隨著社會(huì)與科學(xué)進(jìn)步，工業(yè)射線探傷為社會(huì)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但其產(chǎn)生的輻射危害日益受到人們的關(guān)注^[1]。在我國(guó)愈發(fā)重視環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，輻射影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性尤其重要。筆者針對(duì)探傷室輻射評(píng)價(jià)工作中的實(shí)例，采用了三種屏蔽計(jì)算方法與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較分析，并總結(jié)出幾種計(jì)算方法的優(yōu)劣。

1 探傷室的模型

探傷室長(zhǎng)20m，寬6m，高6.5m。四周墻壁總厚度均為72cm，其中內(nèi)外分別為24cm厚的磚，中間夾24cm的鋇渣。探傷室模型見(jiàn)圖 1。

2 輻射源及測(cè)量裝置2.1 輻射源

探傷輻射源選用¹⁹² Ir密封源，其活度為2.65 × 10¹²Bq，γ射線平均能量為0.35MeV^[2]。非使用狀態(tài)下，密封源封存在DLTS - B源容器內(nèi)。

2.2 測(cè)量裝置

① 選用WF - 100型通用輻射測(cè)量?jī)x完成探傷室內(nèi)固定點(diǎn)位劑量率的測(cè)量，該設(shè)備量程為0 ~ 250mGy /h，在中國(guó)國(guó)家計(jì)量院的國(guó)防科工委放射性計(jì)量一級(jí)站進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)依據(jù)該儀器的檔位在1.00 ~ 1.04之間。②選用FH40G - L型環(huán)境X、γ劑量率儀完成探傷室外固定點(diǎn)位劑量率的測(cè)量，該設(shè)備的量程為10nGy /h ~ 100mGy /h，能量范圍為30keV ~ 4.4MeV，在核工業(yè)放射性勘查計(jì)量站進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)為0.9672。

3 計(jì)算點(diǎn)位的設(shè)置3.1 室內(nèi)計(jì)算點(diǎn)位的設(shè)置

針對(duì)¹⁹² Ir放射源裸照情況，分別計(jì)算探傷室內(nèi)距離放射源2m、3m、4m、5m和8m點(diǎn)位的空氣比釋動(dòng)能率，測(cè)量點(diǎn)位與計(jì)算點(diǎn)位相同。

3.2 室外計(jì)算點(diǎn)位的設(shè)置

針對(duì)存在屏蔽介質(zhì)情況下，分別計(jì)算距探傷室墻外1m ~ 10m處的空氣比釋動(dòng)能率，測(cè)量點(diǎn)位與計(jì)算點(diǎn)位相同。放射源到內(nèi)墻的距離為2.33m，離地面的高度為0.7m。

4 結(jié)果與分析4.1 本底測(cè)量結(jié)果

根據(jù)計(jì)算與測(cè)量的點(diǎn)位，選用儀器分別測(cè)量探傷室內(nèi)外的環(huán)境本底水平，每臺(tái)儀器測(cè)量10組數(shù)據(jù)，取其平均值。WF - 100型通用輻射測(cè)量?jī)x測(cè)量室內(nèi)本底水平為110nGy /h，F(xiàn)H40G - L型環(huán)境X、γ劑量率儀測(cè)量室外本底水平為106nGy /h。

4.2 理論計(jì)算與測(cè)量結(jié)果的比較

參照選定的點(diǎn)位及屏蔽介質(zhì)材質(zhì)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式法、點(diǎn)核積分法及MCNP法對(duì)固定點(diǎn)位的空氣比釋動(dòng)能率進(jìn)行計(jì)算，其中經(jīng)驗(yàn)公式法和點(diǎn)核積分法的計(jì)算公式如下:

經(jīng)驗(yàn)公式法^[3-5] :

式中: H₁—距離放射源r₁米處的空氣比釋動(dòng)能率(μGy/h); A₁—源強(qiáng)(Bq); Γ—源的照射量率常數(shù)，C.m².kg^-1; 33.85—轉(zhuǎn)換系數(shù)，Gy.kg.C^-1; r₁—放射源與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離(m); t₁—屏蔽層的厚度，cm; T—衰減1 /10值層厚度，cm。

點(diǎn)核積分法^[3, 6] :

式中: H₂—距離放射源r₂米處的空氣比釋動(dòng)能率(μGy / h); A₂—源強(qiáng)，Bq; r₂—關(guān)注點(diǎn)到放射源的距離，cm; B—積累因子; μ—γ射線在屏蔽材料中的線性減弱系數(shù)，cm^-1; t₂—屏蔽層的厚度，cm; K_a/φ—空氣比釋動(dòng)能率與通量密度的比值，pGy. cm²; n—每次衰變產(chǎn)生的光子數(shù)。

根據(jù)公式(1)、公式(2)及MCNP法建立的計(jì)算模型分別計(jì)算固定點(diǎn)位的空氣比釋動(dòng)能率，然后與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

4.2.1 室內(nèi)固定點(diǎn)位計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)室內(nèi)固定點(diǎn)位的設(shè)置，采用三種計(jì)算方法分別計(jì)算各點(diǎn)位的空氣比釋動(dòng)能率，同時(shí)運(yùn)用WF - 100型通用輻射測(cè)量?jī)x測(cè)量相應(yīng)點(diǎn)位空氣比釋動(dòng)能率，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 1。

