10 6量级 252Cf自发裂变中子源用屏蔽操作柜设计

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2024年5月27日发(作者：)

维普资讯

第２９卷　第５期　

核动力工程　

Ｖｌ０１．２９．ＮＯ．５　

２　０　０　８　

年ｌ０月　

Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

０ｃｔ．２　０　Ｏ　８　

文章编号：０２５８－０９２６（２００８）０５－０　ｌｌ４－Ｏ３　

１　Ｏ６量级２５２Ｃｆ自发裂变中子源用屏蔽操作柜设计　

金宇，李建胜，张震，周浩军，蒋聪明，宋凌莉　

（中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳，６２１９００）　

摘要：描述了１０　量级　ｃｆ自发裂变中子源用屏蔽操作柜的研制情况。介绍了该屏蔽操作柜的设计原则、　

设计考虑、屏蔽计算和屏蔽材料的选择。并用小强度源实际测量屏蔽操作柜性能。研制的屏蔽操作柜材料从　

外到内为不锈钢外壳（２ｍｍ）、聚乙烯（１５０ｍｍ）、不锈钢内壁（２０ｍｍ）。在操作者操作位置处中子屏蔽达到９倍，　

Ｙ屏蔽达到近３倍。结果表明该屏蔽操作柜能满足操作人员实际操作需要和所受剂量限值要求。　

关键词：　Ｃｆ；屏蔽材料；中子；操作柜　

中图分类号：ＴＬ７７　文献标识码：Ａ　

１　引　言　

也应具有屏蔽效果。使操作人员胸部所受剂量低　

一

般来说，手套箱是用于操作Ｐｕ等放射性物　

于国家限值。　

质或其他有毒物质装有操作用手套的一种密封箱　

式设备。为满足进行源强为ｌ０。量级巧　Ｃｆ自发裂　

３屏蔽操作柜设计　

变中子源的操作需要，设计制作了一个专用屏蔽　

３．１功能设计　

操作柜。屏蔽操作柜是一种类似于手套箱的操作　

操作柜内安装摄像头并朝向操作者，显示屏　

柜，但不同于一般的手套箱。该屏蔽操作柜具有　

置于屏蔽操作柜顶部或旁边的简易操作台。操作　

屏蔽中子和ｙ射线功能，有摄像头外加显示屏显　

人员通过显示屏观察对巧　Ｃｆ中子源的操作。　

示等设备。为满足特殊用途，还要求配备添加液　

在箱体的侧面开孔，接入含密封开关的金属　

氮的装置。本文就ｌ０　量级　Ｃｆ自发裂变中子源　

漏斗；通过密封开关控制液氮加入的速度和量度。　

用屏蔽操作柜的设计原则、整体设计、屏蔽性能　

操作柜顶部设有进／排风口，并在排风口设置　

等进行了介绍。　

高效过滤器。　

操作柜顶设置便于更换灯泡的照明设施，使　

２用户要求　

操作柜内有足够亮度。　

２．１　操作功能　

为防止手套口手套扯出，且便于更换，在手　

屏蔽操作柜应具备：①操作者在眼睛不直接　

套孔道不锈钢管上设有两道沟槽。使用时，手套　

正视　ｃｆ中子源情况下能对　ｃｆ中子源进行精　

放人手套孔内，将手套根部外翻套在手套孑Ｌ道不　

细操作；②在使用中要维持一定的负压；③具有　

锈钢管上，并用两个橡皮圈将其固定牢靠。　

排风的功能；④操作柜内需引入少量液氮，既要　

操作者采用坐式操作，设计时留有足够的腿　

保证加入液氮的速度，又要满足确知液氮加入量　

部放置空间。手套孑Ｌ间距４５　ｃｍ，手套孔直径为　

度要求。　

２２　ｃｍ，人员操作方便。　

