电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算方法和装置与流程

1.本发明涉及核技术应用领域，具体涉及一种电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算方法和装置。


背景技术：

2.近年来，电子直线加速器广泛应用于工业、农业、医疗卫生等领域，创造了巨大的经济效益和社会利益，已成为核技术应用领域的重要分支。电子直线加速器按应用领域主要包括辐照加速器、探伤加速器、集装箱检查加速器、医用加速器等。
3.电子直线加速器通常安装在具有一定辐射防护功能的机房内，机房的辐射屏蔽设计是一门专业且复杂的学科，往往由专业的辐射防护设计者完成。此外，电离辐射与空气作用会产生臭氧，长时间运行可能在机房内蓄积，对工作人员及环境造成一定污染和危害。
4.目前，机房的辐射屏蔽设计通常采用蒙特卡罗模拟计算和解析方法理论计算。对于几何结构复杂且粒子与核的反应机制复杂的问题，一般数值方法无法求解，蒙特卡罗方法能够较逼真的描述事物的特点及物理过程。对于电子直线加速器机房，源结构简单且较规则，采用蒙特卡罗模拟计算，专业性很强，建模复杂，耗时较长，计算条件要求较高。相比蒙特卡罗模拟，采用理论计算方法可节省大量的计算时间，得到较为保守准确的结果，所以在估算不要求十分精细，或者在计算时间、计算条件不允许的情况下，理论计算方法是一种良好的估算方法。
5.目前，ncrp49、51、151号报告，iaea47号报告，国标gbz/t201等给出了电子直线加速器机房的辐射屏蔽理论计算方法，实际应用过程中面临如下问题：理论计算方法模型复杂，公式结构复杂繁琐，如未经过专业学习或培训，计算模型难以理解；计算所需参数众多，参数查询困难、耗时且易出错，传统的手工计算影响计算效率及结果的可靠性。因此，亟需一种专用的机房辐射屏蔽计算软件或工具，以便辐射防护人员经过简单培训即可快速、准确的完成机房的辐射屏蔽设计或辐射屏蔽验证计算。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算方法和装置，可以快速、准确地完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证，同时可用于机房内臭氧浓度计算。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算方法，所述方法包括使用matlab交互式可视化工具设计用户界面，基于用户界面实现：
9.s101、根据机房的剂量率设计目标值，对电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶进行辐射屏蔽设计；
10.s102、在所述电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶外选取关注点，根据机房屏蔽设计参数，计算各关注点的剂量率，验证辐射屏蔽效果；
11.s103、计算所述电子直线加速器机房内设备开机运行第一预设时间后机房内臭氧浓度及其变化规律，以及停机第二预设时间后机房内剩余臭氧浓度及其变化规律。
12.进一步，如上所述的方法，s102中，基于以下散射路径，计算所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
13.进一步，如上所述的方法，s102中，基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算能量大于或等于10mev时所述电子直线加速器机房的关注点剂量率。
14.进一步，如上所述的方法，s102中，基于天空反散射屏蔽问题，计算所述电子直线加速器机房的屋顶的关注点剂量率。
15.进一步，如上所述的方法，所述方法还包括：
16.基于用户界面提供参数查询功能、输入错误检查和提示功能以及计算结果保存及输出功能。
17.本发明实施例中还提供了一种电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算装置，所述装置包括使用matlab交互式可视化工具设计用户界面，基于用户界面实现以下模块：主屏蔽计算模块、次屏蔽计算模块、第一迷宫门计算模块、第二迷宫门计算模块、天空反散射计算模块、臭氧浓度计算模块；
18.所述主屏蔽计算模块用于计算电子直线加速器机房的主屏蔽的关注点剂量率；
19.所述次屏蔽计算模块用于计算所述电子直线加速器机房的次屏蔽的关注点剂量率，包括泄漏辐射屏蔽和散射辐射屏蔽；
20.所述第一迷宫门计算模块用于计算能量小于10mev时所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率；