根據(jù)表 1中對(duì)室內(nèi)固定點(diǎn)位的計(jì)算結(jié)果及測(cè)量結(jié)果，繪出對(duì)室內(nèi)固定點(diǎn)位比釋動(dòng)能率計(jì)算值與測(cè)量值的比較圖，見(jiàn)圖 1。

從對(duì)比結(jié)果可知，經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相同相近，其誤差不大于1%，點(diǎn)核積分法與實(shí)測(cè)結(jié)果誤差在1% ~ 4%之間，MCNP法與實(shí)測(cè)結(jié)果誤差在10% ~ 14%之間。從而得知，計(jì)算無(wú)屏蔽介質(zhì)固定點(diǎn)位劑量率，優(yōu)先選用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，次之選用點(diǎn)核積分法進(jìn)行計(jì)算。

4.2.2 室外固定點(diǎn)位計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)室外設(shè)置的固定點(diǎn)位，采用三種計(jì)算方法分別計(jì)算各點(diǎn)位的空氣比釋動(dòng)能率，同時(shí)運(yùn)用FH40G - L型環(huán)境X、γ劑量率儀測(cè)量相應(yīng)點(diǎn)位空氣比釋動(dòng)能率，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 2。

根據(jù)表 2中對(duì)室內(nèi)固定點(diǎn)位的計(jì)算結(jié)果及測(cè)量結(jié)果，繪出對(duì)室外固定點(diǎn)位比釋動(dòng)能率計(jì)算值與測(cè)量值的比較圖，見(jiàn)圖 2。

從對(duì)比結(jié)果可知，經(jīng)驗(yàn)公式法、點(diǎn)核積分法與MCNP法的計(jì)算結(jié)果均大于測(cè)量結(jié)果，標(biāo)明三種計(jì)算方法均是保守的。根據(jù)計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果的比值，得知經(jīng)驗(yàn)公式法結(jié)果約為測(cè)量結(jié)果的7 ~ 14倍，點(diǎn)核積分法結(jié)果約為測(cè)量結(jié)果的3 ~ 6倍，MCNP法結(jié)果約為測(cè)量結(jié)果的2 ~ 3倍。以測(cè)量結(jié)果為橫坐標(biāo)，以計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果的比值為縱坐標(biāo)，見(jiàn)圖 3。

從圖 3可以明顯看出，在有屏蔽介質(zhì)的情況下，經(jīng)驗(yàn)公式法的計(jì)算結(jié)果偏保守，點(diǎn)核積分法與MCNP法相對(duì)準(zhǔn)確。三種計(jì)算方法結(jié)果保守性的主要原因: ①與計(jì)算方法本身有關(guān)，其中經(jīng)驗(yàn)公式法與點(diǎn)核積分法均為理論計(jì)算公式，其參數(shù)均為經(jīng)驗(yàn)值，且已應(yīng)用多年，與現(xiàn)有屏蔽材料的參數(shù)、源項(xiàng)的參數(shù)有一定的偏差; ②由于MCNP程序是對(duì)粒子的輸運(yùn)進(jìn)行大量的抽樣模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果的誤差與粒子數(shù)直接相關(guān)，另外本次計(jì)算未考慮源的自吸收效應(yīng)，全部使用了點(diǎn)源設(shè)置，計(jì)算結(jié)果存在偏差。

結(jié)合相關(guān)研究文獻(xiàn)，在估算簡(jiǎn)單模型過(guò)程中(例如探傷室、放射源庫(kù))，優(yōu)先選用點(diǎn)核積分法進(jìn)行估算，可節(jié)省工作量及工作時(shí)間。對(duì)于大型核設(shè)施及復(fù)雜源項(xiàng)的屏蔽計(jì)算，可優(yōu)先選用MCNP法提高計(jì)算的精度。

5 結(jié)論與展望

計(jì)算點(diǎn)源致固定點(diǎn)位空氣比釋動(dòng)能率時(shí)，在無(wú)屏蔽條件下，經(jīng)驗(yàn)公式法優(yōu)于其他兩種方法，與測(cè)量結(jié)果基本吻合; 存在屏蔽介質(zhì)時(shí)，三種方法均為保守計(jì)算，其中經(jīng)驗(yàn)公式法偏保守，與測(cè)量結(jié)果相差約1個(gè)量級(jí)。

在實(shí)際屏蔽設(shè)計(jì)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)過(guò)程中，對(duì)于簡(jiǎn)單模型，可優(yōu)先選用點(diǎn)核積分法進(jìn)行估算; 對(duì)于復(fù)雜模型，可優(yōu)先選用MCNP法進(jìn)行估算。

通過(guò)對(duì)存在屏蔽介質(zhì)與無(wú)屏蔽介質(zhì)的計(jì)算結(jié)果比較分析可知，計(jì)算結(jié)果的保守性與屏蔽材料衰減參數(shù)選取直接相關(guān)，根據(jù)現(xiàn)有參考文獻(xiàn)查詢得知的屏蔽材料種類相對(duì)較少，且查詢的數(shù)據(jù)與實(shí)際生產(chǎn)的屏蔽材料也存在一定的誤差。如今對(duì)屏蔽材料屏蔽效果鮮有研究，需進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)研究。