Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки
В ННЦ ХФТИ совместно с Аргоннской национальной лабораторией (ANL, США) и Пекинским институтом физики высоких энергий (IHEP, Китай) для управления подкритической сборкой создаётся линейный ускоритель электронов со средним током 1 мА и энергией 100 МэВ. Предполагается, что потери пучка в ускорителе со...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79987 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки / П.А. Демченко, А.Н. Довбня, А.Ю. Зелинский, И.М. Карнаухов, Ф.А. Пеев, Г.Д. Пугачев, В.Л. Уваров // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 3. — С. 27-31. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79987 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Демченко, П.А. Довбня, А.Н. Зелинский, А.Ю. Карнаухов, И.М. Пеев, Ф.А. Пугачев, Г.Д. Уваров, В.Л. 2015-04-09T14:06:33Z 2015-04-09T14:06:33Z 2014 Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки / П.А. Демченко, А.Н. Довбня, А.Ю. Зелинский, И.М. Карнаухов, Ф.А. Пеев, Г.Д. Пугачев, В.Л. Уваров // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 3. — С. 27-31. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79987 539.12.04 В ННЦ ХФТИ совместно с Аргоннской национальной лабораторией (ANL, США) и Пекинским институтом физики высоких энергий (IHEP, Китай) для управления подкритической сборкой создаётся линейный ускоритель электронов со средним током 1 мА и энергией 100 МэВ. Предполагается, что потери пучка в ускорителе составят 1% (ΔI=0,01 мА), а их распределение вдоль ускорителя обратно пропорционально энергии электронов Е0 в каждой из 10 ускоряющих секций. Потери пучка после первой секции в энергетическом фильтре (chicane) составляют 2,5 кВт при энергии электронов 12 МэВ. При превышении потерь пучка и увеличении уровня излучения отключение пучка будет происходить автоматически за время меньше 0,01 с. Проведен расчёт радиационной защиты, а также активации оборудования ускорителя и воздуха рабочей камеры γ-квантами тормозного излучения, образующимися при взаимодействии электронного пучка с элементами ускоряющей структуры и выходными устройствами ускорителя. In NSC KIPT jointly with Argonne National Laboratory (ANL USA) and Beijing institute of high-energy physics (IHER, China) an electron linac with mean beam current of 1 mA and energy 100 МeV is created for a driver of subcritical assembly. It is assumed that losses of the beam in the accelerator will be 1% (ΔI =0.01 mА) and their distribution along the accelerator will be inversely proportional against the electron energy in each of 10 accelerating sections. The losses of the beam at electron energy 12 MeV after the first section in an energy filter (chicane) are 2.5 kW. At exceeding of beam losses and level of radiation, the beam is automatically disconnected for time less than 0.01 sec. Calculation of radiation shield as well as activating accelerator equipment and air in a working chamber with gammas of the bremsstrahlung radiation appearing under interaction of electron beam with the elements of accelerating structure and output devices of the accelerator has been carried out. У ННЦ ХФТІ спільно з Аргонською національною лабораторією (ANL, США) і Пекінським інститутом фізики високих енергій (IHEP, Китай) для управління підкритичною збіркою створюється лінійний прискорювач електронів з середнім струмом 1 мА і енергією 100 МеВ. Передбачається, що втрати пучка в прискорювачі складатимуть 1% (ΔI =0,01 мА), а їх розподіл уздовж прискорювача є обернено пропорційний до енергії електронів Е0 в кожній з 10 прискорюючих секцій. Втрати пучка після першої секції в енергетичному фільтрі (chicane) складатимуть 2,5 кВт при енергії електронів 12 МеВ. При перевищенні втрат пучка і збільшенні рівня випромінювання відключення пучка відбуватиметься автоматично за термін менший 0,01 с. Проведено розрахунок радіаційного захисту, активації обладнання прискорювача та повітря робочої камери γ-квантами гальмівного випромінювання, що утворюються при взаємодії електронного пучка з елементами прискорюючої структури і вихідними пристроями прискорювача. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Теория и техника ускорения частиц Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки Radiation shield of the electron accelerator-driver of subcritical assembly Радіаційний захист електронного прискорювача-драйвера підкритичної збірки Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки |
