中国散裂中子源的感生放射性研究

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中国散裂中子源(CSNS)是我国正在建设的打靶能量1.6GeV、打靶功率达500kW的大科学质子加速器实验装置。建成后,将成为世界一流的大型中子散射多学科研究平台,为多学科在国际上取得一流的创新性成果提供重要的技术条件保障。CSNS在加速器运行时,由于束流损失,不仅产生瞬发辐射,还使周围的部件、屏蔽体、空气、冷却水、土壤和地下水产生感生放射性。研究和运行经验表明:感生放射性是加速器工作人员的主要辐射来源,并且质子加速器的感生放射性要比电子加速器严重得多。因此,研究清楚CSNS感生放射性的产生机理、分布特点、变化规律、危害程度及其影响因素,对于正确认识CSNS的辐射危害情况、制定防护措施、确保CSNS运行和停机检修时工作人员的辐射安全,以及CSNS运行和退役后的公众和环境安全具有重要意义。  本论文围绕CSNS的感生放射性问题,紧跟CSNS工程进展和感生放射性研究的前沿,全面、系统地分析了CSNS各种感生放射性的产生机理、分布特点、变化规律、危害程度及其影响因素。主要内容包括: CSNS的辐射源项介绍,感生放射性研究的辐射防护和物理基础介绍,CSNS感生放射性的研究内容和评价方法介绍,CSNS在1W/m均匀束损的束流管、混凝土屏蔽墙、空气、冷却水、土壤和地下水的感生放射性研究,CSNS的主要辐射热点废束桶、准直器、靶前RTBT隧道的感生放射性研究,混凝土样品活化实验及与FLUKA模拟的对比研究。研究结果表明:CSNS隧道内的感生放射性比现有的电子加速器要严重得多,必须严格控制工作人员下隧道检修时间;CSNS对周围公众和环境的感生放射性能满足国家辐射防护标准;CSNS放射性废物的处理需要认真对待。研究工作同时表明:本文提出的线源抽样方法能很好描述加速器束流均匀损失的物理过程、构建的计算模型能同时完成各种感生放射性的计算分析;文中开发的MATLAB-GUI能谱响应程序大大简化了能谱及其响应函数的分析过程;文中完成的2.5GeV电子打Farady筒辐射场下的混凝土活化实验及与FLUKA模拟的对比研究,确认了FLUKA程序在活化计算中的可靠性。  
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