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高能电子加速器辐射场研究

作　者: 邱睿
导　师: 李君利
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: 高能电子加速器光中子吸收剂量蒙特卡罗方法
分类号: TL501.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

永久磁铁被大量使用于粒子加速器及同步辐射光源的插入件中。这些永久磁铁往往长期处于混合强辐射环境中,极有可能遭受辐射损伤而导致退磁,从而对其应用的系统造成影响甚至导致严重的后果。因此,永久磁铁的辐射退磁效应是高能电子加速器以及同步辐射光源的一个重大课题。而研究辐射效应,必须研究清楚高能电子加速器的辐射场。对此复杂的辐射场进行研究,不仅对于永久磁铁的辐射退磁效应而且对于高能电子加速器的辐射防护及辐射物理问题,都具有十分重要的意义。在本课题中,首先对高能电子加速器所产生的辐射场进行了理论分析。高能电子会引发电磁簇射,从而产生大量且能谱相当宽的韧致辐射光子及次级电子。韧致辐射光子除了可以通过光电效应、康普顿效应、和电子对效应产生次级电子,还会因轫致辐射光子能量较高,达到或超过了光核反应的阈能,而产生中子、质子、α粒子等。因此,高能电子加速器所产生的是一个非常复杂的混合场。利用Monte Carlo程序FLUKA,对高能电子加速器所产生的辐射场进行了模拟。通过模拟高能电子在靶中的输运过程,计算得到了各种粒子包括光子、电子中子及质子的通量空间分布以及能量沉积的分布。利用新型的辐射损伤监测器(RDM)对2.5GeV电子打铜靶所产生的吸收剂量以及1MeV等效中子通量进行了测量。RDM由2个用于测量吸收剂量的p沟道增强型场效应管(RADFET)以及1个用于测量1MeV等效中子通量的PIN二极管构成。首先对RDM的温度特性以及角度响应进行了调研以及实验研究,然后利用60Co源和137Cs源对RADFET进行灵敏度刻度,并利用252Cf中子源、65MeV加速器中子源和14.1MeV的加速器中子源对PIN二极管进行灵敏度刻度。最后,在铜靶周围不同的六个角度上放置RDM探头,测量不同角度上的吸收剂量以及1MeV等效中子通量。同时,利用FLUKA模拟了相应的物理过程,并将实验测量结果与FLUKA模拟结果进行了比较,并取得了较好的一致性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章引言  7-12
  1.1 选题意义以及工作背景  7-10
  1.2 课题的主要研究内容和目标  10-12
第2章高能电子加速器辐射场的理论分析  12-18
  2.1 电磁簇射  13-14
  2.2 光核反应  14-15
  2.3 光中子  15-18
第3章高能电子加速器辐射场的模拟计算  18-28
  3.1 Monte Carlo 程序FLUKA  18
  3.2 模拟使用的参数及条件  18-19
  3.3 永久磁铁所处辐射场的模拟  19-28
    3.3.1 各种粒子在整个空间中的几何分布  19-22
    3.3.2 磁铁处的粒子能谱和空间分布  22-28
第4章高能电子加速器辐射场的实验测量  28-48
  4.1 辐射损伤监测器（RDM）介绍  28-34
    4.1.1 RDM 外观及结构  28-31
    4.1.2 RADFET 结构及工作原理  31-32
    4.1.3 PIN 二极管结构及工作原理  32-34
  4.2 RDM 特性研究及灵敏度刻度  34-43
    4.2.1 RDM 的温度特性  34-35
    4.2.2 RDM 的能量和角度响应  35
    4.2.3 RADFET 的灵敏度刻度  35-39
    4.2.4 PIN 二极管的灵敏度刻度  39-43
  4.3 高能电子加速器中相关辐射量测量  43-48
    4.3.1 间接测量方法  43-44
    4.3.2 RDM 测量实验  44-45
    4.3.3 实验结果  45-48
第5章结论  48-49
参考文献  49-51
致谢  51-52
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  52

高能电子加速器辐射场研究

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