【摘要】：集體劑量是評(píng)價(jià)核設(shè)施安全的重要指標(biāo)之一,在核設(shè)施運(yùn)行、維修和退役的各個(gè)階段,其都是描述作業(yè)受照情況的關(guān)鍵。而有效地降低核設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)的集體劑量是輻射防護(hù)工作的重中之重。利用虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),開展核設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)劑量模擬與方案優(yōu)化的研究,已成為當(dāng)前輻射防護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),可為降低核設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)集體劑量提供技術(shù)支持。本論文圍繞作業(yè)劑量模擬與評(píng)估的問題,在點(diǎn)核積分方法涉及的累積因子、輻射場(chǎng)的快速計(jì)算、基于輻射場(chǎng)實(shí)測(cè)值的源項(xiàng)反演、作業(yè)方案劑量評(píng)估與優(yōu)化等方面開展了一系列研究工作,主要取得了如下結(jié)果:(1)使用MCNP程序,采用較新的光子截面數(shù)據(jù)庫、材料的線減弱系數(shù)庫及質(zhì)量能量吸收系數(shù)庫,計(jì)算并建立了一套常用材料下新的γ光子(15ke V-15Me V)累積因子數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)的擬合參數(shù)庫。此外,針對(duì)現(xiàn)實(shí)中典型條件下的累積因子進(jìn)行了計(jì)算,得到了更加符合實(shí)際的累積因子數(shù)值,并基于Geant4開發(fā)了專門用于自定義單層和雙層材料下的累積因子計(jì)算程序。(2)基于點(diǎn)核積分與實(shí)體建模技術(shù),較系統(tǒng)地開展了γ輻射場(chǎng)的快速計(jì)算方法研究。采用CSG建模方法,對(duì)三維幾何場(chǎng)景進(jìn)行建模,使用點(diǎn)核積分方法對(duì)三維輻射場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,同時(shí)從源的權(quán)重離散、輻射場(chǎng)非均勻網(wǎng)格劃分、多線程并行計(jì)算等方面優(yōu)化了計(jì)算效率。最后基于VTK軟件和Visual Studio平臺(tái)開發(fā)了三維輻射場(chǎng)快速計(jì)算程序,并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)算例、軟件計(jì)算驗(yàn)證、輻射現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量等方式,對(duì)程序進(jìn)行了驗(yàn)證和測(cè)試。與傳統(tǒng)點(diǎn)核程序相比,該程序的計(jì)算速度提高了10倍左右,且累積因子新數(shù)據(jù)的引入,使得程序在某些典型條件下劑量計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性提高了10%左右。(3)在輻射場(chǎng)計(jì)算程序的基礎(chǔ)上,開展了源項(xiàng)反演與作業(yè)方案劑量評(píng)估的方法研究。結(jié)合最小二乘法理論,采用迭代算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)源活度的反演計(jì)算,同時(shí)考慮了帶權(quán)重和帶約束的情況,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量對(duì)源活度反演程序進(jìn)行了測(cè)試和應(yīng)用。采用點(diǎn)到點(diǎn)進(jìn)行模擬人員路徑,通過人員、場(chǎng)景、路徑以及源項(xiàng)因子的組合實(shí)現(xiàn)了作業(yè)方案的制定,使用程序直接計(jì)算與通過輻射場(chǎng)插值計(jì)算兩種方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)作業(yè)方案的劑量評(píng)估,最后通過作業(yè)方案之間劑量的對(duì)比與分析,完成方案的優(yōu)化,從而盡可能地降低人員受照劑量。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL943
【圖文】：

第 1 章 引言第1章 引言背景與意義則（ALARA）是輻射防護(hù)體系中最重要的基本原則之一，源來降低輻射危害，權(quán)衡考慮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素，從而達(dá)到將地降低的目標(biāo)[1,2]。由于廣泛開展了輻射防護(hù)最優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)管理與實(shí)踐，世界壓水值從 1990 年的 2 人 Sv/unit 降低至 2012 年的 0.7 人 Sv/核電廠的集體劑量水平則可以達(dá)到 0.25 人 Sv/unit 的水平

研究現(xiàn)狀展相對(duì)比較早的歐、美、日等發(fā)達(dá)國家，計(jì)算機(jī)技術(shù)較早。如美國從 2005 年起，重新啟動(dòng)了核設(shè)施相關(guān)系的輻射程序，希望借助一系列輻射防護(hù)方面的相關(guān)系的新技術(shù)的評(píng)估與優(yōu)化等，提高核電廠輻射防護(hù)的最優(yōu)化水平，并力責(zé)任[16]。其他國家也在核與輻射安全領(lǐng)域研究并開發(fā)了系統(tǒng)主要包括作業(yè)任務(wù)的模擬、劑量的估算，方案的制表性的軟件系統(tǒng)如下所述。開始，法國原子能委員會(huì)(CEA)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)框架施退役時(shí)輻射劑量評(píng)估的ALARA分析工具[17]，該工具使，Mercure5 是點(diǎn)核積分程序。經(jīng)過 3 年的方法研究與程際工程應(yīng)用中開展了測(cè)試與驗(yàn)證工作，并改名為 NARVE景設(shè)計(jì)、劑量的快速計(jì)算、作業(yè)路徑與任務(wù)姿勢(shì)定義等功繪等可視化功能，該系統(tǒng)的運(yùn)行界面如下圖所示。

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本文編號(hào)：2727437