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复合材料对14MeV中子源屏蔽的M-C模拟研究

彭凤梅  
【摘要】:利用低能加速器加速的氘粒子入射到含氚核的靶上,由氘和氚通过T (d, n)4He反应产生的能量为14MeV的中子已得到了广泛的应用,其应用领域有快中子照相、快中子活化分析、核反应截面数据测量、辐射育种、中子测井、材料辐射损伤研究、快中子治疗肿瘤等。本文采用蒙特卡罗方法,使用MCNP5程序,模拟了14MeV快中子在屏蔽材料中的输运。给出了14MeV快中子的优化屏蔽方法,并对其屏蔽方案进行了优化设计。主要研究内容和成果为: 1、研究了铁、奥氏体不锈钢、含钆不锈钢、碳化硼、聚乙烯对14MeV、5MeV、2.2MeV、0.1MeV、100eV中子的屏蔽性能。结果表明中子能量较高时,重核屏蔽效果好,中子能量低时,轻核屏蔽效果好。 2、研究了铁和聚乙烯分层组合材料对14MeV中子的屏蔽性能,并与单一的铁或聚乙烯对该能量中子的屏蔽性能进行比较。结果表明重核在前轻核在后的分层组合屏蔽方法对14MeV中子的屏蔽性能远好于单一屏蔽材料或是轻核在前重核在后的屏蔽性能。 3、研究用分层组合屏蔽方法屏蔽14MeV中子时,屏蔽体的优化设计。 (1)研究了第一屏蔽层用铁、奥氏体不锈钢、含钆不锈钢时,各材料合适的厚度,结果为:将14MeV中子屏蔽到透射中子90%低于1MeV时,三种材料的厚度基本都是36cm。 (2)研究了第二屏蔽层用聚乙烯、掺20%碳化硼的聚乙烯、掺50%碳化硼的聚乙烯时,各材料的合适厚度,结果为:通过36cm的第一屏蔽层和第二屏蔽层将14MeV中子屏蔽掉99%多时,第二屏蔽层用聚乙烯时厚度为12cm,用掺碳化硼聚乙烯时厚度为8cm。另外,通过对第二屏蔽层三种材料的对比显示,掺碳化硼聚乙烯对中子的屏蔽性能优于纯聚乙烯,但并非掺碳化硼比例越高越好,掺碳化硼的比例应在某个值时,含硼聚乙烯有最优的中子屏蔽性能。


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