隨著社會與科學進步，工業(yè)射線探傷為社會創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，但其產(chǎn)生的輻射危害日益受到人們的關注^[1]。在我國愈發(fā)重視環(huán)境保護的同時，輻射影響評價的準確性尤其重要。筆者針對探傷室輻射評價工作中的實例，采用了三種屏蔽計算方法與實測值進行比較分析，并總結出幾種計算方法的優(yōu)劣。

1 探傷室的模型

探傷室長20m，寬6m，高6.5m。四周墻壁總厚度均為72cm，其中內外分別為24cm厚的磚，中間夾24cm的鋇渣。探傷室模型見圖 1。

2 輻射源及測量裝置2.1 輻射源

探傷輻射源選用¹⁹² Ir密封源，其活度為2.65 × 10¹²Bq，γ射線平均能量為0.35MeV^[2]。非使用狀態(tài)下，密封源封存在DLTS - B源容器內。

2.2 測量裝置

① 選用WF - 100型通用輻射測量儀完成探傷室內固定點位劑量率的測量，該設備量程為0 ~ 250mGy /h，在中國國家計量院的國防科工委放射性計量一級站進行校準，校準系數(shù)依據(jù)該儀器的檔位在1.00 ~ 1.04之間。②選用FH40G - L型環(huán)境X、γ劑量率儀完成探傷室外固定點位劑量率的測量，該設備的量程為10nGy /h ~ 100mGy /h，能量范圍為30keV ~ 4.4MeV，在核工業(yè)放射性勘查計量站進行校準，校準系數(shù)為0.9672。

3 計算點位的設置3.1 室內計算點位的設置

針對¹⁹² Ir放射源裸照情況，分別計算探傷室內距離放射源2m、3m、4m、5m和8m點位的空氣比釋動能率，測量點位與計算點位相同。

3.2 室外計算點位的設置

針對存在屏蔽介質情況下，分別計算距探傷室墻外1m ~ 10m處的空氣比釋動能率，測量點位與計算點位相同。放射源到內墻的距離為2.33m，離地面的高度為0.7m。

4 結果與分析4.1 本底測量結果

根據(jù)計算與測量的點位，選用儀器分別測量探傷室內外的環(huán)境本底水平，每臺儀器測量10組數(shù)據(jù)，取其平均值。WF - 100型通用輻射測量儀測量室內本底水平為110nGy /h，F(xiàn)H40G - L型環(huán)境X、γ劑量率儀測量室外本底水平為106nGy /h。

4.2 理論計算與測量結果的比較

參照選定的點位及屏蔽介質材質，運用經(jīng)驗公式法、點核積分法及MCNP法對固定點位的空氣比釋動能率進行計算，其中經(jīng)驗公式法和點核積分法的計算公式如下:

經(jīng)驗公式法^[3-5] :

式中: H₁—距離放射源r₁米處的空氣比釋動能率(μGy/h); A₁—源強(Bq); Γ—源的照射量率常數(shù)，C.m².kg^-1; 33.85—轉換系數(shù)，Gy.kg.C^-1; r₁—放射源與監(jiān)測點的距離(m); t₁—屏蔽層的厚度，cm; T—衰減1 /10值層厚度，cm。

點核積分法^[3, 6] :

式中: H₂—距離放射源r₂米處的空氣比釋動能率(μGy / h); A₂—源強，Bq; r₂—關注點到放射源的距離，cm; B—積累因子; μ—γ射線在屏蔽材料中的線性減弱系數(shù)，cm^-1; t₂—屏蔽層的厚度，cm; K_a/φ—空氣比釋動能率與通量密度的比值，pGy. cm²; n—每次衰變產(chǎn)生的光子數(shù)。

根據(jù)公式(1)、公式(2)及MCNP法建立的計算模型分別計算固定點位的空氣比釋動能率，然后與實際測量結果進行對比分析。

4.2.1 室內固定點位計算結果與實測結果

根據(jù)室內固定點位的設置，采用三種計算方法分別計算各點位的空氣比釋動能率，同時運用WF - 100型通用輻射測量儀測量相應點位空氣比釋動能率，計算結果與實測結果見表 1。

根據(jù)表 1中對室內固定點位的計算結果及測量結果，繪出對室內固定點位比釋動能率計算值與測量值的比較圖，見圖 1。

從對比結果可知，經(jīng)驗公式法計算結果與實測結果相同相近，其誤差不大于1%，點核積分法與實測結果誤差在1% ~ 4%之間，MCNP法與實測結果誤差在10% ~ 14%之間。從而得知，計算無屏蔽介質固定點位劑量率，優(yōu)先選用經(jīng)驗公式進行計算，次之選用點核積分法進行計算。

4.2.2 室外固定點位計算結果與實測結果

根據(jù)室外設置的固定點位，采用三種計算方法分別計算各點位的空氣比釋動能率，同時運用FH40G - L型環(huán)境X、γ劑量率儀測量相應點位空氣比釋動能率，計算結果與實測結果見表 2。

根據(jù)表 2中對室內固定點位的計算結果及測量結果，繪出對室外固定點位比釋動能率計算值與測量值的比較圖，見圖 2。

從對比結果可知，經(jīng)驗公式法、點核積分法與MCNP法的計算結果均大于測量結果，標明三種計算方法均是保守的。根據(jù)計算結果與測量結果的比值，得知經(jīng)驗公式法結果約為測量結果的7 ~ 14倍，點核積分法結果約為測量結果的3 ~ 6倍，MCNP法結果約為測量結果的2 ~ 3倍。以測量結果為橫坐標，以計算結果與測量結果的比值為縱坐標，見圖 3。

從圖 3可以明顯看出，在有屏蔽介質的情況下，經(jīng)驗公式法的計算結果偏保守，點核積分法與MCNP法相對準確。三種計算方法結果保守性的主要原因: ①與計算方法本身有關，其中經(jīng)驗公式法與點核積分法均為理論計算公式，其參數(shù)均為經(jīng)驗值，且已應用多年，與現(xiàn)有屏蔽材料的參數(shù)、源項的參數(shù)有一定的偏差; ②由于MCNP程序是對粒子的輸運進行大量的抽樣模擬計算，計算結果的誤差與粒子數(shù)直接相關，另外本次計算未考慮源的自吸收效應，全部使用了點源設置，計算結果存在偏差。

結合相關研究文獻，在估算簡單模型過程中(例如探傷室、放射源庫)，優(yōu)先選用點核積分法進行估算，可節(jié)省工作量及工作時間。對于大型核設施及復雜源項的屏蔽計算，可優(yōu)先選用MCNP法提高計算的精度。

5 結論與展望

計算點源致固定點位空氣比釋動能率時，在無屏蔽條件下，經(jīng)驗公式法優(yōu)于其他兩種方法，與測量結果基本吻合; 存在屏蔽介質時，三種方法均為保守計算，其中經(jīng)驗公式法偏保守，與測量結果相差約1個量級。

在實際屏蔽設計與環(huán)境影響評價過程中，對于簡單模型，可優(yōu)先選用點核積分法進行估算; 對于復雜模型，可優(yōu)先選用MCNP法進行估算。

通過對存在屏蔽介質與無屏蔽介質的計算結果比較分析可知，計算結果的保守性與屏蔽材料衰減參數(shù)選取直接相關，根據(jù)現(xiàn)有參考文獻查詢得知的屏蔽材料種類相對較少，且查詢的數(shù)據(jù)與實際生產(chǎn)的屏蔽材料也存在一定的誤差。如今對屏蔽材料屏蔽效果鮮有研究，需進一步開展相關理論及實驗研究。