水下Co-60源切伦科夫辐射的蒙卡模拟

ＣＮＰ计 算
Ａ 型远 距 离 治 疗 用 Ｃｏ一６０源 主 要 由 Ｃｏ一６０放 射 性 芯 体 、垫片及 双 层金 属包 壳 组 成 ，包 壳 采 用不 锈 钢 材 料 ，密 封 壳外 直径 ２．３４ ｃｍ，密封 壳上 端 到 下端 距 离 为 ３．６７ ｃｍ，活 度 为 １２０ ＴＢｑｌ＿９］，释 放 伽 马 能 量 为 １．１７ ＭｅＶ 和 １．３３ ＭｅＶ，其 结构 如 图 １所 示 。采用 ＭＣＮＰ计算 了其 不锈 钢外 壳 外 表 面及 上下 两端 面伽 马 、电子 的强度 及 分布 。
外壳 外 表 面 ，包括 圆柱侧 面 以及 上 下端 面 的 源强 采 用
ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｌ
Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｅａｌｅｄ Ｃ０＿６Ｏ ｓｏｕｒｃｅ
图 １ Ｃｏ一６０密 封 源 结 构
Ｇｅａｎｔ４和 ＭＣＮＰ分别 为 欧洲核 子 中心 和 美 国 阿拉 莫斯 实 验 室 开发 的蒙 特 卡 罗程 序 ］。两种 程 序 各 有 优 缺 点 ：Ｇｅａｎｔ４可 模 拟 的 粒 子 种 类 多 ，可 模 拟 粒 子 能 量 范 围 广 ，物 理 模 型 丰 富 ；ＭＣＮＰ程 序 对 于 １Ｏ ～ ２０ ＭｅＶ区间 的中子计 算精 确且 减方 差技 巧 丰富 ，但对 于光 学过程 的模 拟无 能 为力 。在很 多工程 问题 中可 以先 用 ＭＣＮＰ解 决 中子 （１０ ～２Ｏ ＭｅＶ）以及伽 马 （１ ｋｅＶ １００ ＯｅＶ）的输 运 问题 ，再 采 用 Ｇｅａｎｔ４程 序计 算 其 他 ＭＣＮＰ所 力不 能及 的 问题 。
行 测 量 。
关 键 词 ： 放 射 源 丢 失 ； 切 伦 科 夫 辐 射 ； ＭＣＮＰ耦 合 Ｇｅａｎｔ４计 算 ； Ｇｅａｎｔ４接 续 计 算 ； 光 学测 量
中 图分 类 号 ： ＴＬ８
文 献 标 志 码 ： Ａ ｄｏｉ：１０．１１８８４／ＨＰＬＰＢ２０１８３０．１７０１９９
（中 国核 动 力 研 究 设 计 院 核 反 应 堆 系 统设 计 技术 重 点实 验 室 ，成 都 ６１０２１３）
摘 要 ： 随 着 核 应 用 领 域 的 不 断 拓 宽 ，放 射 源 丢 失 事 故 发 生 的 概 率 也 随 之 增 加 。机 载 伽 马 谱 仪 可 有 效 搜
寻 地 面放 射 源 ，然 而 对 于放 射 源 丢 失 于 水 域 的 情 况 ，由 于 伽 马 射 线 经 由 水 层 屏 蔽 后 可 探 测 性 降 低 ，故 利 用 放 射
随着 核应 用领 域 的不 断拓 宽 ，核 安全 事故 发生 的概 率也 随之 增加 ，比如 放射 源丢 失事 故＿】］。机载 阵列 闪烁 体 探 测系 统可 有效 搜寻 地 面丢失 伽 马放射 源 ＿２］，而对 于 丢失放 射源跌 落 水域 的情 况 ，由于伽 马强 度经水 屏蔽 后 大 幅减 弱 ，此 时采用 伽 马测量 则 难 以搜寻 ，但伽 马射 线会 与水 通 过 光 电作 用 、康 普 顿 散射 以及 电子 对 效应 产 生 次 级 电子 ，而 阈能之 上 的次 级 电子则会 产 生切 伦科 夫辐射 ，其 具有 特征 方 向性 以及 强度 分 布 。光 电测 量器 件具 有 高 的测 量效 率 ，具 有 单光 子分 辨能 力 ，可 达 到对几 十个 光学 光子 的 目标实 现搜 寻能力 ［３］。故可 考虑利 用放 射 源 在水 中产生 的切伦 科 夫辐 射等 光学 性质 进行 搜寻 。舒迪 昀 等人 曾研究 过水 下放 射源 切伦科 夫 效应 的可测 性 情 况 ［４ ］，因此 ，本 文针 对远 距离 治疗 用 Ｃｏ一６０源计 算 了其 在水 中产 生 的切伦 科夫 光分 布 以及 衰 减行 为 ，并 对 其 可测 量情 况进 行 了评估 。
源 在 水 中产 生 的 切伦 科 夫 辐 射 对 其 进 行 搜 寻 显 得 十 分 重 要 。采 用 ＭＣＮＰ 与 Ｇｅａｎｔ４相 结 合 的 方 法 ，以 及 在
Ｇｅａｎｔ４程 序 中采 用 接 续 计 算 技 巧 ，对 Ｃｏ一６０源 在 水 中的 切 伦 科 夫 光 产 生 以及 传 输 进 行 了计 算 ，计 算 表 明 ，切 伦
科 夫 光 经 水 中传 播 后 ，主 要 波 段 在 ３ＯＯ～ ６００ ｎｍ ，强 度 呈 由边 缘 到 中 心 渐 强 的 特 征 分 布 ，分 布 范 围 大 致 与 放 射
源 在 水 中 的深 度 一致 ，在 水 中传 输 ３００ ｍ 后 其 光 通 量 约 为 １００ ｃｍ～ ，可 利 用 光 谱 特 征 和 强 度 分 布 特 征 对 其 进
第 ３０卷 第 １期 ２０１８年 １月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ ＩＧ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴ ＩＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖ ｏ１．３０， ＮＯ．１ Ｊａｎ．，２０１８
水 下 Ｃｏ一６０源 切 伦 科 夫 辐 射 的 蒙卡模 拟
刘 斌， 吕焕文， 李 兰， 唐松乾
首 先采 用 ＭＣＮＰ计算 了密 封 Ｃｏ一６０源密封 壳外 表 面的 伽 马 、电子 强 度 以及 分 布 ，其次 将 源 密封 壳 外 表 面 伽 马 、电子 分 布作 为粒 子源导 入 Ｏｅａｎｔ４程 序计 算 了该密 封 Ｃｏ一６０放 射源 在水 中产 生 的切伦科 夫光 强度 以及 分 布 。另外 ，针对 切伦 科夫 光在 水域 中大尺度 的衰 减 ，在 Ｇｅａｎｔ４程序 中采 用接续 计算 方法 ，计算 了由 Ｃｏ一６Ｏ产 生 的 切伦 科 夫光 在 水 中传 输 １０，２０，３０，５０，８０，１００ ｍ后在 水 域 的分 布 。调研 了对测 量 可 能产 生 影 响 的 自然 光 本 底 并对 测量 可 能性提 出 了建议 。