| spellingShingle |
Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки Демченко, П.А. Довбня, А.Н. Зелинский, А.Ю. Карнаухов, И.М. Пеев, Ф.А. Пугачев, Г.Д. Уваров, В.Л. Теория и техника ускорения частиц |
| title_short |
Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки |
| title_full |
Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки |
| title_fullStr |
Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки |
| title_full_unstemmed |
Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки |
| title_sort |
радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки |
| author |
Демченко, П.А. Довбня, А.Н. Зелинский, А.Ю. Карнаухов, И.М. Пеев, Ф.А. Пугачев, Г.Д. Уваров, В.Л. |
| author_facet |
Демченко, П.А. Довбня, А.Н. Зелинский, А.Ю. Карнаухов, И.М. Пеев, Ф.А. Пугачев, Г.Д. Уваров, В.Л. |
| topic |
Теория и техника ускорения частиц |
| topic_facet |
Теория и техника ускорения частиц |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Radiation shield of the electron accelerator-driver of subcritical assembly Радіаційний захист електронного прискорювача-драйвера підкритичної збірки |
| description |
В ННЦ ХФТИ совместно с Аргоннской национальной лабораторией (ANL, США) и Пекинским институтом физики высоких энергий (IHEP, Китай) для управления подкритической сборкой создаётся линейный ускоритель электронов со средним током 1 мА и энергией 100 МэВ. Предполагается, что потери пучка в ускорителе составят 1% (ΔI=0,01 мА), а их распределение вдоль ускорителя обратно пропорционально энергии электронов Е0 в каждой из 10 ускоряющих секций. Потери пучка после первой секции в энергетическом фильтре (chicane) составляют 2,5 кВт при энергии электронов 12 МэВ. При превышении потерь пучка и увеличении уровня излучения отключение пучка будет происходить автоматически за время меньше 0,01 с. Проведен расчёт радиационной защиты, а также активации оборудования ускорителя и воздуха рабочей камеры γ-квантами тормозного излучения, образующимися при взаимодействии электронного пучка с элементами ускоряющей структуры и выходными устройствами ускорителя.
In NSC KIPT jointly with Argonne National Laboratory (ANL USA) and Beijing institute of high-energy physics (IHER, China) an electron linac with mean beam current of 1 mA and energy 100 МeV is created for a driver of subcritical assembly. It is assumed that losses of the beam in the accelerator will be 1% (ΔI =0.01 mА) and their distribution along the accelerator will be inversely proportional against the electron energy in each of 10 accelerating sections. The losses of the beam at electron energy 12 MeV after the first section in an energy filter (chicane) are 2.5 kW. At exceeding of beam losses and level of radiation, the beam is automatically disconnected for time less than 0.01 sec. Calculation of radiation shield as well as activating accelerator equipment and air in a working chamber with gammas of the bremsstrahlung radiation appearing under interaction of electron beam with the elements of accelerating structure and output devices of the accelerator has been carried out.
У ННЦ ХФТІ спільно з Аргонською національною лабораторією (ANL, США) і Пекінським інститутом фізики високих енергій (IHEP, Китай) для управління підкритичною збіркою створюється лінійний прискорювач електронів з середнім струмом 1 мА і енергією 100 МеВ. Передбачається, що втрати пучка в прискорювачі складатимуть 1% (ΔI =0,01 мА), а їх розподіл уздовж прискорювача є обернено пропорційний до енергії електронів Е0 в кожній з 10 прискорюючих секцій. Втрати пучка після першої секції в енергетичному фільтрі (chicane) складатимуть 2,5 кВт при енергії електронів 12 МеВ. При перевищенні втрат пучка і збільшенні рівня випромінювання відключення пучка відбуватиметься автоматично за термін менший 0,01 с. Проведено розрахунок радіаційного захисту, активації обладнання прискорювача та повітря робочої камери γ-квантами гальмівного випромінювання, що утворюються при взаємодії електронного пучка з елементами прискорюючої структури і вихідними пристроями прискорювача.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79987 |
