曾弟明，龍 昆，邱興勇，劉詩(shī)宇

(有友食品重慶制造有限公司，重慶 402760)

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證生產(chǎn)效率，大型鈷-60工業(yè)輻照裝置需要每年補(bǔ)充12.5%活度的鈷源，同時(shí)需要對(duì)放射源進(jìn)行重新排列，以使輻照箱中產(chǎn)品吸收劑量達(dá)到合理的不均勻度。利用模擬材料進(jìn)行劑量場(chǎng)實(shí)際測(cè)量的過(guò)程較復(fù)雜，因此利用蒙特卡羅程序MCNP5建立空氣參考面模型對(duì)每次排源方案進(jìn)行驗(yàn)證具有很好的參考價(jià)值。單賢芻等[1]提出了判定最佳源棒排列標(biāo)準(zhǔn)；劉江平等[2]利用MCNP程序模擬得到了源架表面附近(10 cm)的劑量分布圖，實(shí)際劑量監(jiān)測(cè)和模擬計(jì)算的結(jié)果相差在15%以下，驗(yàn)證了鈷源在確定排布下的劑量分布效果。

利用MCNP程序?qū)Υ笮凸I(yè)輻照裝置空間劑量場(chǎng)及輻照產(chǎn)品吸收劑量的模擬研究較多，且見(jiàn)于使用點(diǎn)源、線源和體源的形式對(duì)源排布、輻照室空間劑量場(chǎng)分布和輻照產(chǎn)品吸收劑量分布的模擬[3-7]。在使用點(diǎn)源和體源對(duì)比模擬時(shí)，當(dāng)源的體積和活度比較大時(shí)，把體源假設(shè)成點(diǎn)源來(lái)計(jì)算會(huì)存在一定的誤差，所以，想要了解實(shí)際源的劑量分布時(shí)，用體源模擬更加接近實(shí)際[8]。

MCNP模擬計(jì)算效率與模擬參數(shù)有關(guān)，包括記數(shù)方法、記數(shù)柵元尺寸、截止能量以及γ致電子的處理方式等[9]。采用MCNP進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，采取能量沉積計(jì)數(shù)*F6(jerks/g)與乘子FM卡組合使最后輸出結(jié)果為柵元的吸收劑量率，再乘以輻照裝置的主控時(shí)間換算成柵元的吸收劑量，單位為kGy；使用點(diǎn)探測(cè)器計(jì)數(shù)F5(particles/cm2)，并通過(guò)劑量率轉(zhuǎn)換，使模擬點(diǎn)的輸出結(jié)果為吸收劑量，單位為kGy[10]。MCNP輸入文件描述鈷源時(shí)，采用CN-101D型鈷-60密封放射源的圓柱體型體源[11]。鈷源在源架上的分布采用獨(dú)立源模塊為單元，利用LATTICE卡和FILL卡填充真實(shí)的源棒和空氣，實(shí)現(xiàn)源棒的不同位置排布。對(duì)不同源排布方案模擬，只需修改FILL卡內(nèi)的相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)卡中源相關(guān)參數(shù)。

本研究通過(guò)MCNP5程序建立輻照裝置模型，模擬輻照室內(nèi)空氣參考面(即平行于源架且距源的幾何中心平面1 m，面積與源的幾何面積相等的空氣平面)的吸收劑量，并分析其劑量分布以驗(yàn)證源排布方案；再根據(jù)輻照裝置的特點(diǎn)和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分別模擬8對(duì)、16對(duì)、24對(duì)和48對(duì)輻照箱(由于源架兩側(cè)各3排輻照工位且對(duì)稱分布，此處選擇輻照室內(nèi)1排輻照工位、2排輻照工位、3排輻照工位和所有6排輻照工位；每個(gè)工位懸掛兩個(gè)輻照箱)，完成相應(yīng)輻照主控時(shí)間后的產(chǎn)品吸收劑量。從而使產(chǎn)品吸收劑量在達(dá)到合格區(qū)間時(shí)，實(shí)現(xiàn)輻照裝置的懸掛鏈速度和主控時(shí)間的耦合，為實(shí)際工作提供參考。

