0.5~2.5 MeV辐射加工电子加速器X射线发射率的MCNP5计算
江苏省辐射环境保护咨询中心, 江苏 南京 210019
收稿日期：2014-08-27；修回日期：2014-11-19
作者简介：洪天祺(1980-), 男, 四川省人, 工学硕士, 从事核工业类环境影响评价工作.
摘要：目的 研究辐射加工用0.5~2.5 MeV电子加速器的X射线发射率。方法 通过MCNP5计算0.5~2.5 MeV工业辐照电子加速器轰击铅靶、铁靶、铝靶时, 在0°~180°方向的X射线发射率, 与NCRP-51报告给出X射线发射率常数进行比较。结果 MCNP5计算得到的X射线发射率与NCRP-51报告中的数据基本一致。结论 MCNP5计算得到的X射线发射率对于辐射影响分析具有一定的参考作用。
关键词：电子加速器 MCNP5 韧致辐射
低能电子加速器在工业辐射加工中应用广泛，电子能量有2.5、2.0、1.5、1.0、0.8、0.5 MeV等，束流一般为40 ~ 100 mA，束功率一般为50 ~ 100 kW，主要用于对电子线路线、预硫化轮胎胴体、薄膜的泡沫辐射、热缩材料辐射交联、环保阻燃辐射交联等[1]。辐射加工产品通过机械装置自动传送进出辐照室，电子束固定朝下进行辐射加工。加速电子辐射加工时，受到加工产品、线缆、传输装置或其他物质阻挡时会产生韧致辐射。对一定原子序数的靶物质，单位束流强度辐射加工产生相应的X射线发射率随加速电子的能量增高而显著增大，并且X射线发射率的角分布也随电子能量的增加而变化。NCRP-51报告给出了对于高原子序数的靶材料和不同能量电子打靶时，在不同方向上的X射线率常数; 但未给出低原子序数的靶材和不同能量电子打靶时，在0° ~ 180°方向完整的X射线发射率[2]。
1 X射线发射率的MCNP5模拟计算
根据辐射加工时电子可能轰击的不同原子序数的靶物质，本文选取材质分别为铅、铁、铝的靶体，靶体几何尺寸为直径(1 ~ 4) mm、厚度(0.05 ~ 3) mm的圆柱体，进行MCNP5模拟计算。电子束垂直向下方向为0°方向，以靶体上表面中心为圆心，从0°方向开始，每间隔15°布设一个环形探测器，至180°方向共布设13个探测器，探测器上每点距离圆心均为1m，模拟计算几何模型见图 1。使用MCNP5中的F5z卡(环形探测器，通过DE /DF卡修改F5z卡计数实现粒子注量率与剂量率的转换，通量剂量转换因子选择MCNP5附表H.2[3]中数据，电子和光子截断能量为0.05MeV，跟踪样本总数为1 × 106)分别计算了0.5 ~ 2.5 MeV电子轰击铅靶、铁靶、铝靶时，在0 ~ 180°方向的X射线发射率，计算得到归一化的0 ~ 180°方向1 m处的X射线发射率结果分别见表 1、表 2、表 3和图 2、图 3、图 4。
表 1
Table 1
表 1 0.5 ~ 2.5 MeV电子轰击铅靶X射线发射率(单位: Gy·m2·mA-1·min-1)
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表 1 0.5 ~ 2.5 MeV电子轰击铅靶X射线发射率(单位: Gy·m2·mA-1·min-1)
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表 2
Table 2
表 2 0.5 ~ 2.5 MeV电子轰击铁靶X射线发射率(单位: Gy·m2·mA-1·min-1)
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表 2 0.5 ~ 2.5 MeV电子轰击铁靶X射线发射率(单位: Gy·m2·mA-1·min-1)
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表 3
Table 3
表 3 0.5 ~ 2.5 MeV电子轰击铝靶X射线发射率(单位: Gy·m2·mA-1·min-1)
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表 3 0.5 ~ 2.5 MeV电子轰击铝靶X射线发射率(单位: Gy·m2·mA-1·min-1)
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2 MCNP5计算结果分析
由表 1-表 3计算结果和图 2 ~ 图 4知: (0.5 ~ 2.5) MeV电子轰击铅靶、铁靶、铝靶时，在0°方向的X射线发射率最大，随着出射方向角度增大而减小，减缓趋势比较明显; 轰击铅靶时在90°方向附近会随着角度的增大而增大，轰击铝靶和铁靶时这一现象不是很明显; 115°方向后随着角度增大而减小，但减小趋势放缓。这与NCRP-51附录E.2附图中的数据基本一致，因而本文使用MCNP5计算结果可以用于(0.5 ~ 2.5) MeV辐射加工用电子加速器的辐射影响分析。
参考文献
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洪天祺, 戴瑜.无锡爱邦辐射技术有限公司使用工业辐照电子加速器项目环境影响报告[Z].江苏省辐射环境保护咨询中心.2014.
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| [2] |
NCRP.Radiation protection design guide lines for 0.1~100MeV particle accelerator facilities[R].NCRP 1977.
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| [3] |
X-5 Monte Carlo Team.MCNP-A General Monte Carlo N-Particle Transport Code[M].Version 5.April 24, 2003.
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