| citation_txt |
Радиационная защита электронного ускорителя-драйвера подкритической сборки / П.А. Демченко, А.Н. Довбня, А.Ю. Зелинский, И.М. Карнаухов, Ф.А. Пеев, Г.Д. Пугачев, В.Л. Уваров // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 3. — С. 27-31. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT demčenkopa radiacionnaâzaŝitaélektronnogouskoritelâdraiverapodkritičeskoisborki AT dovbnâan radiacionnaâzaŝitaélektronnogouskoritelâdraiverapodkritičeskoisborki AT zelinskiiaû radiacionnaâzaŝitaélektronnogouskoritelâdraiverapodkritičeskoisborki AT karnauhovim radiacionnaâzaŝitaélektronnogouskoritelâdraiverapodkritičeskoisborki AT peevfa radiacionnaâzaŝitaélektronnogouskoritelâdraiverapodkritičeskoisborki AT pugačevgd radiacionnaâzaŝitaélektronnogouskoritelâdraiverapodkritičeskoisborki AT uvarovvl radiacionnaâzaŝitaélektronnogouskoritelâdraiverapodkritičeskoisborki AT demčenkopa radiationshieldoftheelectronacceleratordriverofsubcriticalassembly AT dovbnâan radiationshieldoftheelectronacceleratordriverofsubcriticalassembly AT zelinskiiaû radiationshieldoftheelectronacceleratordriverofsubcriticalassembly AT karnauhovim radiationshieldoftheelectronacceleratordriverofsubcriticalassembly AT peevfa radiationshieldoftheelectronacceleratordriverofsubcriticalassembly AT pugačevgd radiationshieldoftheelectronacceleratordriverofsubcriticalassembly AT uvarovvl radiationshieldoftheelectronacceleratordriverofsubcriticalassembly AT demčenkopa radíacíiniizahistelektronnogopriskorûvačadraiverapídkritičnoízbírki AT dovbnâan radíacíiniizahistelektronnogopriskorûvačadraiverapídkritičnoízbírki AT zelinskiiaû radíacíiniizahistelektronnogopriskorûvačadraiverapídkritičnoízbírki AT karnauhovim radíacíiniizahistelektronnogopriskorûvačadraiverapídkritičnoízbírki AT peevfa radíacíiniizahistelektronnogopriskorûvačadraiverapídkritičnoízbírki AT pugačevgd radíacíiniizahistelektronnogopriskorûvačadraiverapídkritičnoízbírki AT uvarovvl radíacíiniizahistelektronnogopriskorûvačadraiverapídkritičnoízbírki |
| first_indexed |
2025-11-24T08:19:36Z |
| last_indexed |
2025-11-24T08:19:36Z |
| _version_ |
1850843845416189952 |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №3(91) 27
УДК 539.12.04
РАДИАЦИОННАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОННОГО
УСКОРИТЕЛЯ-ДРАЙВЕРА ПОДКРИТИЧЕСКОЙ СБОРКИ
П.А. Демченко, А.Н. Довбня, А.Ю. Зелинский, И.М. Карнаухов, Ф.А. Пеев, Г.Д. Пугачев,
В.Л. Уваров
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
E-mail: uvarov@kipt.kharkov.ua
В ННЦ ХФТИ совместно с Аргоннской национальной лабораторией (ANL, США) и Пекинским инсти-
тутом физики высоких энергий (IHEP, Китай) для управления подкритической сборкой создаётся линейный
ускоритель электронов со средним током 1 мА и энергией 100 МэВ. Предполагается, что потери пучка в
ускорителе составят 1% (ΔI=0,01 мА), а их распределение вдоль ускорителя обратно пропорционально энер-
гии электронов Е0 в каждой из 10 ускоряющих секций. Потери пучка после первой секции в энергетическом
фильтре (chicane) составляют 2,5 кВт при энергии электронов 12 МэВ. При превышении потерь пучка и уве-
личении уровня излучения отключение пучка будет происходить автоматически за время меньше 0,01 с.
Проведен расчёт радиационной защиты, а также активации оборудования ускорителя и воздуха рабочей ка-
меры γ-квантами тормозного излучения, образующимися при взаимодействии электронного пучка с элемен-
тами ускоряющей структуры и выходными устройствами ускорителя.
ВВЕДЕНИЕ
Традиционно ускорители высоких энергий рас-
полагают ниже нулевой отметки. Это позволяет
снизить толщину бетонной защиты за счет грунта.