1 鈷-60輻照裝置

輻照裝置設(shè)計(jì)裝源活度為1.48×1017Bq。輻照室是大體積現(xiàn)澆混凝土屏蔽結(jié)構(gòu)，采用水井貯源方式，人員迷道和貨物進(jìn)出迷道采用迷宮形式。產(chǎn)品輸送系統(tǒng)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸掛鏈。輻照箱采用不銹鋼矩形框架結(jié)構(gòu)，分為上下兩層，規(guī)格為89 cm×155 cm×61 cm。

輻照室內(nèi)源架兩側(cè)分別設(shè)3排，每排8個(gè)工位，總共48個(gè)輻照工位，輻照箱按照相同的時(shí)間從一個(gè)工位移動(dòng)到下一個(gè)工位。輻照箱在輻照室內(nèi)從源架一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)時(shí)進(jìn)行換面，源架南側(cè)輻照箱A面面對(duì)源架，移動(dòng)到北側(cè)時(shí)，B面面對(duì)源架(圖1)。輻照箱在輻照室外通過(guò)換層機(jī)構(gòu)換層。

圖1 產(chǎn)品輸送系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)Fig.1 The moving mechanism of the product transport system

輻照主控時(shí)間由驅(qū)動(dòng)懸掛鏈的電機(jī)的頻率及輻照箱在每個(gè)輻照工位上的時(shí)間共同控制。鈷源架采用獨(dú)立雙板源架結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為304型不銹鋼。單個(gè)板源架尺寸為312.1 cm×232.6 cm×5 cm，包含18個(gè)源模塊，每個(gè)模塊裝鈷源35枚，鈷源孔道630個(gè)。雙板源架共36個(gè)源模塊，鈷源孔道總共1 260個(gè)。輻照采用產(chǎn)品超蓋模式，即上、下兩層輻照箱內(nèi)的產(chǎn)品高度超過(guò)源活性區(qū)域高度。建立模型時(shí)，雙板源架上總共有鈷源232枚，總活度為9.11×1016Bq。

2 MCNP5建模

2.1 屏蔽體模型

所有模型均以雙板鈷源源架在工作位時(shí)的幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)(0 ,0 ,0)，建立笛卡爾直角坐標(biāo)系，平行源架平面方向?yàn)閤軸方向，垂直源架平面方向?yàn)閥軸方向，豎直方向?yàn)閦軸方向。輻照廠房的產(chǎn)品進(jìn)出方位為東向(正x軸方向)，主屏蔽墻厚度為210 cm；西側(cè)主屏蔽墻厚度為220 cm；北側(cè)(正y軸方向)屏蔽墻由兩層構(gòu)成，厚度為80.4 cm和149.4 cm；南側(cè)(負(fù)y軸方向)屏蔽墻由三層構(gòu)成，厚度為77.9、50.1、146.9 cm；屋頂(正z軸方向)厚度為200 cm。輻照室長(zhǎng)2 000 cm，寬1 000 cm。貯源井為“凸”字型結(jié)構(gòu)，井深795 cm。MCNP建立模型時(shí)，忽略懸掛鏈和地下風(fēng)道。Co-60 γ射線輻照裝置模型示于圖2。

2.2 鈷源模型

CN-101D型鈷源棒結(jié)構(gòu)示于圖3。CN-101D型鈷-60密封源由兩個(gè)內(nèi)裝鈷棒(裝有源芯和墊塊)、墊塊和外包殼密封組成，其內(nèi)裝鈷棒為2枚C-186N。整個(gè)放射源外形尺寸Φ11.1 mm×451.4 mm。外包殼和C-186N包殼材料為O22Cr17Ni12Mo2(316 L)不銹鋼。墊塊采用α-Al2O3陶瓷或O22Cr17Ni12Mo2不銹鋼。

