成都理工輻射防護試驗四

1、實驗四：射線和中子的輻射屏蔽模擬一、實驗?zāi)康?、掌握輻射防護模擬軟件的使用； 2、通過不同屏蔽材料、不同屏蔽厚度的模擬，了解射線防護和屏蔽的效果；3、通過不同能量中子、不同屏蔽材料、不同屏蔽厚度的模擬，了解中子的屏蔽特點和效果。二、實驗原理 輻射防護實驗?zāi)M軟件，通過調(diào)用蒙特卡羅模擬軟件的方式實現(xiàn)程序的鏈接，不受輻射源、材料等實驗條件的限定。通過參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以研究射線的防護。實驗一為主要模擬射線的屏蔽效果，以本次設(shè)計所用的的源為例，其射線能量在0-2.28MeV之間。的半衰期為28.6年，它發(fā)射的粒子最大能量為0.546MeV，衰變后成為，的半衰期為64.1小時，它發(fā)射的粒子最大能量是2.2

2、7MeV，衰變后成為，因而在0至2.27MeV的范圍內(nèi)形成連續(xù)的能譜。該模擬選擇了比較簡單的模型，減少其他參數(shù)帶來的影響。如圖1所示，由于射線很容易被屏蔽，所以整個設(shè)定是在真空中的空間中屏蔽層為可調(diào)厚度、可變材料的圓盤?？臻g4為檢測柵元，用于檢測粒子注量，以檢測屏蔽效果。材料中建立了兩種不同的材料分別是鋁和錫，射線類型選擇了束狀射線，通過計數(shù)卡記錄相關(guān)問題。圖1 射線屏蔽模擬實驗的模型實驗二是對中子屏蔽的模擬實驗?？梢赃x用不同的材料、不同的中子能量、不同的屏蔽厚度進行實驗。如用銅、鎢、鉛、水、硼砂這幾種材料作為屏蔽材料對14MeV能量的快中子進行慢化模擬，每種材料的模擬厚度可以自行調(diào)整，得到屏

3、蔽后的中子通量，比較這幾種材料的慢化效果，并選取最佳慢化材料以及最佳厚度；對于1MeV能量的中子，選取聚乙烯、聚氯乙烯、水、石蠟、硼砂進行屏蔽模擬，每種材料的模擬厚度也可以自行調(diào)整?；谘芯坎牧掀帘涡阅艿男枰⒘艘粋€半徑為100cm球體（球心為坐標(biāo)原點）空間內(nèi)建立屏蔽層模型，該模型由4個空間組成（如圖2）。在這個模型中設(shè)定了一個屏蔽層，中子源就在原點處。屏蔽層的厚度可根據(jù)參數(shù)調(diào)整。材料可以根據(jù)具體用戶參數(shù)進行選擇。中子源為各向相同的點源。計數(shù)卡設(shè)置在柵元5中。F4表示記錄卡類型為記錄一個柵元的平均注量。圖2 中子屏蔽模擬實驗的模型三、實驗內(nèi)容1、熟悉輻射防護模擬軟件；2、模擬不同厚度、不同

4、材料對射線的屏蔽；3、模擬不同屏蔽材料、不同屏蔽厚度對不同能量的中子的屏蔽。四、實驗設(shè)備1、計算機；2、輻射防護模擬軟件；五、實驗步驟實驗步驟如下：1、熟悉輻射防護模擬軟件的使用；2、模擬實驗一：在主界面點擊“屏蔽實驗”的按鈕；在圖3所示窗口，輸入測量參數(shù)，設(shè)定測試粒子數(shù)量為5000（3000，6000），屏蔽材料選為Al，初始屏蔽厚度為0，以后依次修改厚度參數(shù)，分別設(shè)置為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6進行測試，點擊運行按鈕，等待得出結(jié)果進行記錄；修改測量參數(shù)，設(shè)定測試粒子數(shù)量為5000（3000，6000），屏蔽材料選為Sn，初始屏蔽厚度為0，以后依次修改厚度參數(shù)，

