FLUKA程序在法拉第杯设计中的应用

法拉第杯是加速器束流强度绝对测量装置,其收集效率对于法拉第杯的设计至关重要。应用蒙特卡罗软件FLUKA对北京正负电子对撞机直线加速器分析磁铁AM2处的法拉第杯进行模拟设计。给出了法拉第杯不同部位对收集效率的影响曲线,并给出了入射电子在法拉第杯中的能量沉积分布与带电粒子分布图,最终得到了优化的法拉第杯尺寸,使得对入射电子的收集效率达到99.73%。

中国散裂中子源直线主副隧道的屏蔽设计

中国散裂中子源(CSNS)的核心部件是一台高能强流质子加速器,其孔道屏蔽是辐射防护设计考虑的重要内容。为确保直线加速器速调管大厅的工作人员辐射安全,本文采用蒙特卡罗程序FLUKA,对直线加速器的主副隧道间屏蔽墙和副隧道上方顶屏蔽的孔道屏蔽效果进行了模拟计算,提出了多种屏蔽优化方案,并按照CSNS工作场所的剂量率限值,分析给出了该处孔道屏蔽结构的优化改进意见。

脉冲辐射场中子探测器死时间效应研究

以正比计数管为基础的中子剂量当量仪是实现反应堆和加速器等中子辐射场剂量水平实时监测的重要手段,而探测器的死时间效应问题直接关系到脉冲中子辐射场下量值的准确性。本文使用"双源法"实验测定了正比计数器死时间,使用蒙特卡洛模拟软件计算了中子探测器慢化体对中子的慢化时间,推导出加速器辐射场中计数率与修正因子的关系式,可以实现脉冲辐射场中子漏计数补偿。

中子剂量仪在脉冲辐射场中的漏计数校正研究

中子剂量仪在加速器周围的脉冲辐射场中应用时存在漏计数现象,会影响辐射监测量值的准确性,需要修正。根据加速器束流脉冲参数推导出加速器辐射场中中子剂量仪的计数率与校正因子的修正公式,可以有效补偿中子剂量仪的漏计数。在北京正负电子对撞机(BEPCII)直线加速器的脉冲辐射场中进行实验,由实验结果求出修正公式中的未知参数,得到了修正公式。同时,使用被动式探测器CR39测量实验位置的累积中子剂量,对比两种探测器实验结果,验证了修正公式的有效性。

厚型气体电子倍增探测器(THGEM)在15～70 keV X射线测量中的应用

本文采用了自主研发的THGEM探测器,其具有双膜结构,64路直流读出电子学等特点。采用该THGEM探测器在K荧光装置上,开展了对15~70 ke V内多能量点X射线的探测实验工作;结果显示该THGEM探测器对宽能区、高注量(剂量当量)的X射线具有良好线性响应,并分析了影响探测效率的因素。

3He正比计数器性能研究

对用于中子剂量当量监测的3He正比计数器进行了研究.采用理论计算和CT扫描的方法分析了计数器的结构和工作原理;采用实验测试和理论分析的方法研究了其输出信号的特征,信号幅度在4 mV左右;使用双源法测得了计数器的分辨时间为39.22 μs;实验测得其高压坪曲线并确定工作电压为1 250 V.

北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)束流注入区辐射场研究

北京正负电子对撞机(BEPCⅡ)正负电子束流注入阶段的束流损失,影响储存环束流注入区及防护区辐射场。本文利用束流损失监测系统(BLM系统)分析了束流注入阶段注入区束流损失的位置和束流损失率,并结合FLUKA软件模拟计算对撞实验模式下束流注入阶段注入区的辐射场。结果表明:注入阶段注入区及其下游束流损失明显;辐射场内粒子能谱情况是中子为宽能谱且各向同性,切割磁铁(铁靶)出射蒸发谱峰窄,峰值约为0.9 Me V,直接发射谱不显著;真空管(铝靶)出射蒸发谱峰宽且直接发射谱显著,峰值分别为4 Me V和20 Me V;光子能谱峰窄且前向性明显,能量在5 Me V以下分布集中;中子与光子剂量率水平相当;注入阶段比非注入阶段剂量率高约2个数量级;对撞实验模式下,实验测量整个运行阶段储存环光子剂量率平均水平约为1 000μSv/h,中子剂量率比光子剂量率低1个数量级。