２．２辐射防护要求　

设计后的屏蔽操作柜外观如图ｌ。屏蔽操作　

以操作者与源的距离为０＿３　ｍ，操作　ｃｆ中　

柜的正面开有两个圆口，口上安装氯丁橡胶手套；　

子源ｌ　ｈ计，操作者受到的中子剂量为１０７　Ｓｖ，　

操作柜左侧留有防辐射玻璃观察窗，平时用聚乙　

Ｙ剂量为６．６３　ｓｖ。在操作位置处，中子屏蔽效果　

烯板将其封住。为方便取放　ｃｆ中子源等物品，　

要求达到未采用屏蔽措施时９倍以上。对ｙ射线　

操作柜右侧有带屏蔽的１５ｃｍ￣１５ｃｍ方孔。　

收稿日期：２００８－０６・３０；修回日期：２００８—０９－０５　

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金宇等：ｌＯ　量级　Ｃｆ自发裂变中子源用屏蔽操作柜设计　

（图２）。将该源放人事先准备好的纸箱上（源距地　

面约３０　ｃｍ），再用上述仪器对事先确定的各点　

（各点距源的距离与屏蔽操作柜监测点距源的距　

离相同）进行监测ｏ２５２Ｃｆ￣蔽操作柜中子屏蔽性能　

测量结果见表ｌ；　Ｃｆ屏蔽操作柜１，屏蔽性能测　

量结果见表２。　

图１屏蔽操作柜外观图　

Ｆｉｇ．１　Ａｐｐｅｒａｎｃｅ　Ｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｈｉｅｌｄｅｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｕｐｂｏａｒｄ　

为便于向柜内添置液氮，操作柜右侧上方设　

计有孔道。在操作柜外右侧上方设含密封开关的　

金属漏斗。　

．

Ｄ　

屏蔽操作柜外右边设有简易操作台，用于放　

．

Ｅ　

置视频输出转换器、云台控制器等其他实验用品。　

图２屏蔽操作柜屏蔽性能检验布点示意图　

３．２屏蔽材料的选择　

Ｆｉｇ．２　Ｔｅｓｔｅｄ　Ｐｏｉｎｔｓ　ｉｎ　Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｔｅｓｔ　

依据中子与物质的相互作用，选择材料时，　

ｆｏｒ　Ｓｈｉｅｌｄｅｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｕｐｂｏａｒｄ　

Ａ——操作人员胸部位置；王｝＇—－力Ⅱ液氮位置；Ｃ＿——有手套　

用蒙特卡罗程序（ＭＣＮＰ）计算了直射和采用屏蔽　

入口的边缘；Ｄ、Ｅ＿—协作人员胸部位置；Ｆｌ＿一观察窗窗口　

时，距离源强为１ｘ１０　Ｓ　的　Ｃｆ源０．４５　ｍ处的　

核辐射剂量当量。测量结果表明，在不加屏蔽、　

表ｌ屏蔽操作柜中子屏蔽性能测量结果。ｔｔＳｖ／ｈ　

徒手操作１×１０　ｓ　５　Ｃｆ中子源时，人体受到的剂　

Ｔａｂｌｅ　ｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｄ　Ｒｅｓｕｌｓｔ　ｆｏｒ　Ｎｅｕｔｒｏｎ　Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　

Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｈｉｅｌｄｅｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　

