核事故外照射剂量快速估算方法的研究与软件编制

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[目的]核事故所致外照射剂量的快速估算可以为受照人员的早期医疗救治提供剂量依据并为制定核事故预案提供理论参考;可以帮助事故应急人员发现并廻避高剂量率区域以提高应急人员的安全性。本课题旨在研究外照射剂量快速估算方法,建立常用核素的外照射剂量数据库,并完成26种常用放射性核素在事故中所致外照射剂量快速估算应用软件。[方法]依据IAEA的相关报告和我国的有关标准选择本研究模拟计算的26种放射性核素,依据核数据手册确定核素的射线能量和种类;选取蒙特卡罗模拟计算软件MCNPX,根据ICRP 103号报告确定计算15种器官和组织的剂量,根据ICRP 74号报告确定5种外照射模型,考虑放射源向人体张开的立体角后引入射线比例系数Ω/4π,考虑空气对射线的衰减作用后引入空气衰减系数C,综合考虑上述因素后建立MCNPX计算模型,确定器官和组织剂量的蒙特卡罗计算方法,给出器官和组织剂量的估算流程;结合对MCNPX计算结果的分析,确定将外照射剂量分为β射线所致部分与γ射线所致部分,并考虑核素的活度、受照时间、射线比例系数以及空气衰减系数,最终得到发射β射线核素、发射γ射线核素以及同时发射β射线和γ射线核素的外照射剂量的计算方法,并结合ICRP103号报告确定有效剂量的计算方法,编制外照射剂量快速估算软件。[结果]经过使用MCNPX约1300小时的实验模拟计算研究,得到了26种放射性核素的单位放射源粒子照射下的器官和组织剂量Y。由于β射线穿透能力较弱,对6种放射β射线核素的MCNPX计算结果中皮肤剂量比其他器官和组织的剂量至少高出3个数量级;如果在核素的活度水平不是太大的情况下,当这6种核素为放射源时计算有效剂量只需考虑皮肤剂量。对于7种γ放射源,确定了不同距离下的器官和组织剂量的计算公式,确定了将各个器官剂量按照ICRP 103号报告提供的组织权重因子加权求和的计算有效剂量的方法。对于13种同时发射β和γ射线的放射源,在计算不同距离下的器官和组织剂量时除γ射线的影响之外,还需计入β射线对皮肤等个别组织和器官的影响;为此,本研究计算得到了同时发射β和γ射线核素的γ值中p射线所致部分和γ射线所致部分的比例,并基于此比例确定了不同距离下的器官和组织剂量的计算公式,给出了此类放射源的有效剂量计算公式。然后通过对32P、201TI或137Cs为放射源时不同距离下皮肤剂量及有效剂量的计算和比较发现,在距离大于2m时,β射线所致外照射剂量可以忽略不计;γ射线对外照射剂量的贡献主要受射线比例系数Ω/4π的影响,距离在50m之内的外照射剂量变化趋势与Ω/4π的趋势一致,距离在5 m处的外照射剂量将减小到零距离时的1%左右。[结论]本研究基于蒙特卡罗方法,在综合考虑空气的衰减作用、放射源向人体张开的立体角等影响因素的基础上,给出了外照射器官剂量和有效剂量的计算公式与方法,建立了剂量数据库,编制了外照射剂量快速估算软件。通过对典型放射源(6oCo)的外照射器官剂量和有效剂量的计算与对比,证明了本研究建立的估算方法可靠,估算软件算得结果可信。
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