中子煤质分析仪外部防护材料的研究-论文.pdf

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1、第31卷第3期邢台职业技术学院学报、b1．31No．32014年6月JournalofXingtaiPolytechnicCollegeJun．2014中子煤质分析仪外部防护材料的研究侯东彪(黑龙江工业学院电气与信息工程系，黑龙江鸡西158100)摘要：本文指出了中子应用的安全性问题，介绍了中子防护的特点和防护材料的选择。分析了煤质分析仪的外部辐射特征，确定了设备外部中子及射线的强弱分布。通过研究中子的慢化吸收过程确定中子防护材料，并对，，射线吸收材料的厚度进行了研究，检验了防护效果。采用MCNP程序

2、对不同防护材料厚度做了定量的模拟研究，确定了可达到相关国家标准的相应尺寸。结果显示采用聚乙烯水箱和加硼石墨板可有效吸收中子辐射；Pb板对射线的屏蔽效果很好。通过模拟方法比较了防护层排布顺序和不同能量中子源对防护效果的影响。关键词：中子；，，射线；剂量当量；MCNP中图分类号：TH83文献标识码：A文章编号：1008--6129(2014)O3—OO92—04一、中子应用中安全性问题1．中子物质分析技术的安全性特点在中子物质分析领域，中子在物质分析检测领域的应用不断发展，应用广泛，但与电子、x射线分析检

3、测技术不同，中子自身的安全性不佳，对有机体有更大的破坏作用。中子不带电荷的特点决定了其更容易进入机体的原子核并发生相应核反应，并且在大部分中子分析技术中，中子源能量都较高，这对中子的防护是不利的。除此之外中子与物质作用释放大量高能特征射线，其对有机体的危害也很大。高能射线的穿透能力极强，需利用与其反应截面较大的高密度核素才能进行有效防护。为了使中子检测技术得到更好更安全的应用，必须解决其安全性问题。在煤质分析技术方面，技术不断成熟，已经带来了可观的经济效益，相关设备的防护是安全利用中子技术的前提。2．

4、中子辐射测量指标在电离辐射指标方面，主要包括照射量、吸收剂量和剂量当量。其中剂量当量考虑了人体的生物效应，经验上用品质因数Q代替。剂量当量等于生物体对辐射的吸收剂量D和该辐射的品质因子Q的乘。表示为：=D×Q一隧收稿日期：2O14一O4—12作者简介：侯东彪(1981一)，辽宁阜新人，黑龙江工业学院电气与信息工程系，助教。92邢台职业技术学院学报2014年第3期为中子注量与剂量当量转换系数；冠、匙为不同计数器的能量相应。根据以上关系可确定产生对生物体具备破坏作用的剂量当量对应的计数率。煤质分析设备在使

5、用时必须考虑到对操作人员的保护。根据国家标准中《辐射防护规定》的要求，对工作人员年有效剂量当量为500mSv，一次事件中不得超过100mSv。在工作场所必须设立电离辐射标志。二、中子物质分析设备辐射分布特点1．煤质分析设备发射中子分布特点从煤质分析仪的结构特点出发，可以通过实验测量或者程序模拟的方法确定不同部位中子通量密度及射线的分布规律。煤质分析仪使用的中子源为l4MeV的D．T中子管或2．5MeV的D-D中子管，位于样品箱上部，直立放置。中子自中子源头部发生出来，中子在不同方向呈现角度分布和能量分

6、布。所以对中子源的防护一定要考虑到中子源的全方位防护。由于发射出的中子要经过样品箱，内部煤质将与中子发生一系列反应，故将大大降低中子在发射方向的计数率，受到样品箱尺寸的影响。2．煤质分析设备发射射线分布特点根据相关研究，煤质分析设备外部射线呈现一定的角分布规律。对于煤质分析仪外部主要考虑来自C、O两种元素的特征Y射线，两元素的角分布规律如图1所示。00000000000OOe55㈨㈨50000OOO50

7、兰m0．0000045E000O00●05糕000。∞，5糕。。。。。羹。。。。s。秦毒；0000

8、00：0000§0”O~900090辇。”巷。。。。。。0000e0{00204000S0{00，20t●0{00{800：040e0e0{00{20，■0’e0{S：角度f-’角度{‘)图1C、O两种元素的特征射线角分布规律根据相关研究结论，以中子发生器前端向前为正方向，射线在中子源发生方向从0度到180度范围内递减，但即使在180o方位仍存在一定计数。由于对设备结构具有对称型，射线分布特点可以看成是球形分布，但通量密度从O。到180。逐渐减小。三、防护层材料的选择1．中子屏蔽材料的选择不同元素与中

9、子反应的，非弹散射截面、弹性散射截面、俘获反应截面都不相同。首先面临的问题是对与样品反应后剩余的中子的慢化和吸收。煤质分析仪外部中子主要为热中子，应利用含有吸收截面大且伴生丫射线能量低的元素多的材质进行防护。锂和硼是符合这一要求，尤其硼其价格低廉，易于加工，性质稳定，利用较多。含硼石蜡是一种常用材料。对于设备外部的快中子的防护，一般应用含H元素多的水先进行慢化出来再对热中子俘获吸收。在煤质分析设备中，样品主要为碳元素，根据碳与中子反应特征，样品后方的中子