量当量率为４８．８￣Ｓｖ／ｈ；采用１５　ｃｍ含硼聚乙烯材　

Ｃｕｐｂｏａｒｄ＇　ｐＳｖ／ｈ　

料屏蔽时剂量当量率减到４．４５￣ｔＳｖ／ｈ；采用１５　ｃｍ　

仪器型号　仪器本底　测量位置　未屏蔽　屏蔽后　

普通聚乙烯材料屏蔽时，剂量当量率减到　

测量前　测量后　测量值　测量值　

４．９　ｐＳｖ／ｈ。模型没有考虑Ｙ射线的屏蔽，对于巧　Ｃｆ　

Ａ　２．８　Ｏ．４　

Ｃ　ｌ－３　１．１　

中子源，Ｙ剂量约是中子剂量的６％，约３　ｇＳｖ。　

Ｆ　０．９　

文献【ｌ】提供了聚乙烯材料对能量为２　ＭｅＶ、　

ＢＨ３１０５　Ｏ．１　Ｏ．１　

Ｂ　０．５　Ｏ．２　

３　ＭｅＶ的中子的屏蔽数据。对平均能量为２．３４８　

Ｄ　Ｏ．４　０．１　

ＭｅＶ的巧　ｃｆ中子源，６英寸（约１５　ｃｍ）厚度的聚　

Ｅ　Ｏ．２　０．１　

乙烯材料的屏蔽效果已达一个量级。用１５０　ｍｉｌｌ　

注：①表中测量结果未扣除仪器本底　

厚的聚乙烯材料就能满足辐射防护。　

表２屏蔽操作柜ｙ屏蔽性能测量结果　ｎＧｙ／ｈ　

考虑到屏蔽操作柜空间及载重的限制，丫射　

Ｔａｂｌｅ　２　Ｍｅａｓｕｒｅｄ　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆｒ丫Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　