根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行近似處理，通過(guò)MCNP建立的鈷源棒柵元模型示于圖4。設(shè)源棒活性區(qū)為材質(zhì)均勻的鈷金屬圓柱體，直徑6.22 mm，高度398.71 mm；加上雙層304型不銹鋼包殼后直徑9.68 mm，高度451 mm。根據(jù)鈷源在源架上的排布，兩根源棒中心之間距離為20 mm，加上外層空氣圓柱后的直徑為20 mm，高度為451 mm。由這三者組成一個(gè)鈷源棒柵元。

a——x-y平面;b——-y-z剖面圖2 Co-60 γ射線輻照裝置3D模型a——x-y plane;b——-y-z sectionFig.2 3D model of the Co-60 γ-ray irradiation facility

圖3 CN-101D型鈷源Fig.3 CN-101D cobalt-60 source rod

圖4 鈷源棒柵元模型Fig.4 The cell model of the Cobalt-60 source rod

2.3 源架模型

雙板源架是“試管架”式結(jié)構(gòu)。沿正x軸方向尺寸為235.6 cm，沿正z軸方向尺寸為320.6 cm。MCNP模擬時(shí)作近似處理，忽略板源架的不銹鋼框架結(jié)構(gòu)。單個(gè)源模塊(源模塊指源架上相同數(shù)量裝源孔道組成的單元)長(zhǎng)70 cm，高45.1 cm，寬5 cm。源模塊在左側(cè)板源架1(定義沿x軸方向，原點(diǎn)左側(cè)板源架為板源架1，原點(diǎn)右側(cè)板源架為板源架2)上從左到右，從下到上編號(hào)1-18；源模塊在右側(cè)板源架2編號(hào)19-36。

以源模塊1為例，其裝有三根鈷源棒，由鈷源棒柵元和空氣柵元構(gòu)成鈷源棒格子?xùn)旁CNPX Visual Editor Version 730X_23z(MCNP繪圖軟件)模擬100 000個(gè)源粒子軌跡歷史后，鈷源模型用深藍(lán)色表示，空氣用淺藍(lán)色表示，不銹鋼用綠色表示，護(hù)源罩用橙色表示，源粒子用紫紅色表示，示于圖5。

a——剖面；b——平面圖5 板源架1源模塊1柵元模型a——Section；b——PlaneFig.5 The cell model of module 1 of the Cobalt-60 source rack 1

2.4 輻照產(chǎn)品模型

忽略輻照箱的框架結(jié)構(gòu)，只考慮輻照箱底厚0.25 cm的304型不銹鋼底盤。兩個(gè)輻照箱內(nèi)的輻照產(chǎn)品在正x軸方向上距離為17 cm，輻照產(chǎn)品與板源架在正y軸方向上距離為31.5 cm，兩個(gè)輻照箱內(nèi)輻照產(chǎn)品之間在正z軸方向上距離為22 cm。輻照箱在輻照室內(nèi)的積放工位分布為上下兩層，各6排，每排8個(gè)工位，共96個(gè)輻照工位。每個(gè)輻照箱內(nèi)裝輻照產(chǎn)品9層，每層4件，編號(hào)為1#、2#、3#和4#，共36件產(chǎn)品，示于圖6。

根據(jù)產(chǎn)品種類，選擇具有代表性的180 g泡鳳爪(山椒味)產(chǎn)品作為模擬輻照對(duì)象。每件產(chǎn)品的包裝規(guī)格為長(zhǎng)44.5 cm，寬27.5 cm，高17 cm，單袋產(chǎn)品重量為180 g，一件含有40袋，一個(gè)輻照箱裝36件。產(chǎn)品僅考慮雞爪成分，容重取平均值為0.33 g/cm3。MCNP模擬時(shí)忽略每袋產(chǎn)品的塑料包裝，每件產(chǎn)品的瓦楞紙包裝材料取厚度為0.25 cm。