5、分別設(shè)置為0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3進行測試，點擊運行按鈕，等待得出結(jié)果進行記錄；直接把數(shù)據(jù)記錄到Excel中，并成圖計算。圖3 射線屏蔽模擬實驗的界面圖2、模擬實驗二：在主界面點擊“中子屏蔽實驗”的按鈕；在圖4所示窗口，輸入測量參數(shù)，中子源類型選為快中子，測試粒子數(shù)量為30000（20000，50000），屏蔽材料依次選擇為Pb、W、Cu、水、硼砂，初始屏蔽厚度為1，之后修改厚度參數(shù)設(shè)置為5、7、10、15、20、25、30進行重復(fù)測試，點擊運行按鈕，等待得出結(jié)果進行記錄；中子源類型選為慢中子，測試粒子數(shù)量為30000（20000，50000），屏蔽材料依次選擇為聚

6、乙烯、聚氯乙烯、水、石蠟、硼砂，初始屏蔽厚度為1，之后修改厚度參數(shù)設(shè)置為3、5、10、15、20、25、30進行重復(fù)測試，點擊運行按鈕，等待得出結(jié)果進行記錄；中子源類型選為熱中子，測試粒子數(shù)量為30000（20000，50000），屏蔽材料依次選擇為硼，初始屏蔽厚度為1，之后修改厚度參數(shù)設(shè)置為3、5、10進行重復(fù)測試，點擊運行按鈕，等待得出結(jié)果進行記錄；直接把數(shù)據(jù)記錄到Excel中，并成圖計算。圖4 中子屏蔽模擬實驗的界面圖六、思考與計算1、根據(jù)各種不同材料、不同屏蔽厚度下對射線屏蔽模擬的結(jié)果，分別成圖，比較不同材料的屏蔽能力。由圖可見，鋁的屏蔽性能較鋅要好。2、 根據(jù)各種不同材料、不同屏蔽厚

7、度下對不同能量的中子屏蔽模擬的結(jié)果，分別成圖，比較對于不同能量的中子，各種不同屏蔽材料的屏蔽能力。由圖可見，對于快中子，屏蔽能力硼砂>W>水>Pb>Cu由圖可見，對于快中子，屏蔽能力硼砂>水>聚乙烯>石蠟>聚氯乙烯3、為了更好的防護中子的輻射，應(yīng)該注意什么？ 答：用鎘、石蠟、水等輕核物質(zhì)慢化或吸收中子，然后再用重核物質(zhì)如鉛、鋼鐵、混凝土等屏蔽伴隨中子產(chǎn)生的其他射線。實驗記錄表格序號測量值平均值備注1237.63944E-057.63944E-057.63944 E-057.6394406.98043 E-056.99660 E-057.00557

8、 E-056.99420.056.00692 E-055.99880 E-056.01925 E-056.008323333333330.14.23797E-054.23036 E-054.24195 E-054.236760.22.21852 E-052.22978 E-052.23377 E-052.227356666666670.35.30179 E-065.28577 E-065.41968 E-065.335746666666670.44.57079 E-084.57304 E-085.90723 E-085.017020.50.00000E+000.00000E+000.00000

9、E+0000.67.63944E-057.63944 E-057.63944 E-057.6394403.24990 E-053.27884 E-053.28489 E-053.271210.058.60935 E-068.59965 E-068.73484 E-068.647946666666670.13.94470 E-073.76651 E-074.27214 E-073.994450.150.00000E+000.00000E+000.00000E+0000.20.00000E+000.00000E+000.00000E+0000.250.00000E+000.00000E+000.0

10、0000E+0000.36.79732E-056.80773 E-056.79891 E-056.801321pb5.13717 E-055.13978 E-055.13515 E-055.1373666666666754.59246 E-054.61171 E-054.60995 E-054.6047066666666774.02742 E-054.05770 E-054.06772 E-054.05094666666667103.56056 E-053.56564 E-053.56459 E-053.56359666666667153.27700 E-053.28455 E-053.268

11、70 E-053.27675203.07489 E-053.09648 E-053.07424 E-053.08187252.93282 E-052.93687 E-052.92623 E-052.93197333333333306.50263 E-056.50296 E-056.50637 E-056.50398666666667w4.37415 E-054.37826 E-054.39919 E-054.383866666666673.80445 E-053.81291 E-053.83760 E-053.818323.15269 E-053.14136 E-053.15428 E-053

