CN108010596A - 一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置 - Google Patents

一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，包括具有多层结构的箱体，所述的多层结构的箱体从外到内依次包括有屏蔽支撑层、慢化快中子层和吸收伽马射线层，在箱体的左右侧分别设有穿线孔。本发明具备同时抗中子辐照及抗γ辐照的能力，使在屏蔽装置内的电子学设备可在强核辐照环境下正常工作；除此之外，具有良好的导热能力。

Description

一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置
技术领域
本发明涉及聚变强辐射环境的核辐射屏蔽技术领域，尤其涉及一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置。
背景技术
以国际热核聚变实验堆ITER为例，在DT(氘氚)反应阶段，port cell区域累计4700小时的中子辐照注量为1.6×1013n/cm2，γ累计辐照剂量为329Gy。考虑到在此区域和某些特殊的核测量场合(反应堆核测量、聚变托卡马克核测量等)要放置电子学系统，而在此领域应用的电子学设备一般都不具有较强的抗辐照能力，在聚变堆这样严重的核环境下，为保护电子学设备能正常运行。目前市场上没有能为电子学设备提供良好保护的屏蔽装置。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，包括具有多层结构的箱体，所述的多层结构的箱体从外到内依次包括有屏蔽支撑层、慢化快中子层和吸收伽马射线层，在箱体的左右侧分别设有穿线孔。
所述的多层结构的箱体的底面从外到内依次为屏蔽支撑层和吸收伽马射线层。
所述的屏蔽支撑层为不锈钢板。
所述的慢化快中子层为含硼聚乙烯板。
所述的吸收伽马射线层为铅板。
所述的箱体的前侧和左右两侧的屏蔽支撑层的厚度为20cm，慢化快中子层的厚度为20cm，吸收伽马射线层的厚度为4cm；箱体的后侧和顶部的屏蔽支撑层的厚度为10cm，慢化快中子层的厚度为10cm，吸收伽马射线层的厚度为4cm；箱体的底部的屏蔽支撑层的厚度为20cm，吸收伽马射线层的厚度为4cm。
所述的穿线孔为双层阶梯状。
多层箱式屏蔽结构，包括有具有屏蔽功能和支撑功能316L型不锈钢材料，具有慢化快中子作用的含硼聚乙烯材料，以及吸收伽马射线的铅材料。箱体中间留有空腔用来放置电子学设备。箱体下部为了散热考虑去掉聚乙烯材料，以保证在屏蔽箱中放置的电子学设备能够良好的散热。在此基础上，对箱体左右两侧留有穿线孔以便穿过电子学设备的输入输出线。并对穿线孔进行了周密设计，采用阶梯式结构，从而避免中子直接进入箱体。
所述的多层箱式结构中，最外层316L型不锈钢板可以散射掉一部分快中子，减少快中子对电子设备的影响，同时能吸收大量的伽马射线，保护箱体内的电子学设备，除此之外不锈钢材料能起到良好的电磁屏蔽作用，并对箱体提供良好的支撑。中间层为含硼聚乙烯板，具有良好慢化中子的作用，而且此材料密度较低，能减轻屏蔽体的重量。最内层为铅板，能吸收中子与前两层材料作用产生的伽马射线，以降低进入箱体内的伽马射线。
所述的穿线孔，根据电子学输入输出线的孔径设计成为阶梯式，考虑到所用线缆的曲率半径设计为双台阶结构，以减少中子直接进入箱体。
本发明的优点是：本发明具备同时抗中子辐照及抗γ辐照的能力，使在屏蔽装置内的电子学设备可在强核辐照环境下正常工作；除此之外，具有良好的导热能力。
附图说明
图1为本发明横向剖面图。
图2为本发明纵向剖面图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，包括具有多层结构的箱体1，所述的多层结构的箱体1从外到内依次包括有屏蔽支撑层2、慢化快中子层3和吸收伽马射线层4，在箱体1的左右侧分别设有穿线孔5。
所述的多层结构的箱体1的底面从外到内依次为屏蔽支撑层2和吸收伽马射线层4。
所述的屏蔽支撑层2为不锈钢板。
所述的慢化快中子层3为含硼聚乙烯板。
所述的吸收伽马射线层4为铅板。
