乏燃料桶外部剂量的MCNP分析

　　随着我国核工业的发展,放射性物质和裂变物质的运输数量和种类日趋增多,乏燃料的运输和贮存[2,3]也已提上了日程,为此,世界许多国家几乎毫无例外地按照IAEA《放射性物质安全运输规程》[4]及本国的有关规定设计乏燃料运输容器并对运输容器进行各种可能事故状态下的试验。容器在设计定型前要经过坠落、冲击、耐火、浸渍等一系列试验和检验,以确保临界安全和放射性泄漏低于标定标准[5],一般容器除了上下锻件剂量率较高外,在冷却坑内打开外盖后,暴露出的内盖剂量率水平最高,较高的剂量率必然会给工作人员带来较大的辐射安全风险,而在冷却坑内操作乏燃料运输贮存容器存在较大的表面污染和污染扩散的风险,因此用蒙特卡罗方法模拟出乏燃料桶外部剂量率,可以在一定程度上反映出内部源的密封性及有无破损组件等情况,对工作人员确定乏燃料桶外部剂量有一定的参考意义。

　　1　对象和方法

　　1·1　通用乏燃料桶

　　西屋MC-10乏燃料桶有5米长,直径为2.2米,碳钢内壳和聚乙烯外壳将分别提供γ和中子屏蔽。在桶侧面和底部的内碳钢壳的厚度大概为30cm,在桶顶部的γ屏蔽层厚度大概为32cm,在同侧面和底部中子屏蔽层的厚度为9cm,如图1所示。桶是用来装配有相同几何形状、材料组成和放射源的乏燃料组件。在轴方向,每个乏燃料组件有4个不同空间区域:底部配件区域,活化燃料区域,不锈钢压力盖和顶部配件区域。顶部和底部配件区域的组成元素为Ni,Cr,Co,Mo,Nb,Ti,Al,Mn,Si,P,Fe,Cu。活化燃料区域的组成元素为Ni,Cr,Co,Mo,Nb,Ti,Al,Mn,Si,P,Fe,Cu,O,B,Be,U-234,U-235,U-236,U-238,不锈钢压力盖组成元素为Ni,Cr,Co,Mo,Nb,Ti,Al,Mn,Si,C,O,Be,B。乏燃料组件包括一个在活化燃料区域裂变-产生的γ源,在下部和上部区域的中子活化γ源和在活化燃料区域产生的中子源,中子源主要是在中子活化不锈钢中的活化燃料区域产生的中子源,中子源主要是由于中子活化不锈钢中的50Co混合物,使之产生60Co。辐射源由乏燃料的特征比如物理参数、铀的含量和富集度、燃耗和冷却时间来决定。MC-10横剖面如图2所示。

　　对于存储桶,有W型,R型,N型几种不同的乏燃料组件类型,桶装配24个压水堆乏燃料组件[6],它由可以屏蔽γ的低合金铸钢体组成。如图3所示。

　　1·2　程序的设计思想

　　相对现在一般通用的乏燃料桶当中,本次研究的对象仅是乏燃料桶中间部位,对上下减震块和顶部底部的固定螺栓省去了,但是这样对研究的目的并没有影响,一是因为在乏燃料桶干湿法卸料过程中,减震块是要卸去的,二是如果加上,对结果造成影响较小,图4是程序YZ剖面图。中间为乏燃料桶,周围为所设置的网格,在网格设置过程中,发现栅格大小及栅格内所填充物质的半径必须小心设置,过大或过小都会造成误差的明显增大,在此次研究中，经过对比,基本栅格边长设为10cm,,通过修改它可以改变网格栅元的大小,栅格内填充物体半径设为15cm,,因为基于网格内填充的物体,必须比栅格略大。