[发明专利]一种点核积分法与蒙特卡罗方法耦合的辐射屏蔽计算方法

说明书

本发明涉及核辐射防护技术领域，提供一种点核积分法与蒙特卡罗方法耦合的辐射屏蔽计算方法，包括建立点核积分子模型的几何部分；建立点核积分子模型的源项部分，对体源或面源进行离散处理；求解源项在点核积分子模型中的衰减；求解宽束积累因子；求解点核积分方程，得到屏蔽区域剂量率或通量密度；根据用户提供的可变参数进行迭代计算；将计算所得的所有几何信息和剂量率/通量结果进行比较，得到满足需求的最优模型；根据最优模型建立蒙特卡罗子模型；使用蒙特卡罗计算程序求解蒙特卡罗子模型；比较蒙特卡罗子模型与点核积分子模型的计算结果等步骤。本发明计算方法可在进行迭代计算时评估计算正确性，提高计算精度，并能获得较高的计算效率。

技术领域

本发明涉及核辐射防护技术领域，具体涉及一种点核积分法与蒙特卡罗方法耦合的辐射屏蔽计算方法。

背景技术

辐射屏蔽计算是通过辐射屏蔽计算程序对涉核装置进行粒子输运模拟，以获得涉核装置在屏蔽区域的中子、γ射线的能谱和通量密度，评估屏蔽区域的人员及设备所受的辐射剂量，保障其辐射安全。

辐射屏蔽计算程序一般分为点核积分法、确定论方法和蒙特卡罗方法。

点核积分法是一种格林函数积分方法，计算中子、γ射线在几何空间中的穿透行为，在辐射屏蔽区域计算积分方程以得到关注区域的能谱和中子通量密度，对于无法求解的复杂区域，可通过对辐射源进行空间离散使其成为点源的方式进行求解。该方法的优点是计算速度快，适宜计算和处理由各种类型的基本体构成的复杂几何空间辐射屏蔽问题，是辐射屏蔽设计的基本方法之一；缺点是求解过程需要大量的经验参数，同一问题可能因不同的设计者的不同理解而得到不同的结果。

确定论方法是一种数值解析方法，将求解问题建立为含多组数学物理方程的数学模型，使用解析方法得到近似解。确定论方法的优点是求解速度快，缺点是无法处理复杂几何模型。

蒙特卡罗法是一种以概率与统计的理论方法为基础的计算方法，将所需求解的问题与某个概率模型联系在一起，在计算机上进行随机模拟，以获得问题的近似解。蒙特卡罗方法的优点是计算结果精确，支持复杂材料、复杂几何的精确建模，目前已有大量的辅助建模工具可实现蒙特卡罗计算模型的三维可视化建模，其随机抽样的模拟过程更加符合粒子实际输运过程特性，是目前国际原子能委员会确认的最好辐射安全计算方法；该方法的缺点是模拟速度慢，要达到统计误差小的计算结果需要花费大量的时间，在进行迭代设计时设计效率低。

传统辐射屏蔽计算方法通常为单一方法，而辐射屏蔽设计大部分情况下均是反复迭代的过程，这就导致了每种方法都有一定的局限性。点核积分法依赖于设计经验，计算结果的正确性无法进行验证；蒙特卡罗方法计算结果精确，但迭代计算过程需耗费大量的机时，设计效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服传统辐射屏蔽计算方法在计算正确性和计算效率上的不足，提供了一种点核积分法与蒙特卡罗方法耦合的辐射屏蔽计算方法，在进行迭代计算时评估计算正确性并提高计算效率。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下。

一种点核积分法与蒙特卡罗方法耦合的辐射屏蔽计算方法，包括以下步骤：

(1)建立点核积分子模型的几何部分；

其中，点核积分子模型由若干个区域组成，每个区域由一种均匀材料组成，用户需给出每个区域尺寸厚度、所用材料(包含密度、元素组成及质量比例等信息)，并给出需迭代计算的可变参数，可变参数包括某个或某几个区域的尺寸厚度和所用材料等。

(2)建立点核积分子模型的源项部分，并对体源或面源进行离散处理；

其中，点核积分子模型的源项部分由用户给出；

对于体源或面源，利用以下公式进行空间离散：