加速器在运行中会产生很强的中子和γ辐射, 所以通常都用很厚的屏蔽墙进行防护。然而, 由于人员和物资经常出入, 必须设立既便于出入又有良好屏蔽效果的通道和门户。加速器的防护门种类很多。人们根据各个加速器的具体情况设计了不同结构的防护门。迷道就是其中比较常用的一种。兰州重离子加速器(HIRFL)的主加速器(SSC)大厅和实验大厅的防护门就采用了这种结构。为了检验迷道的防护效果, 在主加速器运行时, 我们在迷道内有代表性的位置进行了中子和γ剂量当量率的测量。

1 方法和仪器 1.1 实验概况

兰州重离子加速器(HIRFL)系统的平面布局如图 1所示。

兹以本次测量为例说明该系统的工作状况。来自ECR离子源的碳离子束进入注入器(SFC)中被加速到单核能量6. 59 MeV/u, 然后引出, 通过65m长的前束流输运线, 注入到主加速器(SSC)继续加速到单核能量75 MeV/u, 然后引出, 通过110m的后束流输运线, 进入实验大厅的8个实验终端中的一个进行实验。本次测量是在兰州放射性束流线(RIBLL)终端作核物理实验的情况下进行的。

HIRFL的SSC大厅迷道(图 1左下角)的平面结构如图 2所示。钢筋混凝土结构。中间活动部分为钢壳内浇注含硼石蜡。迷道宽1.0m, 高2.2m, 迷道在大厅内的部分为活动屏块搭建而成, 厚1.5m;上有顶盖, 厚0.5m。

1.2 杂散辐射来源

实际上, 由于有足够的屏蔽, 在主加速器大厅迷道处进行的测量与注入器厅及其实验厅、主加速器实验大厅的物理实验和杂散辐射情况基本上没有关系, 而只与束流在主加速器大厅的杂散辐射有关。杂散辐射的来源非常复杂, 但主要有三部分:①来自注入器的能量6.59 MeV/u的¹²C⁴⁺束, 在进入主加速器大厅、至注入SSC之前的输运过程中, 由于束流损失而打在管道等加速器部件上, 发生核反应而产生的中子和γ辐射。由于束流能量低, 其产生的中子、γ辐射能量也不高; ②6.59 MeV/u的¹²C⁴⁺碳束在主加速器内被加速过程中能量逐渐提高到75 MeV/u, 但在这一过程中束流也不断损失。损失的束流打在加速器部件上也产生n、γ辐射:③从主加速器引出的75 MeV/u的碳束在输往实验大厅的过程中, 因束流在管道内的损失而在主加速器大厅产生的中子和γ杂散辐射。

由于束流损失位置很多, 且并不固定, 大厅内的设备又多而庞杂, 因此, 辐射的方向杂乱无章, 又由于在不同区域损失的束流具有不同的能量, 它们与加速器结构部件产生的n、γ辐射能量是不同的。这些n、γ经过加速器部件、屏蔽墙的透射、散射等作用, 其能量十分复杂。在SSC大厅的不同位置产生的n、γ辐射由于与迷道的距离不同而对测量的贡献也不同。总之, 在迷宫门内测到的是来自不同方向具有各种能量的n、γ杂散辐射。

1.3 测量仪器和方法

测量中子和γ辐射用中科院高能物理所生产的ENM型中子探测器和EGM型γ探测器, 配以定标器。探测器和定标器一起装在一个小车上, 探测器中心距地板85 cm, 测量时小车在迷道内沿中心线移动。从0点到6点, 中心线长10.20m。中子探测器由BF3计数管、聚乙烯慢化体和相应电子学线路组成。刻度系数为0.0197nSv/脉冲, 死时间~ 1000μS。计数率进行了死时间校正。γ探测器是充有氩气的高气压电离室和相应的电荷积分电路组成的。刻度系数为0. 116nSv/脉冲。

2 结果与讨论

HIRFL主加速器(SSC)大厅杂散辐射在迷道内衰减的测量结果如图 3所示。B、C分别为中子和γ剂量当量率测量值。中子探测器在最后一点因计数率太大而阻塞, 故没有测到数据。

由图 3看出:①中子和γ剂量当量率通过迷道的衰减均在三个数量级以上。②在同一测量点, 中子剂量当量率远高于γ剂量当量率, 说明在整个迷道直至加速器大厅内对剂量率的主要贡献者是中子。③在半对数坐标图上, 中子和γ剂量当量率随距离的变化均近似为一条直线, 说明呈指数衰减, 代表中子剂量当量率的直线斜率更大, 说明中子剂量当量率衰减更快。④迷道内n、γ剂量当量率在总剂量当量率中各占一定份额, 且在各测点比例是不同的。在外口(0点)中子仅占到约75.1%, 再向内到达3点时中子已占到90%以上; 再向内到达迷道内口6点, 这个比例就更高了。⑤迷道外口的剂量当量率(n+γ之和)仅为0.08 μSv/h, 远低于国家标准^[1]规定的25 μSv/h, 说明用这种结构的迷道做防护门是安全的。尽管如此, 迷道外口仍有一道带锁的铁板门与控制室联锁, 铁板门未锁, 加速器则无法启动, 以防止加速器运行时有人误入加速器大厅。