蔽问题。 连自由电子激光(Dalian Coherent Light Source, DCLS)将成为国际上唯一一套工作在 50−150 nm 区 1 屏蔽设计方法 间且波长可调的全相干高亮度的自由电子激光器。 对于直线加速器主体墙的屏