2.5 空氣參考面模型

沿正y軸方向上，距板源架100 cm處，取平行于板源架平面的空氣參考面，規(guī)格為長(zhǎng)470 cm，寬310 cm，厚度5 cm。把整個(gè)空氣參考面分成5 cm×5 cm×5 cm的矩形格子，共5 828個(gè)，示于圖7。在不考慮有輻照產(chǎn)品的情況下，對(duì)這些矩形格子采取*F6的計(jì)數(shù)方式進(jìn)行模擬，計(jì)算空氣的吸收劑量率，以驗(yàn)證排源方案的合理性。

a——平面；b——剖面圖6 輻照產(chǎn)品模型a——Plane；b——SectionFig.6 The model of the irradiated products

圖7 空氣參考面模型Fig.7 Air reference surface model

3 MCNP輸入文件

鈷-60源主要是βˉ衰變并釋放兩個(gè)γ光子，能量分別為1.17 MeV和1.33 MeV，概率近似為1∶1。MCNP輸入文件采用Mode P模式(僅考慮光子輸運(yùn))。鈷源棒為各向同性的圓柱體源，半徑為0.311 cm，高為39.871 cm。源的信息卡中，源模塊由分布D描述，每個(gè)分布的概率為模塊上源的總活度，源棒也由分布D描述，其概率為源棒的活度，MCNP會(huì)歸一化處理。

MCNP計(jì)數(shù)選擇F5和*F6。對(duì)輻照產(chǎn)品和空氣參考面柵元采用*F6計(jì)數(shù)(jerks/g)，對(duì)B3劑量計(jì)位置采用F5計(jì)數(shù)(particles/cm2)。

截面庫(kù)文件采用MCNP自帶的ENDF/B-VI.8(評(píng)價(jià)核數(shù)據(jù)庫(kù)第8版)。問(wèn)題截?cái)嗖捎肗PS歷史截?cái)嗫?，輸運(yùn)的歷史數(shù)目為10 000 000，即模擬源發(fā)射10 000 000個(gè)粒子后程序結(jié)束。

4 結(jié)果與討論

4.1 空氣參考面模型

只考慮空氣參考面模型時(shí)，MCNP輸出文件的波動(dòng)圖表箱結(jié)果均通過(guò)10項(xiàng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和所有的誤差檢驗(yàn)，5 828個(gè)計(jì)數(shù)箱的相對(duì)誤差均小于1%。對(duì)應(yīng)圖7各個(gè)空氣矩形格子的劑量率(Gy/h)繪制等高線圖，*F6計(jì)數(shù)結(jié)果示于圖8。由圖8結(jié)果可知，左側(cè)板源架1比右側(cè)板源架2的中間區(qū)域劑量率略高，左側(cè)板源架1下部的劑量率比左側(cè)板源架1上部的值略高。*F6計(jì)數(shù)結(jié)果變化規(guī)律整體符合板源架中間劑量率高，四周劑量率逐漸降低的規(guī)律, 整體近似一圓簇線，具有較好的均勻性和對(duì)稱性效果。

4.2 MCNP5模擬結(jié)果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.2.1GEX測(cè)量結(jié)果 采用GEX的B3劑量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)裝源后輻照產(chǎn)品進(jìn)行8次劑量測(cè)量。正常生產(chǎn)時(shí)，B3劑量計(jì)安放在第1層、第5層和第9層靠近輻照箱左側(cè)位置的產(chǎn)品包裝外側(cè)，即2#和4#位置產(chǎn)品之間，編號(hào)為a、b和c，示于圖9。GEX劑量計(jì)測(cè)量結(jié)果列于表1。

