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核设施退役辐射场蒙卡—点核耦合计算方法及其应用

郭亚平  
【摘要】:目前,全世界有大量的反应堆和其他核设施处于退役阶段或准备退役阶段,核设施退役是一项复杂、涵盖面广泛、内容较多的工程。在考虑核设施退役的安全性、经济性、合理性的基础上,各核设施实施退役工程之前,必须借助计算机程序对退役技术方案、步骤等进行验证、评估、核实,以减少辐射对工作人员和周围环境造成不必要的危害。因而,对退役核设施的辐射场进行快速、精确计算符合核设施退役的需求。用于核设施退役三维辐射场计算的传统计算方法各有优缺点:(1)离散纵标法适用于解决深穿透问题,但不适合复杂源项和几何区域的计算,不适用于辐射场快速计算;(2)蒙卡方法可用于计算复杂源项和几何区域,但对于大空间屏蔽问题,无法在合理的时间内给出可靠的结果;(3)点核方法计算辐射屏蔽问题适合深穿透问题,虽快速,但不适用于复杂源项和几何区域的计算,同时积累因子的估算可能会带来较大的计算误差,可靠性较低。实际上,在进行核设施退役三维辐射场计算的过程中存在两个问题:(1)空间,需进行整个厂房内全空间的辐射场计算;(2)时间,伴随着设备的拆除需在尽量短的时间内给出新的剂量分布情况。核设施退役三维辐射场十分复杂,传统的单一计算方法很难同时解决这两个问题。因此,本文选用蒙卡-点核耦合方法对核设施退役三维辐射场进行计算,蒙卡-点核耦合计算方法进行核设施退役三维辐射场计算的特点是:(1)可给出全空间的三维辐射场,解决点核积分方法在复杂源项和几何区域存在的问题;(2)相对于单一的方法,可在尽量短的时间内随设备的拆卸给出新的剂量场分布。采用蒙卡-点核耦合方法对多点源辐射场模型进行计算的结果表明,耦合计算比单一点核计算误差精度提高约1-2个数量级,相比于单一的蒙特卡罗计算可节约几十倍的时间,验证了蒙卡-点核耦合方法计算复杂辐射场的可行性;同时,蒙卡-点核耦合方法对单体源模型计算的结果表明,耦合计算比单一的蒙卡方法计算速度提高几十倍,且最大相对误差在11%以内,计算精度高;蒙卡-点核耦合方法对双体源模型的计算结果表明,耦合计算比单一的蒙卡方法计算速度提高几十倍,且最大相对误差在30%以内,计算精度较高。开发了核设施退役三维辐射场蒙卡-点核耦合计算程序程序及辐射场三维可视化程序,辐射场快速精确计算程序包括源项数据库模块、辐射场计算模块以及接口程序模块,三维辐射场可视化显示模块能够实现核设施退役三维辐射场分布的可视化。将该软件应用于秦山一期退役辐射场的计算,采用耦合程序计算了整个辐射场的分布,与MCNP5计算结果对比,最大误差在1.5倍以内,计算精度和速度满足核设施退役动态辐射场计算要求。


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