线用２０　ｍｍ不锈钢（兼作结构材料）ＩＩ可屏蔽。　

Ｐｅｒｆｏｒｍａｎ

ｃｅ　ｏｆ　Ｓｈｉｅｌｄｅｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　

Ｃｕｐｂｏａｒｄ　ｎＧｙ／ｈ　

操作柜外壳为２　ｍｍ厚不锈钢。　

仪器型号　仪器本底　测量位置　未屏蔽　屏蔽后　

测量前　测量后　测量值　测量值　

４屏蔽操作柜屏蔽性能检测　

Ａ　２６７　１６５　

在完成屏蔽操作柜安装调试后，屏蔽操作柜　

Ｃ　ｌ７７　１６１　

屏蔽性能能否满足实际操作要求是最为关心的问　

ＢＨ３１０３Ａ　ｌｏ９　ｌ１１　

Ｆ　１２４　

Ｂ　１２８　ｌ２Ｏ　

题。为此用裂变率为５　０００　Ｓ　的　ｃｆ中子源检测　

Ｄ　Ｉｌ９　ｌ１Ｏ　

屏蔽操作柜屏蔽性能。　

Ｅ　ｌ１７　ｌ０９　

将Ｄ　ｃｆ中子源放人屏蔽操作柜Ｏ点，用国　

注：①表中测量结果未扣除仪器本底　

产ＢＨ３　１０５中子剂量当量仪和ＢＨ３　１０３Ａ便携式　

由表２可知，操作人员胸部位置Ａ点（距源约　

ｘ．Ｙ剂量率仪，对屏蔽操作柜外各点进行监测　

Ｏ．３　ｍ），未屏蔽与屏蔽后测量值扣除仪器本底后　

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ｌ１６　核动力工程　Ｖｏ１．２９．Ｎｏ．５．２００８　

结果相差９倍，几乎降低了一个数量级；加液氮　屏蔽操作柜设计满足预先设计要求。　

（Ｂ点）处未屏蔽与屏蔽后的测量值扣除仪器本底　

后，结果相差４倍；屏蔽操作柜外Ｄ点（距源约　

５结论　‘　

１６０　ｃｍ）、Ｅ点（距源约２５０　ｃｍ）处（即协作人员胸部　

（１）以１５０　Ｉ／Ｌ１ＴＩ厚聚乙烯材料作为屏蔽中子材　

位置）屏蔽后测量值与仪器本底无差异。操作人员　

料制成的屏蔽操作柜完全能满足用户要求。　

胸部位置未屏蔽与屏蔽后测量值扣除仪器本底后　

（２）屏蔽材料从外到内为不锈钢外壳（２　ｍｉｌ１）、　

结果相差接近３倍；屏蔽后，加液氮位置处、屏　

聚乙烯（１５０　ｍ／Ｉ１）、不锈钢内壁（２０　ｍｍ）制作的屏蔽　

蔽操作柜外距源１　６０　ｃｍ、２５０　ｃｍ处与仪器本底无　

操作柜能减少操作人员所受剂量，达到了预先设　

明显差异。　

计要求　

通过上述对屏蔽操作柜屏蔽性能进行检测，　

参考文献：　

在操作者操作位置处（距源约０－３　ｍ）中子屏蔽达到　

【１】冷瑞平，谢建伦．中子辐射的防护［Ｍ】．北京：原子能　

９倍，几乎降低了一个数量级，Ｙ屏蔽达到近３倍，　

出版社，１９８１，１２８～１２９．　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｈｉｅｌｄｅｄ　０ｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｕｐｂｏａｒｄ　ｆｏｒ　１　０ｏ　

ｚＣｆ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｆｉｓｓｉｏｎ　Ｎｅｕｔｒｏｎ　Ｓｏｕｒｃｅ　

ＪＩＮ　Ｙｕ，ＬＩ　Ｊｉａｎ—ｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ　ｚｈｅｎ，ＺＨＯＵ　Ｈａｏ－ｊｕｎ，　

ＪＩＡＮＧ　Ｃｏｎｇ－ｍｉｎｇ，ＳＯＮＧ　Ｌｉｎｇ—ｌｉ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＮｕｃｌｅａｒ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｓ￣，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ．６２１９００，ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｐｂｏａｒｄ　ｆｏｒ　１０￣　‘Ｃｆ　

ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　ｉｆｓｓｉｏｎ　ｎｅｕｔｒｏｎ　ｓｏｕｒｃｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　

ｃｈｏｉｃｅ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｆｒ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｐｂｏａｒｄ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆｒ　ｈｔｅ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　

ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｐｂｏａｒｄ　ｉＳ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｌＯＷ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｓｏｕｒｃｅ．Ｓｈｅｉｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉｒａｌ　ｏｕｔｓｉｄｅ／ｉｎｓｉｄｅ　ｏｆ　

ｔｈｅ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｐｂｏａｒｄ　ｉｓ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｌｌ（２　ｍｍ），ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（１　５０　ｍｍ），ａｎｄ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｗａｌｌ　

（２０　ｍｍ）．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｆｏｒ　ｎｅｕｔｒｏｎ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｒｅａｃｈｅｓ　９　ｔｉｍｅｓ，ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｆｏｒ　Ｇａｍｍａ　ｒａｙ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｎｅａｒ　３　

ｔｉｍｅｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｏｐｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｓｔ　ｓｈｏｗ　ｈｔａｔ　ｔｈｅ　ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｕｐｂｏａｒｄ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　

ｎｅｅｄｓ　ｏｆｒ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｏｓｅ　ｌｉｍｉｔ　ｖａｌｕｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｎ　ｈｔｅ　ｏｐｅｒａｔｏｒ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｃｆ，Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｎｅｕｔｒｏｎ，Ｓｈｉｅｌｄｅｄ　ｏｐｅｒｔａｉｏｎ　ｃｕｐｂｏａｒｄ　

作者简介：　

金宇（１９６９一），　

男，工程师。２００１年毕业于中国工程物理研究院工学院工业自动化专业。现从事反应堆工程和参　

数测量工作。　

李建胜（１９６５－－），　

男。研究员。１９８９年毕业于四川大学粒子物理与原子核物理专业，获硕士学位。现从事反应堆工　

程和参数测量工作。　

张震ｆｌ９７３一），　

男，工程师。１９９７年毕业于四川大学机械制造与设计专业，获学士学位。现从事机械设计工作。　

（责任编辑：孙华平）　

本文标签： 屏蔽操作测量