[发明专利]基于指向蒙卡方法的大型三维辐射剂量场分布模拟方法

说明书

一种基于指向蒙卡方法的大型三维辐射剂量场分布模拟方法，使用构造实体几何对待模拟核设施进行几何建模与材料建模，设置核设施中的放射源分布并执行固定源计算来求解中子/光子输运方程；统计所有粒子状态对应的所有假粒子径迹的全局响应，得到三维辐射剂量场的相对分布，从而计算得到重要性参数，用于指导蒙卡固定源计算的粒子输运过程；最后经蒙卡模拟得到真实的三维辐射剂量场分布，用于大型核设施相关从业人员的累积剂量率的快速评估或对大型核设施屏蔽方案的快速筛选。本发明可以实现对大型核设施的三维辐射剂量场的快速建模与分析，为大型核设施的辐射防护与屏蔽设计提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及的是一种大型核设施辐射防护领域的技术，具体是一种基于指向蒙卡方法的大型三维辐射剂量场分布模拟方法。

背景技术

使用蒙卡方法对大型核设施进行屏蔽计算时，面临着“小概率-深穿透”问题，导致难以(甚至无法)对大型核设施的辐射剂量场进行建模。为有效支撑我国大型核设施的辐射防护，并有效解决“小概率-深穿透问题”，现阶段急需一种普适高效的辐射剂量场建模技术。

发明内容

本发明针对使用蒙卡方法对大型核设施的辐射剂量场进行计算时，所面临的“小概率-深穿透”问题，提出一种基于指向蒙卡方法的大型三维辐射剂量场分布模拟方法，能够快速获得大型核设施及周边的三维辐射剂量场分布，实现对大型核设施从业人员的累积剂量率的快速评估和屏蔽方案的快速筛选，从而有效推动蒙卡方法在大型核设施辐射防护领域的应用。该方法在粒子真实的输运过程中，通过指向概率来计算每种粒子状态的全局响应，从而快速获得全局信息。基于本方法，可以实现对大型核设施的三维辐射剂量场的快速建模与分析，为大型核设施的辐射防护与屏蔽设计提供技术支撑。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于指向蒙卡方法的大型三维辐射剂量场分布模拟方法，使用构造实体几何对待模拟核设施进行几何建模与材料建模，设置核设施中的放射源分布，并执行固定源计算来求解中子/光子输运方程；统计所有粒子状态对应的所有假粒子径迹的全局响应，得到三维辐射剂量场的相对分布，从而计算得到重要性参数，用于指导蒙卡固定源计算的粒子输运过程；最后经蒙卡模拟得到真实的三维辐射剂量场分布，该三维辐射剂量场分布可用于大型核设施相关从业人员的累积剂量率的快速评估或对大型核设施屏蔽方案的快速筛选。

所述的中子/光子输运方程为：(L+C)·φ＝(S+F)·φ+Q_s，其中：L、C、S和F分别为泄漏项、碰撞项、散射项和裂变项；Q_s是外源项；φ是中子通量分布。

所述的固定源计算中，在过程中追踪每一个粒子的输运过程，当粒子发生核反应时，根据粒子的能量E、方向Ω、位置P、权重W的改变，计算每种粒子状态对应的假粒子径迹的全局响应，具体为：将粒子的运动径迹沿着粒子的运动方向Ω延伸，直到计算区域的边界，即得到假粒子径迹；该假粒子径迹描述从粒子位置P到系统边界的一维的辐射剂量分布，具体为：其中：W₀为假粒子径迹起始处的粒子权重，ν∑_f为假粒子径迹穿过的材料区域的裂变产生截面，∑_t为假粒子径迹穿过的某材料区域的总截面。

对于某大型核设施，材料介质是连续变化的，故裂变产生截面ν∑_f和总截面∑_t也是随着材料变化的，因此在某一段长度为l_n-l_n-1的粒子径迹中，积分得到这段粒子径迹对三维辐射剂量场的贡献，具体为：其中：l_n-1是假粒子径迹的起点，l_n是假粒子径迹的终点，R_n是该假粒子径迹在l_n-l_n-1的粒子径迹内对三维辐射剂量场的贡献，W(x)为沿着假粒子径迹方向上的辐射剂量率分布，W_n-1是在假粒子径迹起点处辐射剂量率的值；根据粒子径迹对三维辐射剂量场的贡献计算出某粒子状态对应的假粒子径迹的对辐射剂量场的全局响应。