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。
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
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。
本文利用MCNP程序计算了一些γ放射性核素的空气比释动能率常数,并与文献结果进行了比较。大部分结果取得了较好的一致性,验证了MCNP程序在辐射剂量计算方面的正确性和准确性。衰变过程中产生较多低能光子(<20KeV)的核素,其空气比释动能率常数的计算结果存在较大差异。
[1] 卢玉楷.简明放射性同位素应用手册[M].上海:上海科学普及出版社,2004.
[2] 方杰.辐射防护导论[M].北京:原子能出版社,1991.
[3] 李士骏.发射光子的放射性核素各向同性点源的剂量学常数[J].辐射防护,1999(19):246-262.