Особенно это существенно для снижения стоимости
защиты ускорителей в случае с большим током. Со-
гласно проекту ось создаваемого в ННЦ ХФТИ
электронного ускорителя-драйвера [1] находится на
отметке +5,200, а сама подкритическая сборка
(ПКС) расположена на нулевой отметке. Высота
рабочей камеры ускорителя 2,5 м, ширина 3,7 м,
длина 30,5 м. Внешняя сторона рабочей камеры
вдоль всей ее длины и внутренняя сторона в экспе-
риментальном зале состоят из тяжелого бетона
(ρ=4,8 г/см3) толщиной 1 м. Внутренняя сторона вне
экспериментального зала выполнена из обычного
бетона (ρ=2,3 г/см3) и имеет толщину 1 м. В связи с
выбором таких параметров защиты и расположени-
ем ускорителя предъявляются высокие требования к
проводке пучка вдоль всего ускорителя для обеспе-
чения минимальных потерь. Поэтому при увеличе-
нии потерь пучка и возрастании уровня излучения
отключение пучка будет происходить в течение
0,01 с, и превышения дневной дозы внешнего облу-
чения персонала ускорителя не будет [2].
1. РАСЧЕТ ЗАЩИТЫ ОТ ТОРМОЗНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ И НЕЙТРОНОВ
1.1. На Рис. 1 показано продольное сечение ра-
бочей камеры ускорителя, проходящее через его ось
параллельно полу. Расчет проведен для точек на
уровне оси ускорителя (Рис. 1, 2), так как в этих
точках ожидается максимальный уровень излуче-
ния. Для других точек, согласно проведенной оцен-
ке и экспериментальным результатам, уровень излу-
чения будет ниже. Необходимая кратность ослабле-
ния мощности дозы тормозного излучения опреде-
ляется выражением
К(Х, θ) = D 0(θ)⋅ U ⋅ T / R2⋅H , (1)
где Х − толщина защитного барьера (см); H − пре-
дельно допустимый уровень мощности эквивалент-
ной дозы (МЭД) излучения; R − расстояние от источ-
ника излучения до расчетной точки (м); D 0(θ) –
мощность поглощенной дозы на расстоянии 1 м от
источника излучения под углом θ по отношению к
направлению распространения пучка электронов
(0 ≤ θ ≤ 180). Эквивалентная доза излучения
H(Sv) = 1,09 D (Gy) для мягкой биологической ткани.
При проведении расчетов принимаем H ≈ D. В расче-
тах также предполагалось, что мощность поглощен-
ной дозы в каждой расчетной точке создается за счет
потерь пучка в каждой секции ускорителя и энерге-
тическом фильтре (chicane). В расчетных точках Аi
проектная контрольная мощность эквивалентной до-
зы для персонала категории А в ННЦ ХФТИ не
должна превышать 8,2 мкЗв/ч, а с коэффициентом
запаса – 2…4,1 мкЗв/ч (2,41 нейтрон/см2·с). Коэф-
фициенты U и T, характеризующие защитный барь-
ер и степень занятости персонала в помещениях
данного типа, соответственно взяты из табл. 3.1, 3.2
работы [3] и полагаются равными 1. По табл. 2 ра-
боты [4] определяли мощность тормозного излуче-
ния в зависимости от энергии электронов на выходе
каждой секции, угла излучения и величины потерь
пучка.
Предполагалось, что потери пучка происходят на
стыке двух секций – от 1-й до 10-й, и пропорцио-
нальны 1/Е0. В энергетическом фильтре они состав-
ляют 0,21 мА (2,5 кВт) и в инжекторе 0,2 мА при
энергии пучка 1 МэВ. При кратности ослабления
мощности дозы тормозного излучения 104 толщина
бетонной защиты отличается при энергиях 12 и
38 МэВ на 25%, а при кратности ослабления 106 при
этих же энергиях на 20% [3]. Поэтому, для коррект-
ного и экономически обоснованного выбора толщи-
ны защиты от тормозного излучения вклады эле-
ментов ускорителя в мощность дозы в расчетных
точках разбиты на два интервала в соответствии с
энергией электронов. Первый интервал – инжектор
mailto:uvarov@kipt.kharkov.ua
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №3(91) 28
и система энергетического сжатия (до 12 МэВ), вто-
рой интервал (20…100 МэВ) − остальные элементы.
В Табл. 1 приведены значения МЭД в расчетных
точках, создаваемой тормозным излучением с уче-
том расстояния от каждой секции до расчетной точ-
ки и Cos угла падения излучения на внутреннюю
поверхность рабочей камеры.
