CN113268863A - γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算方法和装置，方法包括使用MFC‑微软基础类库设计应用程序，基于应用程序实现：S101、根据机房的剂量率设计目标值，分别对γ放射源机房和电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶进行辐射屏蔽设计；S102、在γ放射源机房和电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶外选取关注点，根据机房屏蔽设计参数，计算各关注点的剂量率，验证辐射屏蔽效果。本发明可快速、准确地完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证。
Description
技术领域
本发明涉及核技术应用领域，具体涉及一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算方法和装置。
背景技术
近年来，γ放射源、电子直线加速器广泛应用于工业、农业、医疗卫生等领域，创造了巨大的经济效益和社会利益，已成为核技术应用领域的重要分支。γ放射源主要是人工放射性同位素60Co、192Ir、137Cs等，电子直线加速器按应用领域主要包括辐照加速器、探伤加速器、集装箱检查加速器、医用加速器等。
γ放射源、电子直线加速器通常安装在具有一定辐射防护功能的机房内，机房的辐射屏蔽设计是一门专业且复杂的学科，往往由专业的辐射防护设计者完成。此外，电离辐射与空气作用会产生臭氧，长时间运行可能在机房内蓄积，机房内臭氧对工作人员及环境造成一定污染和危害也逐渐被人们关注。
目前，机房的辐射屏蔽设计通常采用蒙特卡罗模拟计算和解析方法理论计算。对于几何结构复杂且粒子与核的反应机制复杂的问题，一般数值方法无法求解，蒙卡方法能够较逼真的描述事物的特点及物理过程。对于γ放射源机房和电子直线加速器机房，源结构简单且较规则，采用蒙卡模拟计算，专业性很强，建模复杂，耗时较长，计算条件要求较高。相比蒙卡模拟，采用理论计算方法可节省大量的计算时间，得到较为保守准确的结果，所以在估算不要求十分精细，或者在计算时间、计算条件不允许的情况下，理论计算方法是一种良好的估算方法。
目前，NCRP49、51、151号报告，IAEA47号报告，国标GBZ/T201等给出了γ放射源机房、电子直线加速器机房的辐射屏蔽理论计算方法，实际应用过程中面临如下问题：理论计算方法模型复杂，公式结构复杂繁琐，如未经过专业学习或培训，计算模型难以理解；计算所需参数众多，参数查询困难、耗时且易出错，传统的手工计算影响计算效率及结果的可靠性。因此，亟需一种专用的机房辐射屏蔽计算软件或工具，辐射防护人员经过简单培训即可快速、准确的完成机房的辐射屏蔽设计或辐射屏蔽验证计算。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算方法和装置，可以快速、准确地完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算方法，所述方法包括使用MFC-微软基础类库设计应用程序，基于所述应用程序实现：
S101、根据机房的剂量率设计目标值，分别对γ放射源机房和电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶进行辐射屏蔽设计；
S102、在所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶外选取关注点，根据机房屏蔽设计参数，计算各关注点的剂量率，验证辐射屏蔽效果。
进一步，如上所述的方法，S102中，基于以下散射路径，计算所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
进一步，如上所述的方法，S102中，基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算能量大于10MeV时所述电子直线加速器机房的关注点剂量率。
进一步，如上所述的方法，S102中，基于天空反散射屏蔽问题，计算所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房的屋顶的关注点剂量率。
进一步，如上所述的方法，所述方法还包括：
计算所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房内设备开机运行第一预设时间后机房内臭氧浓度及其变化规律，以及停机第二预设时间后机房内剩余臭氧浓度及其变化规律；
基于所述应用程序实现提供参数查询功能、输入错误检查和提示功能以及计算结果保存及输出功能。
本发明实施例中还提供了一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算装置，应用于前述的方法，所述装置包括使用MFC-微软基础类库设计应用程序，基于所述应用程序实现以下模块：γ放射源机房模块、第一电子直线加速器机房模块、第二电子直线加速器机房模块；
所述γ放射源机房模块用于γ放射源机房的辐射屏蔽计算；
所述第一电子直线加速器机房模块用于能量小于或等于10MeV的第一电子直线加速器机房的辐射屏蔽计算；
所述第二电子直线加速器机房模块用于能量大于10MeV的第二电子直线加速器机房的辐射屏蔽计算。
进一步，如上所述的装置，其特征在于，所述γ放射源机房模块用于计算所述γ放射源机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及所述γ放射源机房内臭氧浓度及其变化规律；
基于以下散射路径，计算所述γ放射源机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
进一步，如上所述的装置，其特征在于，所述第一电子直线加速器机房模块用于计算所述第一电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及所述第一电子直线加速器机房内臭氧浓度及其变化规律，包括电子束臭氧浓度和X射线臭氧浓度；
基于以下散射路径，计算所述第一电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
进一步，如上所述的装置，其特征在于，所述第二电子直线加速器机房模块用于计算所述第二电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及所述第二电子直线加速器机房内臭氧浓度及其变化规律，包括电子束臭氧浓度和X射线臭氧浓度；