21.所述第二迷宫门计算模块用于计算能量大于或等于10mev时所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率；
22.所述天空反散射计算模块用于计算所述电子直线加速器机房的屋顶的关注点剂量率；
23.所述臭氧浓度计算模块用于计算所述电子直线加速器机房内设备开机运行第一预设时间后机房内臭氧浓度及其变化规律，以及停机第二预设时间后机房内剩余臭氧浓度及其变化规律。
24.进一步，如上所述的装置，所述第一迷宫门计算模块和所述第二迷宫门计算模块用于基于以下散射路径，计算所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。
25.进一步，如上所述的装置，所述第二迷宫门计算模块用于基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算能量大于或等于10mev时所述电子直线加速器机房的迷宫及防护门的关注点剂量率。
26.进一步，如上所述的装置，所述臭氧浓度计算模块用于计算电子束产生臭氧浓度和韧致辐射产生臭氧浓度。
27.进一步，如上所述的装置，所述装置还包括：基于用户界面实现的参数查询模块、
结果保存及输出模块；
28.所述参数查询模块用于查询各种参数；
29.所述结果保存及输出模块用于保存并输出计算结果。
30.本发明的有益效果在于：本发明基于matlab gui，将iaea.no.47、ncrp.no.151、gbz/t201中的理论计算方法程序化，能够快速、准确地完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证，同时可用于机房内臭氧浓度计算。
附图说明
31.图1为本发明实施例中提供的一种电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算方法的流程示意图；
32.图2为本发明实施例中提供的主界面示意图；
33.图3为本发明实施例中提供的迷宫门计算(＜10mev)模块子界面示意图；
34.图4为本发明实施例中提供的迷宫门计算(≥10mev)模块子界面示意图；
35.图5为本发明实施例中提供的臭氧浓度计算模块子界面示意图。
具体实施方式
36.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。
37.本发明依据iaea.no.47、ncrp.no.151、gbz/t201等标准和技术规范中的辐射屏蔽理论计算方法，设计基于matlab的电子直线加速器机房辐射屏蔽、臭氧浓度计算程序，实现以下实施例。
38.本发明实施例提供了一种电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算方法，如图1所示，该方法包括使用matlab交互式可视化工具设计用户界面，基于用户界面实现：
39.s101、根据机房的剂量率设计目标值，对电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶进行辐射屏蔽设计。
40.s102、在电子直线加速器机房的主屏蔽、次屏蔽、迷宫及防护门、屋顶外选取关注点，根据机房屏蔽设计参数，计算各关注点的剂量率，验证辐射屏蔽效果。
41.本发明实施例中，在进行迷宫及防护门屏蔽计算时，需要充分考虑可能的散射路径，包括：主射束经工件、迷宫散射(hps)；主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射(hs)；泄漏辐射经迷宫散射(hls)；泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射(hlt)；主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射(hqs)。由于光致核反应会产生中子，因此，需要基于中子屏蔽(hn)以及中子俘获γ射线屏蔽(hcg)，计算能量大于或等于10mev时电子直线加速器机房的关注点的剂量率。在计算电子直线加速器机房的屋顶的关注点的剂量率，需要考虑天空反散射屏蔽问题。
42.s103、计算电子直线加速器机房内设备开机运行第一预设时间后机房内臭氧浓度及其变化规律，以及停机第二预设时间后机房内剩余臭氧浓度及其变化规律。
43.本发明实施例中，用户可以在matlab交互式可视化工具设计的交互界面上输入相关参数，计算机房臭氧浓度，包括：装置开机运行t时间机房内臭氧浓度、臭氧平衡浓度及达到平衡浓度所需时间、停机t时间机房内剩余臭氧浓度。除此之外，还可以在界面上显示开机运行第一预设时间后机房内臭氧浓度变化规律和停机第二预设时间后机房内剩余臭氧
浓度变化规律。