Рис. 1. Продольное сечение рабочей камеры ускорителя: 1 − инжектор; 2 − энергетический фильтр;
3 − ускоряющие секции; 4 − подкритическая сборка; 5 − бетонная защита
Рис. 2. Поперечное сечение подкритической сборки
В Табл. 2 приведены значения толщины защиты
из обычного бетона, необходимой для обеспечения
МЭД 4,1 мкЗв/ч на ее поверхности.
Слой половинного ослабления мощности дозы
при Е0= 12 МэВ и кратности ослабления 103 и 105
составляет 11 и 12 см, а при Е0= 38 МэВ 15 и 13 см
соответственно. Толщину защиты в точках А1, А2,
А3, А4 и А9 можно принять для Е0 = 12 МэВ, а для
точек А5, А6, А7, А8 и А10 − для Е0 = 20…100 МэВ
[6, 8]. Толщина бетонной защиты для точек А1
i уве-
личивается на 40 см за счет стены необслуживаемо-
го помещения. Толщина защиты от тормозного из-
лучения крышки подкритической сборки должна
составить 200 см тяжелого бетона.
В Табл. 3 приведены значения толщины защиты
из тяжелого бетона, которая необходима при поте-
рях пучка вдоль всего ускорителя.
Таблица 1
Мощность дозы (мкЗв/ч) в расчетных точках
Точки А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10
МЭД
(до 12 МэВ) 0,68 3,34 11 25,5 16 7,3 2,5 1,97 0,6 4,3
МЭД
(20…100 МэВ) 0,062 0,057 0,13 0,26 1,11 2,8 4 4,43 0,034 0,74
Таблица 2
Толщина защиты из обычного бетона (см)
Точки А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10
А 230 255 265 280 280 290 295 300 230 265
А1 240 240 245 255 255 265 275 - -
А11 258 275 280 285 285 285 280 - -
Таблица 3
Толщина защиты из тяжелого бетона (см)
Точки А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10
А 125 125 100 115
А1 110 112 116 - -
А11 109 116 118 120 120 120 118 - -
3
4
12 5
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №3(91) 29
1.2. Мощность дозы нейтронов на расстоянии R
от мишени определяется по формуле:
2 44 10
na YP
R Kπ
⋅
=
⋅ ⋅
, (2)
где Yн − поток нейтронов из мишени нейтрон/с; α −
коэффициент перевода плотности потока нейтронов
в мощность дозы (α = 1,7 мкЗв·см2·с/ч − [3]); R −
расстояние от мишени до расчетной точки (м); К −
кратность ослабления мощности дозы нейтронов в
материале защиты. Расчет кратности ослабления
проведен методом длин релаксации:
i
i
i
d
HK e λ= , (3)
где di − толщина радиационной защиты из i-го мате-
риала; λi − длина релаксации нейтронов в i-м мате-
риале. В частности, у обычного бетона λ=16 см, тя-
желого бетона λ=12 см, железа λ =6,5 см. Для расче-
та выхода фотонейтронов за счет потерь пучка в
секциях ускорителя рассматривались различные
методы расчета выхода нейтронов (1Yн, 2Yн, 3Yн).
Так, в варианте 1Yн – рассчитывался выход нейтро-
нов из меди при энергии электронов 12, 20, 30 и
40 МэВ методом линейной экстраполяции [4]. При
энергии электронов 50…100 МэВ выход нейтронов
вычислялся по формуле
Yн=(1,5.10-4 )NE нейтрон/с, (4)
где N – поток электронов, взаимодействующих с
мишенью. В варианте 2Yн были взяты за основу
данные по выходу фотонейтронов из полубесконеч-
ной медной мишени в зависимости от энергии элек-
тронов Е на кВт мощности пучка электронов [5]. В
варианте 3Yн – выход нейтронов вычислен по фор-
муле (4) во всем диапазоне значений Е0.
В Табл. 4 приведены значения энергии электро-
нов, при которых происходят потери тока пучка и
выход нейтронов в зависимости от этих потерь в
каждой секции для трех вариантов расчета.