在X射线泄漏辐射和散射辐射下，基于以下散射路径，计算所述第二电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射；
基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率。
进一步，如上所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：基于所述应用程序实现的参数查询模块、结果保存及输出模块；
所述参数查询模块用于查询各种参数；
所述结果保存及输出模块用于保存并输出计算结果。
本发明的有益效果在于：本发明基于MFC-微软基础类库，将IAEA.NO.47、NCRP.NO.151、GBZ/T201中的理论计算方法程序化，能够快速、准确地完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中提供的γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算程序主界面示意图；
图3为本发明实施例中提供的γ放射源机房主屏蔽计算子界面示意图；
图4为本发明实施例中提供的γ放射源机房屋顶屏蔽计算子界面示意图；
图5为本发明实施例中提供的第二电子直线加速器机房屋顶屏蔽计算子界面示意图；
图6为本发明实施例中提供的第二电子直线加速器机房迷宫及防护门屏蔽计算子界面示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。
MFC-微软基础类库以C++类的形式封装了Windows API，并且包含一个应用程序框架，以减少应用程序开发人员的工作量，其中包含大量Windows句柄封装类和很多Windows的内建控件和组件的封装类。本发明依据IAEA.NO.47、NCRP.NO.151、GBZ/T201等标准和技术规范中的辐射屏蔽理论计算方法，设计基于MFC的γ放射源机房、电子直线加速器机房辐射屏蔽、臭氧浓度计算程序，该程序用以实现以下功能。
本发明实施例提供了一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算方法，如图1所示，该方法包括使用MFC-微软基础类库设计应用程序，该应用程序用以实现：
S101、根据机房的剂量率设计目标值，分别对γ放射源机房和电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶进行辐射屏蔽设计。
S102、在γ放射源机房和电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶外选取关注点，根据机房屏蔽设计参数，计算各关注点的剂量率，验证辐射屏蔽效果。
本发明实施例中，基于以下散射路径，计算所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算能量大于10MeV时所述电子直线加速器机房的关注点剂量率。基于天空反散射屏蔽问题，计算所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房的屋顶的关注点剂量率。
该方法还包括：
S103、计算γ放射源机房和电子直线加速器机房内设备开机运行第一预设时间后机房内臭氧浓度及其变化规律，以及停机第二预设时间后机房内剩余臭氧浓度及其变化规律。
本发明实施例中，用户可以在应用程序的交互界面上输入相关参数，计算机房臭氧浓度，包括：装置开机运行t时间机房内臭氧浓度、臭氧平衡浓度及达到平衡浓度所需时间、停机t时间机房内剩余臭氧浓度。
S104、基于应用程序实现提供参数查询功能、输入错误检查和提示功能以及计算结果保存及输出功能。
本发明实施例中，应用程序的交互界面上还提供有以下各种功能，丰富的参数查询功能：提供常见核素半衰期、空气比释动能率，常见材料什值层，不同角度入射混凝土墙散射比等参数的查询功能，使用手册提供辐射屏蔽计算方法和NCRP.NO.151附表，便于使用者查询。输入错误检查和提示功能：结果计算时，如某个参数无输入或输入数据明显偏离其应有的数值范围，弹出警告对话框，提示使用者进行输入或修改。计算结果保存及输出功能：计算结果可以通过Excel、word等形式保存并输出，以便使用者后续对数据的应用。交互界面具备良好的可交互性：程序各界面按功能分为参数输入区和结果计算区，界面友好。给出中间参数(如累计因子B)的计算结果，程序更像是计算稿纸，通过程序的使用能够快速深入理解计算模型，具有较好的互动性。
采用本发明实施例的方法，基于MFC，将IAEA.NO.47、NCRP.NO.151、GBZ/T201中的理论计算方法程序化，同时提供丰富的参数查询、参数校对功能，设计者可快速、准确的完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证，同时可用于机房内臭氧浓度计算。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种用于实施上述方法的γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算装置，该装置包括使用MFC-微软基础类库设计应用程序，基于应用程序实现以下模块：γ放射源机房模块、第一电子直线加速器机房模块、第二电子直线加速器机房模块；γ放射源机房模块用于γ放射源机房的辐射屏蔽计算；第一电子直线加速器机房模块用于能量小于或等于10MeV的第一电子直线加速器机房的辐射屏蔽计算；第二电子直线加速器机房模块用于能量大于10MeV的第二电子直线加速器机房的辐射屏蔽计算。除此之外，该装置还包括：基于应用程序实现的参数查询模块、结果保存及输出模块；参数查询模块用于查询各种参数；结果保存及输出模块用于保存并输出计算结果。
本发明采用模块化的程序设计方法创建基于MFC的单文档应用程序模板，如图2所示，包括γ放射源机房模块、电子直线加速器机房(≤10MeV)模块、电子直线加速器机房(＞10MeV)模块、参数查询模块、结果保存及输出模块。对基于MFC的单文档应用程序模板进行视图窗口分割，左侧窗口基于CTreeView类，显示γ放射源机房模块树视图、电子直线加速器机房(≤10MeV)模块树视图、电子直线加速器机房(＞10MeV)模块树视图。右侧基于CFormView类，通过左侧树视图的选择显示各计算窗口。
