冷阱放射性核素分析

徐永宁

身份证号码：1406221991****6276

1. 引言

   对某放射性装置更换下的冷阱进行放射性核素及活度分析计算。实际测量了冷阱的表面剂量率，并进行了放射性核素种类的判断

2. 冷阱结构图及分布

图2-1 放射性冷阱结构简图

3. 实际测量方法及结果

3.1检测项目

γ辐射剂量率、放射性核素种类及活度监测的对象为更换下来的一回路冷阱，冷阱为卧放的圆柱形，顶部和底部为半球形。

监测点位：分别对冷阱底部和顶部及两个侧面表面进行辐射监测。

3.2 监测仪器及方法

3.2.1 监测设备

本次监测采用的监测设备见表3-1。

表3-1  监测设备及性能指标

仪器名称	型号	主要技术性能指标
γ剂量率仪	FH40G	测量范围：1nSv/h～100μSv/h ; 能量范围：48keV～6MeV(相对于137Cs 参考γ 辐射源)； 准确度：<20%(针对137Cs，剂量率大于100nSv/h)。
溴化镧γ谱仪	Inspector 1000	能量范围：30～3000keV； 对661.7keVγ射线，能量分辨率小于3.3keV。

3.2.2 监测方法

γ辐射剂量率：采用便携式γ辐射剂量率仪直接测量，监测时每点测量4次，每次间隔10秒，取平均值。

放射性核素种类及活度：采样便携式溴化镧能谱仪直接测量，通过谱图分析判断核素种类。测量时使用铅砖在探头外构建铅室，已减少冷阱相互影响。核素的活度，采用刻度效率曲线的测量方法，使用实验室样品盒效率进行估算，因冷阱材料为金属，且冷阱尺寸较大，样品盒效率偏大，因此计算活度会偏小，但计算活度浓度时，样品盒体积比实际体积偏小，活度浓度会增加，因此可用来估算冷阱总活度。活度浓度的计算方法如下：

其中：A——待测样品中核素的活度浓度(Bq/kg)

Ns——样品中能量为E的γ射线的全能峰净计数

ts——样品测量时间，s；

Nb——本底能量为E的γ射线的全能峰净计数，取0；

Tb——本底测量时间，s；

ε——该能量射线的全能峰探测效率，取0.002；

η——该能量射线的分支比；这里取99。94%

V——样品取样量，取0.5kg；

——自吸收修正系数，取1；

——衰变修正因子，λ为该核素衰变常数，t为取样制样到测量的时间间隔，取1。

3.3 监测结果

3.3.1 γ辐射剂量率监测结果

γ辐射剂量率测量结果见表3-2。

表3-2  γ刻度实验楼γ辐射剂量率监测结果

监测对象	点位描述	监测结果（μSv/h）
冷阱	底部表面	19.8
	南侧表面	9.05
	北侧表面	9.68
	顶部表面	7.72
	底部1m处	4.50

3.3.2 核素种类检测结果

冷阱底部剂量率均较大，以底部谱图判断核素，如图3-1所示。

图3-1冷阱能谱图

从图3-1中可以看到，冷阱中22Na的能峰较明显，24Na、54Mn、58Co、60Co和137Cs特征能量处，无明显全能峰。

对各冷阱侧面检测时，使用了铅砖构建了小铅室，用于屏蔽周边冷阱的影响。

4. 冷阱表面剂量率计算

4.1 计算软件

本工作使用MCNP程序对两种尺寸的冷阱进行建模计算。MCNP程序是美国Los Alamos实验室研制的一个大型的多功能的蒙特卡罗中子-光子输运程序。可用于计算中子、光子或中子-光子耦合输运问题及本征值问题等。MCNP具有很强的通用性，可以处理任意三维几何结构的问题。它自带精细的点截面数据库，不必制作专门的群截面数据库，从而避免由并群计算引起的计算误差。该程序为国际通用程序可满足本次屏蔽计算要求。

4.2 计算模型及结果

利用MCNP程序进行建模，计算模型图见图4-1所示。

图4-1 利用MCNP程序建模图

由于冷阱顶部结构相对复杂，因此仅对冷阱底部和侧面的剂量率进行计算。模型中冷阱内充满钠，22Na源项均匀分布其中，根据冷阱表面剂量率的实际测量结果对源项进行规格化，选择冷阱表面对应位置的剂量率最大值为规格化剂量率值，计算结果见下表4-1所示。

表4-1 冷阱表面剂量率计算结果

冷阱编号	剂量点位	计算结果（μSv/h）	监测结果（μSv/h）
7#	底表面	19.80	19.80
	侧表面	9.50	9.05/9.68

从上表的计算结果可以看出，计算值与测量值还是比较符合的，整体来看，冷阱底部的剂量率大，约为侧面剂量率的2倍。根据MCNP程序计算的规格化源强，根据源强与22Na核素的活度对应关系，得到冷阱中的22Na核素活度，根据冷阱的尺寸计算出冷阱容积，进而计算出22Na在各冷阱中的比活度，具体数据见表4-2所示。

表4-2 每台冷阱中22Na活度及比活度

冷阱编号	22Na活度（Bq）	22Na比活度（Bq/l）
7#	2.4E+08	6.42E+04

    上表数据可看出，冷阱中22N比活度为6.42E+04Bq/l，需对其进行距离防护，即设置隔离范围，保证人员同行区域处的剂量率在辐射分区限值以下，因此分别对冷阱表面1米处的剂量率测量，最大剂量率为2.90μSv/h，满足相应工艺间的辐射分区要求。

5. 结论

    本工作根据冷阱的表面剂量率实际测量值，利用MCNP程序对冷阱进行建模计算，反推出冷阱中22Na的活度及比活度。表面剂量率的理论计算结果与测量结果相符，计算所得22Na的活度及比活度是合理的。

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