Таблица 4
Потери пучка и выход нейтронов
Энергия электронов, МэВ 12 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Потери пучка, мкА 210 2,6 1,71 1,3 1,04 0,87 0,74 0,65 0,58 0,52
Выход нейтронов,
1010 нейтрон/с
1Yн
4,2 0,98 2,46 3,65 4,88 4,88 4,88 4,88 4,88 4,88
2Yн
5 0,78 2,6 3,9 4,4 4,7 4,9 5,2 5,5 5,7
3Yн
236 4,88 4,81 4,88 4,88 4,88 4,88 4,88 4,88 4,88
Из данных Табл. 4 видно, что результаты рас-
чета по вариантам 1Yн и 2Yн согласуются между
собой. Выход нейтронов, вычисленный по фор-
муле (4), при энергиях электронов до 50 МэВ дает
завышенные значения. В Табл. 5 приведена плот-
ность потока быстрых нейтронов в расчетных
точках (без защиты) с учетом расстояния от каж-
дой секции до расчетной точки и Соs угла паде-
ния нейтронов на внутреннюю поверхность рабо-
чей камеры ускорителя.
В Табл. 6 приведены расчетные значения тол-
щины защиты из обычного бетона при потерях
пучка, указанных в исходных данных (плотность
потока нейтронов за защитой –
2,41 нейтрон/см2⋅с).
В Табл. 7 приведены расчетные параметры
защиты из тяжелого бетона при потерях пучка,
указанных в исходных данных (плотность потока
нейтронов за защитой – 2,41 нейтрон/см2⋅с).
Таблица 5
Плотность потока быстрых нейтронов (нейтрон/см2⋅с) в расчетных точках без защиты
Точки А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10
А 14520 23040 68630 50060 106700 141400 151430 77524 12470 56600
А1 15160 21550 28200 38400 45340 48030 61008 - -
А11 20470 51060 46500 90200 108630 128890 58473 - -
Таблица 6
Расчетные значения толщины защиты из обычного бетона от нейтронов (см)
Точки А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10
dоб А 140 147 165 160 171 176 177 166 137 161
d об А1
140 146 150 155 158 159 163 - -
d об А11 145 160 158 169 172 174 162 - -
Таблица 7
Расчетные значения толщины из тяжелого бетона от нейтронов (см)
Точки А1 А2 А3 А4 А5 А6 А7 А8 А9 А10
dтб А 105 110 124 120 128 132 133 125 103 121
dтб А1 105 109 113 116 118 119 122 - -
dтб А11 109 120 119 126 129 130 121 - -
Толщина двери, находящейся напротив 6й секции,
должна составлять 69 см железа, а толщина защиты
подкритической сборки от нейтронов в точке А11 −
210 см тяжелого бетона.
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №3(91) 30
2. АКТИВАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ УСКО-
РИТЕЛЯ
Активация ускоряющих секций, изготовленных
из меди, будет происходить за счет образования
изотопов Сu-62 и Сu-64 с периодом полураспада
9,8 мин и 12,8 ч соответственно. При общих потерях
пучка в ускорителе 1 кВт (в каждой секции пропор-
ционально 1/Е0) и выходе нейтронов пропорцио-
нально Е0 активация секций будет примерно одина-
ковой. Через время работы ускорителя, равное трем
периодам полураспада, активация секций выйдет в
режим насыщения. Спустя 11 суток после выключе-
ния ускорителя уровень излучения будет опреде-
ляться только остаточной активностью изотопа Сu-
64. Ее величина в каждой из 9-и секций не будет
превышать 3,3·104 Бк. Аналогично будет происхо-
дить наработка изотопов в поворотных магнитах В1
и В2 (см. Рис. 2).
Расчет выхода изотопов был проведен в консер-
вативном приближении. Предполагалось, что поте-
ри пучка, равные 1 кВт при энергии электронов
100 МэВ, распределены равномерно в обоих магни-
тах. После выключения ускорителя активация пово-
ротных магнитов не будет превышать:
- 3,7·104 Бк по Mn-52 спустя 20 суток;
- 7,6·104 Бк по Mn-54 спустя 1 год;
- 1,3·103 Бк по Mn-56 спустя 36 часов.
Таким образом, активность изотопа Mn-54 будет
определять время выдержки магнитов для достиже-
ния МЗА (минимально значимой активности на ра-
бочем месте).
3. АКТИВАЦИЯ КРЫШКИ ПКС
Расчет активности ПКС проведен в консерватив-
ном приближении. Предполагалось, что потери пуч-
ка, равные 1 кВт при энергии электронов 100 МэВ,
происходят в первом магните В1, а 90% мощности
излучения заключено в конусе ± 15°. При этом ос-
новная часть излучения попадает на расположенную
за магнитом В2 поверхность стены из тяжелого бе-
тона площадью 1 м2. После выключения ускорителя
поверхностная активность и величина МЭД на рас-
стоянии 0,5 м от нижней части поверхности стены
за магнитом В2 (крышки ПКС из тяжелого бетона)
будут:
- 2,32·107 Бк/м2 по Mn-52 спустя 20 суток
(0,2 мкЗв/ч);
- 0,77·107 Бк/м2 по Mn-54 спустя 1 год
(0,32 мкЗв/ч);
- 1,6·104 Бк/м2 по Mn-56 спустя 48 часов
(0,02 мкЗв/ч).
