一些γ放射性核素空气比释动能率常数的MCNP计算

2016-02-08福建省辐射环境监督站

海峡科学 2016年6期

福建省辐射环境监督站时磊

蒙特卡罗方法对给定的问题建立相应的随机抽样模型，并用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。蒙特卡罗方法在辐射剂量计算方面应用广泛。为了验证蒙特卡罗程序MCNP在辐射剂量计算方面的准确性，本文使用*F6计数卡计算了一些γ放射性核素的空气比释动能率常数，与文献结果进行比较和分析。

1 理论基础

发射γ光子的放射性核素的空气比释动能率常数计算公式为：

其中，K是距离活度为A的γ放射性核素点源r处由光子（包括γ光子、内韧致辐射和特征X辐射的光子）造成的空气比释动能率。空气比释动能率常数ΓK的单位是Gy·m2·Bq-1·s-1。

由于在空气中的吸收计量率D与空气比释动能率K在数值上相等，则有

2 计算过程与结果

本文空气比释动能率常数的计算使用无屏蔽点源。由于MCNP程序给出的计算结果归于放射源产生的光子，因此在处理结果的过程中要考虑到放射源的衰变纲图。本文使用文献[1]中的衰变数据进行模拟计算。本文与文献[2]、[3]给出的空气比释动能率常数均只考虑能量大于10keV的光子对结果的贡献。

放射源一次衰变可能产生几种不同能量的光子，每种光子的绝对强度也不同。本文利用*F6计数卡记录放射源每次衰变产生的不同能量的光子在距离点源1m处的能量沉积，最终加权求和得到一次衰变产生的吸收剂量率，通过公式（2）得到空气比释动能率常数ΓK，计算结果见表1。

表1 一些γ放射性核素的空气比释动能率常数ΓK计算结果（单位:Gy·m2·Bq-1·s-1）

由表1可知，本文计算了14种放射性核素的空气比释动能率常数，其中 12种核素与文献[2]或文献[3]结果相对误差小于 5%，另外两种核素与文献结果相对误差超过 10%。通过查阅文献[1]中的衰变数据得知：上述 12种放射性核素衰变过程中不产生或产生相对很少的低能光子（<20keV）；存在较大差异的两种核素衰变过程中产生较多低能光子（<20keV）。可见核素在放射性衰变过程中产生较多低能光子（<20keV）会导致其空气比释动能率常数计算结果存在较大差异。这说明低能光子（<20keV）在辐射剂量方面的核数据库还不够准确。

本文计算的空气比释动能率常数与文献[2]、[3]给出的结果大部分一致，验证了MCNP程序在辐射剂量计算方面的正确性和准确性；少部分结果相差较大，这是由于核素在衰变过程中产生较多低能光子（<20keV）造成的。