基于MCNP5软件的中子屏蔽模拟.pdf

《基于MCNP5软件的中子屏蔽模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、i学术探讨经验交流素-一基于MCNP5软件的中子屏蔽模拟彭凤梅魏强林刘义保(东华理工大学核工程技术学院，江西抚州3~000)[摘要]用蒙特卡罗方法模拟了能量为14．5MeV的中予在聚乙烯、石墨、钢以及钢和聚乙烯非均匀组合材料中的透射率。模拟结果和辐射防护理论吻合，证实了蒙特卡罗方法的可靠性。另外从模拟的结果中我们可得出结论，对于快中子，重核在前轻核在后的屏蔽效果在一定条件下要远好于单一屏蔽层或轻核在前时的屏蔽效果。[关键词]透射率；蒙特卡罗；中子；屏蔽1cm的散射面源，面源的对称轴和屏蔽体的对称轴均在Y轴1．引言上，源发出的中子的

2、能量为E14．5MeV，中子的初始方向随着核物理的研究进展及其成果应用，在科研、医疗照为立体角的均匀分布。粒子数计数卡紧贴在柱形屏蔽体的两射、核能发电等领域都会遇到中子的屏蔽问题，中子穿过一个底面上。屏蔽体模型如图1所示：定材料的屏蔽层后的透射率能反映该种材料的屏蔽性能，如果用实验室试验的方法来研究材料的屏蔽性能，既需要耗费大量的实验材料，又需要进行长期的多次的试验。这样的方法不仅效率低下，需要大量的人力和物力，而且数据的获取和处理分析任务也很繁重，并且会在试验过程中受到种种不利因素的影响，导致结果不够理想和准确。而应用基于蒙特卡

3、罗方法的MCNP应用软件在计算机上做模拟试验来研究材料的屏蔽性能，就可以避免上面这些不足，并且结果也比较准确[1Iz-。本文应用MCNP软件模拟计算了聚乙烯、石墨、钢及钢和聚乙烯非均匀组合材料对中子的屏蔽性能，2．蒙特卡罗方法与MCNP应用软件简介图1中子屏蔽计算模型图蒙特卡罗方法(MonteC~lo)，简称为MC方法。随着科3．2中子屏蔽材料技的发展和计算机的出现，蒙特卡罗方法逐渐成为一种独本文模拟计算了三种材料对中子的屏蔽性能，材料列于立的研究方法，并首先应用于核武器的试验与研制过程3]。表1，其中聚乙烯采用的是高密度聚乙烯，

4、石墨采用的是纯蒙特卡罗方法是一种特殊的计算方法，它是以概率统计理净的石墨，钢中含有1％的锰和0．4％的碳。论为基础的。由于它能够非常逼真地描述事物的特点及物理实验的整个过程，能够解决一些用数值计算方法难以解表1中予屏蔽材料决的问题，因而被引入越来越多的应用领域[41。材料聚乙烯石墨钢MCNP是由美国洛斯阿拉莫斯实验室研制出来的一个密度(cm)0．952．627．86大型多功能蒙特卡罗计算程序，可以计算复杂结构中的中子、光子、电子或中子．光子耦合输运问题。McNP对源的描4．模拟结果及分析述、对物质空间几何分布的描述非常灵活，因此适

5、用范围很4．1三种材料对14．5MeV快中子的屏蔽性能比较分广_5_。目前已被用于放射性无损检测系统、反应堆设计、辐射析屏蔽与防护、核仪器探测器的设计与分析、医学中的放射性用上述模型计算了14．5MeV快中子在聚乙烯、石墨和治疗、物理保健等领域。钢中的透射率，结果如图2所示。3．中子屏蔽计算模型与材料由图2可知在A点以前聚乙烯、石墨和钢透射率的大3．I中子屏蔽计算模型小关系是：聚乙烯>钢>石墨；A——B两点之间部分透射MCNP是大型的粒子输运MC程序，具有强大的几何能率的大小关系是：钢>聚乙烯>石墨；在B至50cm处三者力。本文基

6、于研究材料屏蔽性能的需要，建立了一个半径为的大小关系是：钢>石墨>聚乙烯。60cm的圆柱体作为屏蔽体，模拟的中子源是一个半径为这样的透射规律是由屏蔽层的厚度、屏蔽层的密度和作者简介：彭凤梅，女，河南南阳人，硕士，讲师，研究方向：计算机在核技术中的应用。一68—I经验交流学术探讨l～二：：．．：l二．：．．一：一===：：=：：：二二．1二．：l二：l二．：l二：==一：==：L：．2012隼第1、2朗．碳、氢以及铁的中子截面(非弹性散射截面、弹性散射截面图3中透射率曲线显示在20cm厚的钢层后改用聚乙和吸收截面)决定的。烯屏蔽层后

7、总的透射率会迅速下降。这是因为钢层在前时入射的快中子有较大的非弹性散射截面，中子很快被慢化，此后再进入到含有丰富氢的聚乙烯中时很快被进一步慢化和吸收。显然组合屏蔽的效果更好。4．3钢与聚乙烯对14．5MeV快中子的组合屏蔽性能计算了钢在聚乙烯前和钢在聚乙烯后的非均匀组合材0．6爵料对14．5MeV快中子的透射率，两种组合中前面材料的厚度均为20cm，并对两种组合下的透射率进行对比。结果如图o44所示。O2O020304050屏蔽层的厚度Icm图214．5MeV的中子在不同厚度的聚乙烯、石墨和钢中的透射率曲线由理论可知14．5MeV

8、的中子为快中子，它的非弹性散瓣善魁射截面一般来说是随着原子量的增大而增大，随中子¨能量的降低而降低的。在A点以前中子在聚乙烯中的透射率高0102O3O4O于石墨和钢是由于聚乙烯的密度小，快中子的非弹性散射屏蔽层厚度／cm截面小，另外此时中子大多数都