4.2.2結(jié)果對(duì)比 使用MCNP的F5計(jì)數(shù)模擬結(jié)果驗(yàn)證B3劑量計(jì)位置的劑量值，求得實(shí)測(cè)值對(duì)MCNP模擬值的平均修正系數(shù)。

圖8 空氣參考面模型*F6計(jì)數(shù)結(jié)果Fig.8 *F6 tally for the air reference surface model

圖9 B3劑量計(jì)布置位置及編號(hào)Fig.9 Location and number of the B3 dosimeter

60Co是能夠得到的接近單能光子能譜的放射源(光子平均能量1.25 MeV)，60Co輻照的吸收劑量測(cè)量條件近似滿足帶電粒子平衡。在同一輻照條件下，不同材料的吸收劑量不同，由空氣的MCNP模擬吸收劑量值計(jì)算B3薄膜劑量計(jì)的模擬吸收劑量值可使用射線質(zhì)量能量吸收系數(shù)比值法[12]。

D2=[(μen/ρ)2/(μen/ρ)1]·D1

(1)

式中：D2為B3劑量計(jì)吸收劑量，kGy；(μen/ρ)2為PVB(聚乙烯醇縮丁醛，polyvinyl butyral，C14H18ClN3S)的質(zhì)量能量吸收系數(shù)；(μen/ρ)1為空氣的質(zhì)量能量吸收系數(shù)；D1為MCNP模擬空氣吸收劑量，kGy。

通過(guò)插值法得到空氣的質(zhì)量能量吸收系數(shù)(μen/ρ)1=2.660×10-3(m2/kg)(密度ρ=1.205×10-6kg/m3，溫度T=20 ℃，壓強(qiáng)P=760 mmHg)[13]。

如果吸收體為化合物或均勻混合物，其質(zhì)量能量吸收系數(shù)μen/ρ可根據(jù)組成該物質(zhì)各元素的重量百分比近似估算：

表1 GEX測(cè)量結(jié)果Table 1 GEX measuring results

(2)

式中，μen/ρ為化合物或均勻混合物的質(zhì)量能量吸收系數(shù)，ωi為第i種元素的重量百分比，μi/ρi為第i種元素的質(zhì)量能量吸收系數(shù)。

B3劑量計(jì)主要材質(zhì)為PVB(C14H18ClN3S)。在γ射線能量為1.25 MeV時(shí)，通過(guò)插值法得到各元素的質(zhì)量能量吸收系數(shù)，分別為：μen/ρC=2.670×10-3(m2/kg)，μen/ρH=5.315×10-3(m2/kg)，μen/ρCl=2.550×10-3(m2/kg)，μen/ρN=2.670×10-3(m2/kg)，μen/ρs=2.655×10-3(m2/kg)[14]。

B3劑量計(jì)的質(zhì)量能量吸收系數(shù)可近似為PVB的質(zhì)量能量吸收系數(shù)，(μen/ρ)2通過(guò)公式(2)得出：

(2.655×10-3)=2.815×10-3(m2/kg)

(3)

圖10 F5模擬值與B3測(cè)量平均值Fig.10 F5 simulated value and B3 measured average value

通過(guò)公式(1)求得B3劑量計(jì)模擬吸收劑量值。下層輻照箱10 Hz速度(即驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率10 Hz對(duì)應(yīng)的懸掛鏈速度，簡(jiǎn)稱10 Hz速度，下文類似)加上層輻照箱18 Hz速度的情況下，對(duì)比結(jié)果示于圖10。通過(guò)F5計(jì)數(shù)模擬測(cè)量點(diǎn)空氣的吸收劑量值計(jì)算B3薄膜劑量計(jì)位置的模擬值，模擬計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)誤差控制在5%以內(nèi)，各層位置的吸收劑量比實(shí)測(cè)值略高。計(jì)算模擬值相對(duì)實(shí)測(cè)值的整體平均相對(duì)偏差為+30.84%，該值作為MCNP模型模擬結(jié)果的修正比例值。