12、.149443333333332.18830 E-052.19510 E-052.22146 E-052.201621.44310 E-051.45247 E-051.47686 E-051.457476666666679.14602 E-069.17363 E-069.28789 E-069.202513333333335.55839E-065.44601 E-065.50906 E-065.50448666666667·6.52890 E-056.54160 E-056.53843 E-056.53631cu4.27422 E-054.29536 E-054.28526 E-05

13、4.284946666666673.61365 E-053.62750 E-053.62854 E-053.623232.93726 E-052.95970 E-052.97073 E-052.955896666666672.22070 E-052.24573 E-052.26367 E-052.243366666666671.78330 E-051.79806 E-051.91426 E-051.831873333333331.44386 E-051.44728 E-051.46858 E-051.453241.17250 E-051.16162 E-051.16791 E-051.1673

14、4333333333·7.00324 E-057.00676 E-057.01061 E-057.00687水5.66226 E-055.67189 E-055.67123 E-055.668465.13751 E-055.14530 E-055.14347 E-055.142093333333334.42903 E-054.43389 E-054.44324 E-054.435386666666673.46849 E-053.47062 E-053.47384 E-053.470983333333332.68319 E-052.68422 E-052.69322 E-052.686

15、876666666672.05243 E-052.04292 E-052.06163 E-052.052326666666671.54312 E-051.53865 E-051.54864 E-051.54347·6.60311 E-056.61350 E-056.61576 E-056.61079硼砂4.18927 E-054.20077 E-054.20653 E-054.198856666666673.35909 E-053.36309 E-053.36232 E-053.36152.40480 E-052.41193 E-052.41600 E-052.410911.3857

16、6 E-051.38584 E-051.38647 E-051.386023333333337.93840 E-067.90021 E-067.91740 E-067.918674.64904 E-064.55833 E-064.55054 E-064.585972.56633 E-062.52901 E-062.53485 E-062.54339666666667·5.61820 E-055.61451 E-055.61090 E-055.614536666666671聚乙烯3.63904 E-053.64035 E-053.64761 E-053.6423333333333332

17、.53061 E-052.52563 E-052.52788 E-052.5280459.28790 E-069.26751 E-069.26722 E-069.27421102.66472 E-062.65160 E-062.65999 E-062.65877156.84305 E-076.57631 E-076.75729 E-076.72555201.62144 E-071.53114 E-071.50479 E-071.55245666666667253.72302 E-083.50590 E-083.24442 E-083.49111333333333306.20400 E-056.

18、21007 E-056.20654 E-056.20687聚氯乙烯4.63493 E-054.62422 E-054.62158 E-054.626913.53354 E-053.53387 E-053.54017 E-053.535861.78572 E-051.79014 E-051.79368 E-051.789846666666678.11153 E-068.15444 E-068.15179 E-068.139253333333333.28078 E-063.24906 E-063.26901 E-063.266283333333331.26430 E-061.23792 E-061

19、.26426 E-061.255493333333334.93941 E-074.61945 E-074.56891 E-071.25549333333333·5.25088 E-055.24954 E-055.24279 E-055.24773666666667水3.11636 E-053.11557 E-053.14217 E-053.12472.17193 E-052.16099 E-052.15977 E-052.164239.34585 E-069.30172 E-069.28671 E-069.311426666666673.45125 E-063.49918 E-063

20、.51429 E-063.488241.24662 E-061.18788 E-061.18053 E-061.205014.09940 E-073.90185 E-073.63963 E-073.880293333333331.16375 E-071.15102 E-071.16613 E-071.1603·5.67665E-055.68068 E-055.68173 E-055.67968666666667石蠟3.74876 E-053.75113 E-053.75270 E-053.750863333333332.64999 E-052.63762 E-052.64267 E-052.643426666666671.03349 E-051.02697 E-051.02412 E-051.028193333333333.24082 E-063.16011 E-063.18968 E-063.196878.15120 E-078.18963 E-0