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HINEG(High Intensified Neutron Generator)是中国科学院核能安全技术研究所正在研究建造并不断升级改进的强流D-T聚变中子发生装置,建成运行后的中子强度可以达到3×1013 n/s,目标是发展一种能产生14Mev能量中子的强流D-T中子发生器,模拟聚变实验装置及未来聚变堆中的辐照环境,开展各类中子学实验。HINEG所产生的14 MeV中子与聚变实验装置和未来聚变堆中子能量相同,可广泛应用于核聚变基础研究、核技术应用、军工研究等各个领域,是开展中子学积分实验、材料辐照损伤与活化实验、中子治癌、中子辐照育种、中子照相等基础应用研究工作所必需的实验平台,还可以为其它中子物理与核安全相关的数值模拟理论研究提供验证条件。为了保证中子实验的正常进行和工作人员/周围居民的辐射安全和身体健康,需要对中子发生器实验大厅进行辐射防护屏蔽设计和分析。
本论文的主要工作是对HINEG中子发生器的实验大厅进行屏蔽设计,使用蒙特卡洛方法进行模拟计算和优化设计,得到可以满足国家辐射防护标准的经济可行的屏蔽大厅设计方案。本文对HINEG屏蔽大厅的基本设计方案进行CAD建模,并利用MCAM自动建模程序将CAD模型转换为蒙卡程序MCNP的输入文件,然后利用MCNP对装置大厅外关键区域的剂量值进行模拟计算并与相关标准进行对比。根据剂量超标的区域和程度,调整优化屏蔽层混凝士材料比分,以提供一套切实可行的HINEG大厅屏蔽方案。该方案遵循合理可行尽量低的原则,在兼顾经济性前提下保证工作人员及公众的剂量低于国家规定限值。