本发明实施例中，γ放射源机房模块用于计算γ放射源机房的主屏蔽、次屏蔽(包括泄漏辐射屏蔽和散射辐射屏蔽)、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及γ放射源机房内臭氧浓度及其变化规律；还用于基于以下散射路径，计算γ放射源机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。如图3所示，在γ放射源机房主屏蔽计算子界面上，输入相关参数，可以计算得到相应的关注点剂量率和屏蔽厚度。如图4所示，在γ放射源机房屋顶屏蔽计算子界面上，输入相关参数，可以计算得到相应的屋顶屏蔽透射因子B和关注点剂量率。
本发明实施例中，第一电子直线加速器机房模块用于计算第一电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及第一电子直线加速器机房内臭氧浓度及其变化规律，包括电子束臭氧浓度和X射线臭氧浓度；还用于基于以下散射路径，计算第一电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
本发明实施例中，第二电子直线加速器机房模块用于计算第二电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及第二电子直线加速器机房内臭氧浓度及其变化规律，包括电子束臭氧浓度和X射线臭氧浓度；还用于在X射线泄漏辐射和散射辐射下，基于以下散射路径，计算第二电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射；还用于基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率。如图5所示，在电子直线加速器机房屋顶屏蔽计算子界面上，输入相关参数，可以计算得到相应的屋顶屏蔽透射因子B和关注点剂量率。如图6所示，在电子直线加速器机房迷宫及防护门屏蔽计算子界面上，输入相关参数，可以计算得到相应的迷宫内口关注点中子通量和中子俘获γ射线剂量。
采用本发明实施例的装置，基于MFC，将IAEA.NO.47、NCRP.NO.151、GBZ/T201中的理论计算方法程序化，同时提供丰富的参数查询、参数校对功能，设计者可快速、准确的完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证，同时可用于机房内臭氧浓度计算。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算方法，其特征在于，所述方法包括使用MFC-微软基础类库设计应用程序，基于所述应用程序实现：
S101、根据机房的剂量率设计目标值，分别对γ放射源机房和电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶进行辐射屏蔽设计；
S102、在所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶外选取关注点，根据机房屏蔽设计参数，计算各关注点的剂量率，验证辐射屏蔽效果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S102中，基于以下散射路径，计算所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S102中，基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算能量大于10MeV时所述电子直线加速器机房的关注点剂量率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S102中，基于天空反散射屏蔽问题，计算所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房的屋顶的关注点剂量率。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
计算所述γ放射源机房和所述电子直线加速器机房内设备开机运行第一预设时间后机房内臭氧浓度及其变化规律，以及停机第二预设时间后机房内剩余臭氧浓度及其变化规律；
基于所述应用程序实现提供参数查询功能、输入错误检查和提示功能以及计算结果保存及输出功能。
6.一种γ放射源及电子直线加速器机房辐射屏蔽计算装置，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的方法，所述装置包括使用MFC-微软基础类库设计应用程序，基于所述应用程序实现以下模块：γ放射源机房模块、第一电子直线加速器机房模块、第二电子直线加速器机房模块；
所述γ放射源机房模块用于γ放射源机房的辐射屏蔽计算；
所述第一电子直线加速器机房模块用于能量小于或等于10MeV的第一电子直线加速器机房的辐射屏蔽计算；
所述第二电子直线加速器机房模块用于能量大于10MeV的第二电子直线加速器机房的辐射屏蔽计算。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述γ放射源机房模块用于计算所述γ放射源机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及所述γ放射源机房内臭氧浓度及其变化规律；
基于以下散射路径，计算所述γ放射源机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一电子直线加速器机房模块用于计算所述第一电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及所述第一电子直线加速器机房内臭氧浓度及其变化规律，包括电子束臭氧浓度和X射线臭氧浓度；
基于以下散射路径，计算所述第一电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二电子直线加速器机房模块用于计算所述第二电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶的关注点剂量率，以及所述第二电子直线加速器机房内臭氧浓度及其变化规律，包括电子束臭氧浓度和X射线臭氧浓度；
在X射线泄漏辐射和散射辐射下，基于以下散射路径，计算所述第二电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射；
基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率。
10.根据权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：基于所述应用程序实现的参数查询模块、结果保存及输出模块；
所述参数查询模块用于查询各种参数；
所述结果保存及输出模块用于保存并输出计算结果。
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