4.3 48對(duì)輻照箱模型

正常生產(chǎn)時(shí)，輻照室內(nèi)48個(gè)工位的輻照箱均裝滿產(chǎn)品。根據(jù)MCNP對(duì)重復(fù)結(jié)構(gòu)柵元的計(jì)數(shù)規(guī)則，對(duì)每層產(chǎn)品的計(jì)數(shù)指針(-1 -1 -8)(計(jì)數(shù)指針僅指計(jì)數(shù)格子?xùn)旁奈恢?編號(hào)為1#、計(jì)數(shù)指針(0 -1 -8)編號(hào)為2#、計(jì)數(shù)指針(-1 0 -8)編號(hào)為3#和計(jì)數(shù)指針(0 0 -8)編號(hào)為4#，從下到上每層編號(hào)為第1層到第9層，輻照產(chǎn)品分布示于圖11。

圖11 輻照產(chǎn)品分布Fig.11 Distribution of irradiated products

MCNP模擬每層每個(gè)位置上整件產(chǎn)品的平均吸收劑量，模擬計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)誤差均控制在5%以內(nèi)。根據(jù)B3劑量計(jì)布置的位置特點(diǎn)，*F6計(jì)數(shù)取第1層、第5層和第9層的2#和4#位置產(chǎn)品的平均吸收劑量值作為對(duì)比值。

根據(jù)輻照產(chǎn)品吸收劑量的要求，正常生產(chǎn)時(shí)采用運(yùn)行一圈10 Hz速度，換層后再運(yùn)行一圈18 Hz速度，輻照周期為2.71 h和1.51 h。經(jīng)過(guò)48個(gè)工位(不考慮輻照室內(nèi)鏈條轉(zhuǎn)彎處的4個(gè)工位)后，每個(gè)輻照箱在每個(gè)工位上的時(shí)間分別為0.052 12 h和0.029 04 h。每個(gè)輻照箱內(nèi)各個(gè)相同位置產(chǎn)品的吸收劑量相加得到經(jīng)過(guò)完整的輻照周期后各個(gè)位置的吸收劑量值。

下層輻照箱經(jīng)過(guò)10 Hz速度后，再換層到上層經(jīng)過(guò)18 Hz速度輻照后，得到一個(gè)輻照箱經(jīng)歷完整輻照周期的吸收劑量，修正后各值列于表2。

表2 下層10 Hz加上層18 Hz的*F6計(jì)數(shù)結(jié)果Table 2 *F6 tally result of the lower 10 Hz plus the upper 18 Hz

上層輻照箱經(jīng)過(guò)10 Hz速度后，再換層到下層經(jīng)過(guò)18 Hz速度照射后，得到一個(gè)輻照箱經(jīng)歷完整輻照周期的吸收劑量，修正后各值列于表3。

表3 上層10 Hz加上下層18 Hz的*F6計(jì)數(shù)結(jié)果Table 3 *F6 tally result of the upper 10 Hz plus the lower 18 Hz

在10 Hz速度下，輻照時(shí)間長(zhǎng)，輻照產(chǎn)品吸收劑量比18 Hz速度下各個(gè)位置的值略大；下層10 Hz速度加上層18 Hz速度的計(jì)數(shù)結(jié)果表明輻照箱上部產(chǎn)品的吸收劑量略大，而上層10 Hz速度加下層18 Hz速度的計(jì)數(shù)結(jié)果與前者相反。

根據(jù)B3劑量計(jì)位置特點(diǎn)，取每個(gè)輻照箱第1層、第5層和第9層的2#和4#位置輻照產(chǎn)品的平均吸收劑量與實(shí)測(cè)吸收劑量平均值對(duì)比，對(duì)比結(jié)果示于圖12。由圖12結(jié)果可知，正常工況下，48對(duì)輻照箱中各位置的模擬值與實(shí)測(cè)值有較好的符合，前者比后者略小，平均相對(duì)偏差小于10%。