所述的箱体1的前侧和左右两侧的屏蔽支撑层2的厚度为20cm，慢化快中子层3的厚度为20cm，吸收伽马射线层4的厚度为4cm；箱体的后侧和顶部的屏蔽支撑层2的厚度为10cm，慢化快中子层3的厚度为10cm，吸收伽马射线层4的厚度为4cm；箱体的底部的屏蔽支撑层2的厚度为20cm，吸收伽马射线层4的厚度为4cm。
所述的穿线孔5为双层阶梯状。
所述的抗辐射屏蔽装置，可应用于聚变堆、裂变反应堆、散裂中子源、加速器、同步辐射装置、对撞机、强辐射源等核工业生产、运行和高能物理研究领域中对电子学装置的屏蔽保护中。如图1、2所示，一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，为达到良好的屏蔽效果直面放射源的箱体前侧和准备预留输线孔的左右两侧由最外层20cm不锈钢，中间层20cm含硼聚乙烯，最内层4cm铅板组成；距离放射源较远的后侧和顶部底部箱体为减轻箱体重量由最外层10cm不锈钢，中间层10cm含硼聚乙烯，最内层4cm铅板组成；箱体底部考虑到散热需求由,外层20cm不锈钢和内层4cm铅板组成。箱体左侧预留两组输入线孔，输入线孔直径为1.5cm；箱体右侧预留两组输出线孔，输出线孔直径1.5cm。为了减少中子通过输线孔直接进入箱体将输线孔设计成为阶梯式，并在箱体底部输入输出线预留孔位置处添加含硼聚乙烯材料，以减少快中子直接进入箱体。
核辐射模拟计算
1、模拟计算使用软件：MCNP5
2、模拟源：面源，源分布使用具有代表性的ITER PORT CELL区域的源分布，具体分布见表1，面源大小与屏蔽箱横截面一致128cm*128cm。
表1中子能量分布
能量区间(MeV) 1E-11---1E-6 1E-6---0.1 0.1---1 1---10 10---20
所占百分比(％) 70.1 25.18 2.04 2.03 0.65
3、粒子统计权重：根据具有代表性的ITER PORT CELL区域，数值为1.786E10。
4、计算粒子数：4E10。
模拟计算目的
对抗辐照屏蔽装置进行辐射屏蔽效果的评估，通过模拟计算测试其是否具有良好的抗辐照性能。
模拟计算内容
在屏蔽箱内放置点探测器，计算探测器位置处的中子通量和伽马剂量，并将中子通量和伽马剂量与箱体外的数据做对比。
模拟计算结果
屏蔽箱对中子的屏蔽效果模拟计算结果如下：屏蔽箱外中子通量为1E6n/cm2/s，箱内几个测试点中子通量均低于100n/cm2/s。
屏蔽箱对伽马的屏蔽效果模拟计算结果如下：屏蔽箱外伽马剂量为329Gy，箱内伽马累积剂量为1.56Gy。
由上述结果可知，此屏蔽箱具有良好的核辐射屏蔽效果。

Claims (7)

1.一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，其特征在于：包括具有多层结构的箱体，所述的多层结构的箱体从外到内依次包括有屏蔽支撑层、慢化快中子层和吸收伽马射线层，在箱体的左右侧分别设有穿线孔。
2.根据权利要求1所述的一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的多层结构的箱体的底面从外到内依次为屏蔽支撑层和吸收伽马射线层。
3.根据权利要求2所述的一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的屏蔽支撑层为不锈钢板。
4.根据权利要求2所述的一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的慢化快中子层为含硼聚乙烯板。
5.根据权利要求2所述的一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的吸收伽马射线层为铅板。
6.根据权利要求2所述的一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的箱体的前侧和左右两侧的屏蔽支撑层的厚度为20cm，慢化快中子层的厚度为20cm，吸收伽马射线层的厚度为 4cm；箱体的后侧和顶部的屏蔽支撑层的厚度为10cm，慢化快中子层的厚度为10cm，吸收伽马射线层的厚度为4cm；箱体的底部的屏蔽支撑层的厚度为20cm，吸收伽马射线层的厚度为4cm。
7.根据权利要求1所述的一种适用于强核辐照环境的抗辐射屏蔽装置，其特征在于：所述的穿线孔为双层阶梯状。
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