4. НАРАБОТКА ОЗОНА, ОКИСЛОВ АЗО-
ТА, ИЗОТОПОВ 13N, 15О И 41Ar
Методика расчета концентрации озона и нара-
ботки радионуклидов тормозным излучением в ре-
зультате потерь пучка в ускорителе описана в [7].
Для установившегося режима работы ускорителя
электронов (Е0 = 100 МэВ, Iср= 1 мА) при потерях
пучка, приведенных в исходных данных, их значе-
ния будут:
Cозона= 3,14 мг/м3 (ПДКАозона = 0,1 мг/м3);
Cок..азота = 2,05 мг/м3 (ПДКАок. азота = 5 мг/м3);
С15
О = 1,77·106 Бк/м3 (ПДК15
О = 3,7·104
Бк/м3);
С13
N = 9,25·105 Бк/м3; (ПДК13
N = 7,4·104
Бк/м3).
Доза нейтронов с учетом их спектра и фотонов
на поверхности боковой защиты ИН согласно ре-
зультатам расчета АNL будет составлять 0,206 и
0,056 мР/ч. Используя эти данные, мы провели рас-
чет концентрации озона, ядер
13N, 15O и 41Ar в зале
источника нейтронов (объем зала V = 24·30·15.6 =
= 11232 м3). При кратности воздухообмена 5 ч-1 она
будет:
Cозона= 2.37·10-3 мг/м3; Cок. азота
= 6.75·10-4 мг/м3;
С41
Ar
= 4.1·10-3 Бк/м3; (ПДК41
Ar = 1,85·106 Бк/м3);
С13
N = 1,22·10-2 Бк/м3; (C15
O = 2,22·10-2 Бк м3).
ВЫВОДЫ
Так как участки потолков и стен рабочей камеры
лишь в исключительных случаях могут подвергать-
ся воздействию прямого пучка излучения, то коэф-
фициент U в табл. 3.1 работы [4] можно принять
равным 4. Коэффициент Т, который учитывает ча-
стичную занятость помещений, согласно табл. 3.1
работы [4] можно принять равным 16. Это позволяет
значительно (в 64 раза) увеличить допустимые зна-
чения мощности дозы излучения на поверхности
бетонной защиты. Таким образом, выбранной тол-
щины защиты из обычного и тяжелого бетона долж-
но быть достаточно для безопасной эксплуатации
установки.
При энергии электронов 12 МэВ в энергетиче-
ском фильтре будут также рождаться нейтроны с
энергиями до 5 МэВ. В случае необходимости име-
ется возможность создать дополнительную локаль-
ную защиту из свинца. После проведения дозимет-
рических измерений можно будет уточнить ее тол-
щину.
Результаты расчетов радиационной защиты, по-
лученные в ANL, IHEP и ННЦ ХФТИ, удовлетвори-
тельно согласуются между собой.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Н.И. Айзацкий, Б.В. Борц, А.Н. Водин,
П.А. Демченко, А.Ю. Зелинский, И.М. Карнау-
хов и др. Источник нейтронов ННЦ ХФТИ // Во-
просы атомной науки и техники. Серия «Ядерно-
физические исследования» (79). 2012, №3, с. 1-9.
2. Нормы радиационной безопасности Украины
(НРБУ-97), Киев, 1997. Основные санитарные
правила обеспечения радиационной безопасно-
сти Украины. Государственные санитарные
правила 6.177-2005-09-02, Киев, 2005.
3. Санитарные правила размещения и эксплуата-
ции ускорителей электронов с энергией до
100 МэВ. 2.6.1.2573-2010 РФ.
4. Унифицированные правила устройства и без-
опасной эксплуатации радиационно-
технологических установок. (Унифицированные
правила гамма-электрон), 1988.
5. Защита от ионизирующих излучений. Т. 2 / Под
редакцией Н.Г. Гусева. 3-е изд. переработанное и
дополненное. М.: “Энергоатомиздат”, 1989.