圖12 48對(duì)輻照箱的*F6模擬值與B3測(cè)量平均值Fig.12 *F6 simulated value and B3 measured average value of the 48 totes

4.4 8對(duì)、16對(duì)和24對(duì)輻照箱模型

正常工況下，輻照室內(nèi)輻照箱占滿所有輻照工位。在輻照箱沒(méi)有占滿工位的情況下，部分輻照箱前或后有空的輻照工位，若按照正常工況設(shè)置運(yùn)行參數(shù)和輻照參數(shù)，那么產(chǎn)品的吸收劑量會(huì)出現(xiàn)不同情況。模擬計(jì)算8對(duì)、16對(duì)和24對(duì)輻照箱工況下的產(chǎn)品吸收劑量，以獲得合理的鏈速使輻照產(chǎn)品吸收劑量在合理區(qū)間。

4.4.18對(duì)、16對(duì)和24對(duì)輻照箱模擬結(jié)果 8對(duì)、16對(duì)和24對(duì)輻照箱經(jīng)歷輻照后，得出單個(gè)輻照箱的各個(gè)位置的平均吸收劑量。把48對(duì)輻照箱完成一個(gè)輻照周期4.22 h后，單個(gè)輻照箱的模擬值作為正常工況下產(chǎn)品的吸收劑量參考值。在相同的輻照工藝和其他條件不變的情況下進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖13。

各工況下單箱的模擬結(jié)果表明，從第1層到第9層各位置的值，8箱、16箱與48箱相比，8箱、16箱吸收劑量大于48箱吸收劑量，平均相對(duì)偏差分別約為+39.09%和+27.52%；24箱與48箱相比，24箱吸收劑量略小于48箱吸收劑量，平均相對(duì)偏差約為-2.85%。

4.4.28對(duì)、16對(duì)和24對(duì)輻照箱模擬各頻率結(jié)果 為了比較準(zhǔn)確的估算8對(duì)、16對(duì)和24對(duì)輻照箱工況下的產(chǎn)品吸收劑量，耦合懸掛鏈速和主控時(shí)間在合理區(qū)間，分別模擬上述3種裝箱模式在各頻率運(yùn)行參數(shù)下的結(jié)果。

圖13 8對(duì)、16對(duì)、24對(duì)與48對(duì)輻照箱模擬值Fig.13 Simulated values of 8 totes、16 totes、24 totes and 48 totes

輻照裝置的運(yùn)行鏈速和主控時(shí)間列于表4。

表4 運(yùn)行參數(shù)Table 4 Process parameters

考慮懸掛鏈的運(yùn)行速度，工人裝卸貨速度，以及生產(chǎn)效率等因素，擬定換層后鏈速18 Hz速度不變，僅調(diào)整第一圈懸掛鏈的運(yùn)行速度。

對(duì)每種運(yùn)行頻率進(jìn)行模擬。對(duì)于8對(duì)輻照箱工況，采取下層輻照箱經(jīng)過(guò)18 Hz速度后，再換層到上層經(jīng)過(guò)18 Hz速度；對(duì)于16對(duì)輻照箱工況，取下層輻照箱經(jīng)過(guò)14 Hz速度后，再換層到上層經(jīng)過(guò)18 Hz速度；對(duì)于24對(duì)輻照箱工況與48對(duì)輻照箱工況相同，在下層輻照箱經(jīng)過(guò)10 Hz速度后，再換層到上層經(jīng)過(guò)18 Hz速度。結(jié)果見(jiàn)圖14。

圖14 8對(duì)、16對(duì)和24對(duì)輻照箱修正模擬值與48對(duì)輻照箱模擬值Fig.14 Modified simulated value of 8 totes, 16 totes and 24 totes and simulated value of 48 totes