测量BEPCⅡ直线加速器隧道内的瞬发辐射场

BEPCⅡ直线加速器脉冲流强大且脉宽小，束流损失造成的辐射场是一个占空因子很小、辐射水平很高的瞬发辐射场。丙氨酸／ESR作为一种大剂量辐射场探测方法，本文首先实验刻度丙氨酸剂量计，用于隧道辐射场实验测量，并结合MCNP软件模拟计算校正测量结果。结果表明，束流注入阶段，e＋靶区中子含量高，与光子通量比为3．7，光子剂量率0．94Cy／h，中子剂量率范围8．2—16．4Cx／h。其他区域（除e＋靶区），中子含量少，基本忽略中子剂量率，且因束损不均匀导致剂量水平空间差异较大，剂量率范围0．1Gy／h至十几个Gy／h，相差达两个数量级。

利用转化体实现THGEM在高能γ射线测量中的研究

为提高厚型气体电子倍增探测器对高能伽马射线的探测效率,研制高Z材料的光电转化体,将伽马射线转化为电子后测量.通过研究设计了多孔铅型的光电转化体(孔直径1 mm、孔间距1.2 mm),理论计算其光电转化效率为6%.并结合转化体和单模THGEM探测器建立探测系统,测量662 keV伽马射线.结果显示,含转化体的THGEM探测系统对662 keV光子探测效率达到了3%,说明转化体对于提高探测效率是有效的;同时分析探测效率略低于转化体光电转化率的理论计算值6%的主要因素为探测器外结构膜窗对低能光电子造成的损失.

CEPC直线加速器束流垃圾桶初步设计

束流垃圾桶的材料、结构、尺寸的正确设计对于确保高能环形对撞机(Circular Electron Positron Collider,CEPC)直线加速器的安全运行有重要意义。采用蒙特卡罗程序FLUKA,研究了概念设计阶段的CEPC直线加速器束流垃圾桶的初步设计方案,给出了作为吸收体设计依据的射程的不同计算方法及验证过程,以及屏蔽体部分的材料选择与总体屏蔽厚度的关系;计算过程中引入减方差技巧提高了计算结果的精确程度。

基于扩展型多球中子谱仪的中子能谱测量

为了有效地测量加速器辐射场的中子能谱,论文通过FLUKA模拟的辐射场中子能谱和探测器能量响应选择出合适的扩展型多球中子谱仪、利用基于少道解谱理论的解谱程序来得到实验能谱以及积分注量统计。并通过计算与实验计数率的对比证明了该方法测量中子能谱的可行性,同时分析了实验的不足并给出了改进的建议。

基于PLC的高能同步辐射光源人身安全联锁系统设计

高能同步辐射光源是由中国科学院高能物理研究所承建的第四代同步辐射光源,电子能量为6GeV,发射度0.06~0.1nm·rad。为了保证人员的安全,将光源分为四个控制区域,并基于可编程逻辑控制器(PLC)进行了高能同步辐射光源人身安全联锁系统的设计,避免人员误入产生瞬发辐射的控制区,避免人员滞留控制区时加速器产生瞬发辐射,避免控制区内的辐射不经控制的向外扩散。系统以可编程控制器(PLC)为核心,各硬件系统之间采用硬连接的方式通讯,联锁逻辑由PLC处理完成。上位机监测由EPICS软件系统实现,PLC通过以太网与EPICS通讯。

高能同步辐射光源插入件永磁体辐照退磁分析

Nd2Fe14B永磁体是高能同步辐射光源插入件的核心构件,永磁体在高能电子加速器的混合辐射场中可能产生退磁的现象是高能同步辐射光源的一个重要问题。本文采用蒙特卡罗软件FLUKA模拟分析了Spring-8的电子直射Nd2Fe14B磁阵列的辐照损伤实验,建立了Nd2Fe14B磁阵列辐照剂量和退磁的关系。使用高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)波荡器插入件模型和恒流注入模式束流损失参数,计算了各个磁极受到的吸收剂量分布,分析了HEPS光束线站波荡器插入件的退磁情况。计算结果表明:插入件永磁体的退磁现象在入口处比较严重;插入件受到辐照剂量和束流损失的方式有很大关系,在52.5 nC电子直射损失在插入件入口、25.5 nC电子均匀损失在极板间隙的情况下,受辐照最严重的磁极运行2.1 a的辐照退磁可以达到5%,如果直射损失部分电子的比例变小,插入件的寿命会有一定程度的提高;在插入件入口处放置一定厚度的屏蔽材料或者增大极板间隙,能有效降低插入件内的吸收剂量。