44.该方法还包括：
45.s104、基于用户界面提供参数查询功能、输入错误检查和提示功能以及计算结果保存及输出功能。
46.本发明实施例中，交互界面上还提供有以下各种功能，丰富的参数查询功能：提供常见材料什值层，不同角度入射混凝土墙散射比等参数的查询功能，使用手册提供辐射屏蔽计算方法和ncrp.no.151附表，便于使用者查询。输入错误检查和提示功能：结果计算时，如某个参数无输入或输入数据明显偏离其应有的数值范围，弹出警告对话框，提示使用者进行输入或修改。计算结果保存及输出功能：计算结果可以通过excel、word等形式保存并输出，以便使用者后续对数据的应用。交互界面具备良好的可交互性：程序各界面按功能分为参数输入区和结果计算区，界面友好。给出中间参数(如累计因子b)的计算结果，程序更像是计算稿纸，通过程序的使用能够快速深入理解计算模型，具有较好的互动性。
47.采用本发明实施例的方法，基于matlab gui，将iaea.no.47、ncrp.no.151、gbz/t201中的理论计算方法程序化，同时提供丰富的参数查询、参数校对功能，设计者可快速、准确地完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证，同时可用于机房内臭氧浓度计算。
48.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
49.根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种用于实施上述电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算方法的电子直线加速器机房辐射屏蔽及臭氧浓度计算装置，该装置包括使用matlab交互式可视化工具设计用户界面，基于用户界面实现以下模块：主屏蔽计算模块、次屏蔽计算模块、第一迷宫门计算模块、第二迷宫门计算模块、天空反散射计算模块、臭氧浓度计算模块。图2是电子直线加速器屏蔽计算程序的主界面，包括五大部分，主屏蔽计算、次屏蔽计算、迷宫门计算、天空反散射计算和臭氧浓度计算。除此之外，该装置还包括：基于用户界面实现的参数查询模块、结果保存及输出模块；参数查询模块用于查询各种参数；结果保存及输出模块用于保存并输出计算结果。
50.本发明实施例中，主屏蔽计算模块用于计算电子直线加速器机房的主屏蔽剂量率。次屏蔽计算模块用于计算电子直线加速器机房的次屏蔽剂量率，包括泄漏辐射屏蔽和散射辐射屏蔽。第一迷宫门计算模块用于计算电子直线加速器机房内能量小于10mev时的迷宫及防护门剂量率。第二迷宫门计算模块用于计算电子直线加速器机房内能量大于或等于10mev时的迷宫及防护门剂量率。
51.本发明实施例中，第一迷宫门计算模块和第二迷宫门计算模块用于基于以下散射路径，计算电子直线加速器机房的迷宫及防护门剂量率：主射束经工件、迷宫散射，主射束穿过工件、经主屏蔽墙、迷宫散射，泄漏辐射经迷宫散射，泄漏辐射穿过迷宫内墙辐射，主射束穿过迷宫内墙、经迷宫散射。第二迷宫门计算模块用于基于中子屏蔽以及中子俘获γ射线屏蔽，计算能量大于或等于10mev时电子直线加速器机房内的迷宫及防护门的关注点剂量率。图3为第一迷宫门计算模块即迷宫门计算(＜10mev)模块的子界面，在界面上输入相
关参数，即可计算得到机房内能量小于10mev时的迷宫及防护门的关注点总剂量。图4为第二迷宫门计算模块即迷宫门计算(≥10mev)模块的子界面，在界面上输入相关参数，即可计算得到机房内能量大于或等于10mev时的迷宫及防护门的关注点剂量率。
52.天空反散射计算模块用于计算电子直线加速器机房的屋顶的关注点剂量率。
53.臭氧浓度计算模块用于计算电子直线加速器机房内设备开机运行第一预设时间后机房内臭氧浓度及其变化规律，以及停机第二预设时间后机房内剩余臭氧浓度及其变化规律。具体包括电子束产生臭氧浓度和韧致辐射产生臭氧浓度。图5为臭氧浓度计算模块的子界面，在界面上输入相关参数，即可计算得到电子束产生臭氧和韧致辐射产生臭氧时的开机运行t时间臭氧浓度、停机后t时间臭氧浓度，还可以得到开机运行臭氧浓度变化规律曲线和停机后运行臭氧浓度变化规律曲线。
54.采用本发明实施例的装置，使用matlab交互式可视化工具设计显示计算机操作用户界面，运用gui生成的操作界面，用户可以不用浏览繁冗的代码即可进行操作。本发明基于matlab gui，将iaea.no.47、ncrp.no.151、gbz/t201中的理论计算方法程序化，同时提供丰富的参数查询、参数校对功能，设计者可快速、准确地完成机房辐射屏蔽设计和屏蔽效果验证，同时可用于机房内臭氧浓度计算。
55.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。