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user: 3. 组件表面剂量率模拟计算 3.1. 仅考虑铀同位素γ能谱的组件剂量率 根据《辐射防护手册第一分册辐射源与屏蔽》 [ 2 ]，可以得到铀同位素的γ射线能量和绝对强度，将其归一化，可以得到仅考虑铀同位素的γ射线能谱，见表3。根据表2、表3可知，物料γ射线辐射强度为3.23光子/(gU∙s)，每个组件的装铀量约为461 kg。绝对强度是指每衰变中γ射线的份额。采用MC程序建模，对组件外表面γ剂量率进行模拟计算，仅考虑铀同位素的γ射线能谱，组件计算模型见图2。 计算得到的组件外表面γ剂量率见表4，根据表4计算结果可知，组件表面(1 mm处)剂量率为2.37 μSv/h，这与组件表面实际测量值(~60 μSv/h)相差较大。说明组件表面的剂量率不仅仅是铀同位素贡献，因此，需要对铀同位素的主要衰变子体进行分析并计算对剂量率贡献。 Table 3 Gamma spectra when only uranium isotopes are considere 同位素 符号 质量 份额 比活度 (Bq/g) 比活度 (Bq/gU) γ能量 Mev γ射线绝对强度，% γ射线辐射强度 (光子数/秒) γ射线 归一化 234 U 0.053% 2.31E+08 1.22E+05 0.0532 0.119 1.45E+02 4.49E−02 0.1209 0.041 5.00E+01 1.55E−02 235 U 5% 8.00E+04 4.00E+03 0.185 54 2.16E+03 6.69E−01 0.143 10.5 4.20E+02 1.30E−01 0.163 4.7 1.88E+02 5.82E−02 0.205 4.7 1.88E+02 5.82E−02 0.202 1.0 4.00E+01 1.24E−02 238 U 94.947% 1.24E+04 1.18E+04 0.04955 0.32 3.78E+01 1.17E−02 表3. 仅考虑铀同位素的γ射线能谱 Table 4 Gamma dose rate on components surface when only uranium isotope is considere 关注点距组件中部外表面距离 γ剂量率，μSv/h 偏差 1 mm 2.3706E+00 0.0513 1 cm 2.3727E+00 0.0170 5 cm 1.8029E+00 0.0074 10 cm 1.2720E+00 0.0062 30 cm 5.0398E−01 0.0038 50 cm 2.9773E−01 0.0031 100 cm 1.3241E−01 0.0021 表4. 仅考虑铀同位素时组件表面γ剂量率 3.2. 考虑 234m Pa核素影响的组件剂量率 根据铀同位素的衰变链及子体射线能量分析，主要影响核素初步判断为 238 U的子体。 238 U主要衰变子体见图3，主要衰变子体放射性特征见表5。在 238 U衰变子体中， 234m Pa发生β衰变产生的β粒子能量高、强度大，β粒子被自身(UO 2 芯块)阻止，产生轫致辐射。在计算时，考虑 234m Pa β粒子发生轫致辐射，产生的光子对γ能谱的影响。 图3. U-238衰变图 Table 5 Radiation characteristics of the main decay daughters of uraniu 同位素符号 半衰期(a) 比活度(Bq/g) α粒子能量，Mev (强度，%) β粒子能量，Mev (强度，%) γ能量，Mev (强度，%) 238 U 4.468 × 109 1.24 × 10 4 4.196 (77) 4.149 (23) 0.04955 (0.32) 234 Th 24.1d 8.58 × 10 14 0.1985 (72.5) 0.104 (20.7) 0.06286， 0.06329 0.09328， 0.09280 0.11281 (0.24) 234m Pa 1.17min 2.54 × 10 19 2.29 (98) 0.7666 (0.207) 1.001025 (0.59) 234 U 2.45 × 105 2.31 × 10 8 4.776 (72.5) 4.723 (27.5) 0.0532 (0.119) 0.1209 (0.041) 表5. U-238主要衰变子体辐射特性 234m Pa衰变产生的β粒子能量为2.29 MeV，β粒子在物料中产生轫致辐射，转移给轫致辐射的能量分数为 F = 3.33 × 10 − 4 Z e ⋅ E max (1) 式中： E max 是β谱的最大能量，2.29 MeV； Z e 是吸收β粒子的屏蔽材料(或靶核)的有效原子序数，87 (UO 2 )。 计算得F = 0.0663，则轫致辐射能量为2.29 MeV × 0.0663 = 0.152 MeV/β粒子。 在屏蔽计算时，可假定轫致辐射的平均能量 E b 是入射β离子的最大能量的1/3，即轫致辐射平均能量E γ = 0.6 MeV，强度为0.152 MeV/0.6MeV = 0.25。 由于 238 U半衰期(4.468 × 10 9 a)远大于其衰变子体 234 Th和 234m Pa， 238 U和 234m Pa放射性长期平衡，因此子体 234m Pa与母体 238 U的放射性活度相等。 考虑 234m Pa β粒子的轫致辐射及其β衰变产生的γ射线后物料的γ能谱见表6。 组件表面γ剂量率计算结果见表7。 Table 6 Gamma spectrum considering the influence of Pa-234 同位素 符号 质量 份额 比活度 (Bq/g) 比活度 (Bq/gU) γ能量 Mev γ射线绝对强度，% γ射线辐射强度 (光子数/秒) γ射线 归一化 234 U 0.053% 2.31E+08 1.22E+05 0.0532 0.119 1.45E+02 2.58E−02 0.1209 0.041 5.00E+01 8.88E−03 235 U 5% 8.00E+04 4.00E+03 0.185 54 2.16E+03 3.83E−01 0.143 10.5 4.20E+02 7.45E−02 0.163 4.7 1.88E+02 3.34E−02 0.205 4.7 1.88E+02 3.34E−02 0.202 1.0 4.00E+01 7.10E−03 238 U 94.947% 1.24E+04 1.18E+04 0.04955 0.32 3.78E+01 6.70E−03 234m Pa / / 1.18E+04 0.76 19.6 2.31E+03 4.10E−01 0.7666 0.207 2.44E+01 4.33E−03 1.001 0.59 6.96E+01 1.24E−02 表6. 考虑Pa-234m影响的γ能谱 Table 7 Gamma dose rate on components surface considering the influence of Pa-234 关注点距组件中部外表面距离 γ剂量率，μSv/h 偏差 1 mm 6.8251E+01 0.0289 1 cm 6.4236E+01 0.0084 5 cm 4.7929E+01 0.0087 10 cm 3.3778E+01 0.0050 30 cm 1.4098E+01 0.0041 50 cm 8.4706E+00 0.0041 100 cm 3.7807E+00 0.0021 表7. 考虑Pa-234m影响的组件表面γ剂量率 根据表7计算结果可知，组件表面处γ剂量率较高，表面1 mm处的剂量率为68.251 μSv/h。对比和仅考虑铀同位素时的γ剂量率可以判断， 234m Pa β粒子的轫致辐射是γ剂量率的主要来源。