BEPCⅡ周边土壤及关键部件的感生放射性测量

用高纯锗γ谱仪测量北京正负电子对撞机周边土壤及关键部件的感生放射性。通过测量,得到BEPCⅡ环境土壤样品的γ放射性核素含量,对比BEPCⅡ运行前的测量结果表明:BEPCⅡ的运行未增加周边土壤的放射性核素成分和含量。对加速器隧道内的几处关键部件进行γ放射性核素测量,发现隧道内部件均受到不同程度的活化。

EPICS框架下HEPS人身保护系统平台设计

介绍了高能同步辐射光源(HEPS)人身保护系统实验平台的设计。该实验平台是基于嵌入式控制系统EPICS框架下设计与实现的,通过可编程控制器(PLC)与相应的硬件设备实现联锁保护的功能。平台硬件设备通过硬连接方式连接到PLC的I/O模块上,服务器独立运行I0C程序,实现IOC与OPI、PLC之间的数据交换。实验运行结果表明:该平台性能稳定可靠,能够对硬件故障及人为等一系列操作作出准确反应,人身保护系统的设计方案和功能得到验证,可满足高能同步辐射光源运行的需要。

ERL-FEL损失源项的FLUKA整体建模及验证

中国科学院高能物理研究所提出了ERL-FEL(Energy recovery linac-Free electron laser)"一机两用"的概念,通过同一直线加速器将能量回收加速器(Energy recovery linac,ERL)和自由电子激光(Free electron laser,FEL)结合到一起。本文讨论ERL-FEL两用实验装置主体屏蔽设计中,利用离散抽样的方法实现多个损失源项的整合,在同一FLUKA用户程序中实现多源抽样,并将蒙特卡罗计算结果与各源项独立处理的累积结果进行对比。计算表明,两者的结果吻合较好。基于束流损失源项整体建模的方法适用于其他小型直线加速器的整体屏蔽计算,可方便在其他装置上扩展应用。

高能同步辐射光束线站轫致辐射吸收器设计

在建的北京高能同步辐射光源是一个储存环电子能量6 GeV、流强200 mA的同步辐射光源。轫致辐射吸收器是光束线站中位于第一光学棚屋内的长方体铅或钨块,用来阻挡来自直线节的气体轫致辐射。基于工程材料线站的实际布局,使用蒙特卡罗软件FLUKA模拟计算了高能同步辐射正常运行工况下气体轫致辐射在第一光学棚屋内产生的散射光子和光核反应中子的能谱和角分布。结果表明:轫致辐射吸收器可以很好的阻止气体轫致辐射的传播,但产生的光核反应中子较难被棚屋铅墙屏蔽,根据光核反应中子的分布,设计了铅和含硼聚乙烯组合屏蔽的方式,有效地降低了第一光学棚屋内外的中子剂量当量率。

口服尿素^(14)C所致人体剂量转换系数

目的计算口服尿素^(14)C情况下,人体各器官受照剂量及其剂量转换系数,为评估中国人摄入尿素^(14)C所致内照射剂量提供简便方案。方法在FLUKA软件中导入中国参考人体素模型,模拟不同器官受到^(14)C内照射时,各个器官的吸收剂量,得到口服尿素^(14)C时的剂量转换系数。结果胃、结肠、膀胱、心脏、肌肉等组织器官的吸收剂量转换系数分别为:阴性情况,0.029、0.029、0.32(0.24)、0.028、0.029;阳性情况,0.079、0.078、0.18(0.15)、0.076、0.080,单位mGy/MBq。待积有效剂量转换系数为:阴性,0.041(0.037);阳性,0.082(0.081),单位mSv/MBq。结论本文得到的剂量转换系数可为评估中国人口服尿素^(14)C药物后的受照剂量提供重要参数。

Simulation of a modified neutron detector applied in CSNS

We simulate the response of a modified Anderson-Braun rem counter in the energy range from thermal energy to about 10 GeV using the FLUKA code. Also, we simulate the lethargy spectrum of CSNS outside the beam dump. Traditional BF3 tube is replaced by the 3He tube, a layer of 0.6 cm lead is added outside the boron doped plastic attenuator and a sphere configuration is adopted. The simulation result shows that its response is exactly fit to H＊（10） in the neutron energies between 10 keV and approximately 1 GeV, although the monitor slightly underestimates H＊（10） in the energy range from thermal energy to about 10 keV. According to the characteristics of the CSNS, this modified counter increases the neutron energy response by 30% compared with the traditional monitors, and it can be applied in other kinds of stray field rich of high eeergy neutrons.