經(jīng)過(guò)上述方式調(diào)整后，各位置的值相近。8對(duì)箱與48對(duì)箱平均相對(duì)偏差為-0.18%，16對(duì)箱與48對(duì)箱平均相對(duì)偏差為4.45%，24對(duì)箱與48對(duì)箱平均相對(duì)偏差為-2.85%。所有工況下，單輻照箱的產(chǎn)品與48箱正常工況下的產(chǎn)品的吸收劑量值的平均相對(duì)偏差均小于10%。因此，可以認(rèn)為上述運(yùn)行模式能滿足不同數(shù)量輻照箱進(jìn)入輻照室進(jìn)行輻照的實(shí)際生產(chǎn)要求，保證產(chǎn)品吸收劑量在合理的區(qū)間內(nèi)。

5 結(jié)論

對(duì)于同一輻照裝置，采取合適的MCNP編程方法對(duì)重復(fù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，在輻照室屏蔽體、產(chǎn)品及裝置相關(guān)結(jié)構(gòu)不變的情況下，只修改源位置、活度和源數(shù)量信息即可實(shí)現(xiàn)不同排源方案的模擬，可節(jié)約多次編程的時(shí)間。

空氣參考面模擬結(jié)果表明，*F6計(jì)數(shù)結(jié)果變化整體符合源架中間劑量率高，四周劑量率逐漸降低的規(guī)律，整體近似一圓簇線，具有較好的均勻性和對(duì)稱性。左側(cè)源架比右側(cè)源架的中間部位劑量率略高，左側(cè)源架下部的劑量率比上部的值略高。建議左側(cè)源架下部的高活度源棒與右側(cè)源架相應(yīng)低活度的源棒適當(dāng)調(diào)換位置。

MCNP5模擬結(jié)果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，通過(guò)F5計(jì)數(shù)模擬測(cè)量點(diǎn)空氣的吸收劑量計(jì)算B3薄膜劑量計(jì)位置的模擬值，各層位置的吸收劑量比實(shí)測(cè)值高。計(jì)算模擬值相對(duì)實(shí)測(cè)值的整體平均相對(duì)偏差為+30.84%，此值作為MCNP模型模擬結(jié)果的修正比例值。

48對(duì)輻照箱的模擬結(jié)果表明，MCNP建立的輻照裝置模型正確。*F6計(jì)數(shù)各值的變化規(guī)律符合該輻照裝置輻照產(chǎn)品吸收劑量的變化規(guī)律。經(jīng)歷兩個(gè)輻照周期后，上、下層單箱內(nèi)的產(chǎn)品在高度方向不均勻度符合相關(guān)要求，變化規(guī)律符合該輻照裝置的特性。同時(shí)，排源為中間高，四周逐漸降低的規(guī)律。在正常的生產(chǎn)工況下，輻照室內(nèi)48個(gè)輻照工位均占滿輻照箱，輻照箱中每個(gè)位置產(chǎn)品的累積吸收劑量是所有輻照工位上各輻照箱中相同位置產(chǎn)品的吸收劑量之和。模擬值與實(shí)測(cè)值符合較好，前者比后者略小，平均相對(duì)偏差小于10%。

考慮懸掛鏈的運(yùn)行速度，裝卸貨速度，以及生產(chǎn)效率等因素，8對(duì)箱工況采取18 Hz加上18 Hz速度；16對(duì)箱工況采取14 Hz加上18 Hz速度；24對(duì)箱與48對(duì)輻照箱運(yùn)行參數(shù)一致，采取10 Hz加上18 Hz速度。8對(duì)、16對(duì)、24對(duì)輻照箱的模擬結(jié)果表明，8對(duì)箱、16對(duì)箱、24對(duì)箱與48對(duì)箱平均相對(duì)偏差分別為-0.18%、4.45%、-2.85%，表明上述運(yùn)行模式能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，保證產(chǎn)品吸收劑量在合理的區(qū)間內(nèi)。