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №3(91) 31
6. Н.Г. Гусев. Справочник по радиоактивным излу-
чениям и защитам. М.: “Медгиз”, 1956.
7. А.В. Ганн, В.В. Ганн, Г.Д. Пугачев,
И.И. Шаповал, И.А. Шаповал, В.С. Шестакова.
Зависимость скорости образования радионукли-
дов 13N и 15О в воздухе от максимальной энергии
и спектра тормозного излучения // Вопросы
атомной науки и техники. Серия «Ядерно-
физические исследования» (53). 2010, №2, с. 178-
180.
8. G.D. Pugachev, D.G. Pugachev, O.A. Repikhov,
V.S. Shestakova, A.V. Mazilov, T.N. Semenets. Ra-
diation protection complex of high-current distribut-
ed electron accelerators // Problems of Atomic Sci-
ence and Technology. Series «Nuclear Physics In-
vestigations». 2001, v. 38, №3, p. 196.
Article received 23.10.2013
RADIATION SHIELD OF THE ELECTRON ACCELERATOR-DRIVER
OF SUBCRITICAL ASSEMBLY
P.A. Demchenko, A.N. Dovbnya, A.Yu. Zelinsky, I.M. Karnaukhov, F.A. Peev, G.D. Pugachov, V.L. Uvarov
In NSC KIPT jointly with Argonne National Laboratory (ANL USA) and Beijing institute of high-energy phys-
ics (IHER, China) an electron linac with mean beam current of 1 mA and energy 100 МeV is created for a driver of
subcritical assembly. It is assumed that losses of the beam in the accelerator will be 1% (ΔI =0.01 mА) and their
distribution along the accelerator will be inversely proportional against the electron energy in each of 10 accelerat-
ing sections. The losses of the beam at electron energy 12 MeV after the first section in an energy filter (chicane) are
2.5 kW. At exceeding of beam losses and level of radiation, the beam is automatically disconnected for time less
than 0.01 sec. Calculation of radiation shield as well as activating accelerator equipment and air in a working cham-
ber with gammas of the bremsstrahlung radiation appearing under interaction of electron beam with the elements of
accelerating structure and output devices of the accelerator has been carried out.
РАДІАЦІЙНИЙ ЗАХИСТ ЕЛЕКТРОННОГО ПРИСКОРЮВАЧА-ДРАЙВЕРА
ПІДКРИТИЧНОЇ ЗБІРКИ
П.О. Демченко, А.М. Довбня, А.Ю. Зелінський, І.М. Карнаухов, Ф.А. Пєєв, Г.Д. Пугачов, В.Л. Уваров
У ННЦ ХФТІ спільно з Аргонською національною лабораторією (ANL, США) і Пекінським інститутом
фізики високих енергій (IHEP, Китай) для управління підкритичною збіркою створюється лінійний приско-
рювач електронів з середнім струмом 1 мА і енергією 100 МеВ. Передбачається, що втрати пучка в приско-
рювачі складатимуть 1% (ΔI =0,01 мА), а їх розподіл уздовж прискорювача є обернено пропорційний до
енергії електронів Е0 в кожній з 10 прискорюючих секцій. Втрати пучка після першої секції в енергетичному
фільтрі (chicane) складатимуть 2,5 кВт при енергії електронів 12 МеВ. При перевищенні втрат пучка і збіль-
шенні рівня випромінювання відключення пучка відбуватиметься автоматично за термін менший 0,01 с.
Проведено розрахунок радіаційного захисту, активації обладнання прискорювача та повітря робочої камери
γ-квантами гальмівного випромінювання, що утворюються при взаємодії електронного пучка з елементами
прискорюючої структури і вихідними пристроями прискорювача.
УДК 539.12.04
РАДИАЦИОННАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОННОГО УСКОРИТЕЛЯ-ДРАЙВЕРА ПОДКРИТИЧЕСКОЙ СБОРКИ
ВВЕДЕНИЕ
Мощность дозы (мкЗв/ч) в расчетных точках
Толщина защиты из обычного бетона (см)
Толщина защиты из тяжелого бетона (см)
Потери пучка и выход нейтронов
Расчетные значения толщины защиты из обычного бетона от нейтронов (см)
Расчетные значения толщины из тяжелого бетона от нейтронов (см)
А
Библиографический список
|