热中子成像装置屏蔽材料的蒙特卡罗模拟设计

袁金荣; 魏强林; 盛世琪

doi:10.16056/j.2096-7705.2026.02.014

能源研究与管理 ›› 2026, Vol. 18 ›› Issue (2) : 117 -123. DOI: 10.16056/j.2096-7705.2026.02.014

热中子成像装置屏蔽材料的蒙特卡罗模拟设计

袁金荣, 魏强林, 盛世琪

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摘要

为降低反应堆热中子成像装置在运行过程中的辐射本底并提高成像质量，基于蒙特卡罗方法，利用MCNP程序建立热中子成像装置的准直器与探测成像系统屏蔽模型，开展屏蔽材料的设计研究，系统模拟并比较聚乙烯、石蜡、碳化硼、含硼钢及铅等材料的屏蔽性能。在准直器部分，设计内层（慢化层）、中层（吸收层）和外层（γ屏蔽层）的3层复合屏蔽结构，通过调整材料类型与厚度组合，共模拟24种组合方案，在探测成像系统部分对比了碳化硼与含硼钢2种材料的屏蔽效果。模拟结果表明：石蜡与含硼钢组合对中子的屏蔽性能最佳，当两者厚度均为15 cm、外层配以3 cm铅时，装置外总剂量当量率低至3.93×10^-9Sv/h，远低于监督区设计标准(5.00×10^-7Sv/h)；在探测成像系统中，3 cm含硼钢与1 cm铅的组合可使剂量当量率降至1.25×10^-7Sv/h，含硼钢的辐射屏蔽性能优于碳化硼。通过系统的蒙特卡罗模拟，为热中子成像装置的屏蔽设计提供了具有优异辐射屏蔽性能的材料组合、厚度配比与结构布局方案。