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1、指导教师：杜艳军,蒙特卡罗方法在线衰减系数计算中的应用,姓名：杨晓喻 学号：07035114 学院：土木与环境工程学院,摘要,课题背景：随着核能科学与核技术应用的不断发展，人们对放射线检测与防护的要求越来越高。要研究射线的屏蔽防护，就必须计算射线在穿过物质时重要的特性参数性减弱系数。因此，对防护射线的不同屏蔽材料所对应的线衰减系数的计算方法的研究就成为十分重要的课题。 意义：本文提出一种用蒙特卡罗方法计算射线穿过不同辐射防护材料时线衰减系数的计算方法，用蒙特卡罗程序MCNP进行模拟计算。验证并补充了一些材料的线衰减系数，为射线的防护设计工作提供参考。,论文的结构和主要内容,1. 摘要 2. 射

2、线及其线衰减系数简介 3. 蒙特卡罗方法及MCNP通用程序 4. 射线线衰减系数的模拟计算设计 5. 结论及建议 6. 致谢,射线及其线衰减系数,射线通常是在原子核进行衰变或衰变时伴随发射出来的，原子核在发生了其它衰变类型时，很可能处于激发态，而后从激发态跃迁到基态，退激过程中就会发射出射线。 射线在物质中的衰减满足指数衰减规律,即 N=N0e-d 式中，N0、N分别表示穿过物质层前、后的光子数；d是物质层的厚度，单位m；是线衰减系数，单位m-1 。 线衰减系数= + + ，其中、分别为光电效应衰减系数、康普顿散射衰减系数、电子对生成衰减系数。,蒙特卡罗方法及MCNP程序,蒙特卡罗方法 蒙特卡

3、罗方法则对给定的问题建立相应的随机抽样模型，并用以一系列随机数跟踪大量粒子历程的方法完成对粒子输运的模拟。与确定论相比，蒙特卡罗方法能更好地适应复杂的几何条件。 MCNP通用程序 MCNP软件包(a general Monte Carlo code for Neutron and Particle transport)是一套模拟三维空间中连续能量的中子、光子及其联合输运的程序。具有十分广阔的应用范围。,MCNP模拟程序设计,曲面块设计 曲面块设计了七个面，六个平面，一个球面。程序内容如下： 1 PX 10 2 PY 2.5 3 PX 15 4 PY -2.5 5 PZ 2.5 6 PZ -2.

4、5 7 SO 100,MCNP模拟程序设计,曲面块定义的几何图形如图所示,MCNP模拟程序设计,栅元块设计 将整个空间分为3块栅元，栅元1为球面7以外空间，真空。栅元2为球面以内、立方体以外的空间区域，填充材料为空气。栅元3为立方体内区域。编写栅元块如下： 1 0 7 2 1 -0.00129 -7 #3 3 2 -11.3 1 -2 -3 4 -5 6,MCNP模拟程序设计,数据块设计 为了便于说明和计算，将光子源置于原点处，规定其为X轴正向的单向源。将问题类型卡设置为光子输运，输出1、3面的光子流量。将填充材料1设置为空气。程序内容如下： MODE P IMP:P 0 1 1 SDEF P

5、AR=2 POS=0 0 0 ERG=1.0 DIR=1 VEC=1 0 0 F1:P 1 3 C1 0 1 M1 7000 -0.7571 8000 -0.23036 18000 -0.0124 6000 -0.00014 M2 82000 1 NPS 100000； cut:p j 1.0； print,验证铅对应的线衰减系数,将程序中的填充材料2设置为铅，光子源的能量和光子的截断能量依次设置为1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、8.0、10.0MeV，可以得到铅对应的线衰减系数表,验证铅对应的线衰减系数,绘制出铅对应的线衰减系数随光子源能量的变化曲线图。,验证铁对应的线衰减系

6、数,将程序中的填充材料2设置为铁，光子源的能量和光子的截断能量依次设置为1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、8.0、10.0MeV，可以得到铁对应的线衰减系数表,验证铁对应的线衰减系数,绘制出铁对应的线衰减系数随光子源能量的变化曲线,验证铝对应的线衰减系数,将程序中的填充材料2设置为铝，光子源的能量和光子的截断能量依次设置为1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、8.0、10.0MeV，可以得到铝对应的线衰减系数表,验证铝对应的线衰减系数,绘制出铝对应的线衰减系数随光子源能量的变化曲线,应用MCNP程序模拟混合物的线衰减系数,模拟的混合物用了常用混凝土材料，其成分配比为：H

7、，2.21%;C,0.24%;O,57.5%; Na, 1.5%; Mg,0.1%; Al, 2.0%; Si, 30.4%; K, 1.0%; Ca, 4.3%; Fe, 0.6%。（以上百分比均为质量分数）。改变数据块中的材料卡，把填充材料2改为混凝土，其程序内容为： M2 1000 -0.0221 6000 -0.0024 8000 -0.575 11000 -0.015 12000 -0.001 13000 -0.02 14000 -0.304 19000 -0.01 20000 -0.043 26000 -0.006. 运行程序，计算出混凝土材料在粒子源能量为0.5、1.0、1.5、

8、2.0、3.0、4.0、5.0、8.0、10.0MeV时对应的线衰减系数。,应用MCNP程序模拟混合物的线衰减系数,计算出混凝土材料的线衰减系数，如下表所示,应用MCNP程序模拟混合物的线衰减系数,绘制出混凝土的线衰减系数随能量的变化规律图,MCNP程序模拟应用,为了从事辐射防护的设计人员能够方便准确地查表，本节运用MCNP程序模拟计算了标准值未给出的能量对应的线衰减系数，并与已有线衰减系数值进行整合，得出了一些材料在不同能量下的线衰减系数表。,MCNP程序模拟应用,不同能量对应的线衰减系数表,结论,本文提出了一种求解射线线衰减系数的一种新方法用MCNP程序模拟计算。设计出了所应用的模拟程序。

9、应用此程序，分别模拟验证了铅、铁、铝等屏蔽材料的线衰减系数，证明了该方法的可行性，分析其误差，误差范围控制在3%以内，证明了该方法的准确性。之后，运用这种方法模拟计算出了一定配比的混凝土材料对应的线衰减系数，并且，模拟出了标准列表中空缺的能量对应的线衰减系数值，方便从事辐射防护设计人员的查阅。,结论,通过比较屏蔽层分别为铅、铝、铁元素在屏蔽厚度为5cm、8cm、10cm情况下的线衰减系数，得出如下结论：粒子源能量一定、屏蔽层材料一定的情况下，线衰减系数与屏蔽层厚度没有关系。 比较同一能量下，铅（原子序数82）、铁（原子序数26）、铝（原子序数13）对应的线衰减系数。可以得出，屏蔽材料的原子序数越小，密度越小，对应的线衰减系数越小，屏蔽效果越差。,结论,通过比较不同的粒子源能量对应的线衰减系数以及-E曲线图，得出以下结论：随着光子源能量E的增加，线衰减系数呈现先减小后增大的趋势，-E曲线在某个能量时有极小值。 本次模拟充分显示了MCNP程序模拟屏蔽材料为混合物的线衰减系数的优越性，只要知道混合物中各种元素的质量分数，就可以模拟出此种材料的线衰减系数。,建议,本文只考虑了窄束射线的线衰减系数，并没有考虑宽束射线的情况。在今后的工作中应考虑在蒙特卡罗方法模拟中加入散射光子的模拟情况，计算宽束射线的衰减情况。,致谢,本篇毕业论文在选题和设