(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211061565.1 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 上海核工程研究设计院有限公司 地址 200233 上海市徐汇区虹漕 路29号 (72)发明人 史涛　周岩　梅其良　黎辉　 王梦琪　彭超　郑征　夏春梅　 高静　李翔　孙大威　翟良　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 李健康 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽设计方 法 (57)摘要 本发明提供了一种质子加速器孔道贯穿辐 射屏蔽设计方法， 包括建立质子轰击靶核的模 型， 通过虚拟网格技术统计次级粒子输运过程中 的剂量率分布场， 同时， 使用权重窗生成器得到 权重窗下限参数文件； 根据剂量场分布得到权重 窗下限参数和源偏倚参数， 从而使用该参数获得 孔道位置处剂量率和基于网格技术的剂量率分 布， 并进行孔道贯穿辐射屏蔽设计； 可 以实现质 子加速器辐射屏蔽设计中针对强电、 弱电、 暖通、 给排水、 工艺系统以及设备等贯穿管道外部的剂 量率计算， 实现多贯穿件协同设计， 提升屏蔽设 计的经济性和效率， 高效合理的完成质子加速器 孔道贯穿的辐射屏蔽分析和设计 。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 115408863 A 2022.11.29 CN 115408863 A 1.一种质子加速器孔道贯 穿辐射屏蔽设计方法， 其特 征在于， 包括： 建立孔道贯穿辐射屏蔽分析的包含几何空间、 墙体和孔道贯穿的模型并建立质子轰击 靶核的模型； 在质子轰击靶核的模型下进行一步法的质子、 中子、 光子和电子耦合输运实现质子轰 击靶核的物理过程模拟， 并进行次级粒子在 介质中的输运过程； 通过虚拟网格技术统计次级粒子输运过程中剂量率分布场， 同时， 使用权重窗生成器 得到权重窗下限参数文件； 根据剂量场分布得到权重窗下限参数和源偏倚参数， 将得到的权重窗下限参数输入到 权重窗下限参数文件； 建立质子轰击靶核的模型， 并进 行一步法粒子输运模拟， 获得孔道 位 置处剂量率和基于网格技术的剂量率分布， 若得到的孔道位置处剂量率收敛， 则采用该孔 道位置处剂量 率进行孔道贯 穿辐射屏蔽设计。 2.如权利要求1所述的质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽设计方法， 其特征在于， 所述使用 权重窗生成器得到 权重窗下限参数文件的权 重窗的网格划分和剂量 率的网格划分一 致。 3.如权利要求1所述的质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽设计方法， 其特征在于， 所述剂量 场分布基于公式一采用基于蒙特卡洛正向输运的剂量响应加速计算方法。 4.如权利要求1所述的质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽设计方法， 其特征在于， 所述剂量 场分布根据公式一的数学模型为获取权重窗下限参数， 是通过剂量率、 位置、 能量、 平滑因 子和剂量 率探测响应的平均截面计算获得。 5.如权利要求1所述的质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽设计方法， 其特征在于， 所述剂量 场分布根据公式二的数学模 型获取源偏倚参数， 是通过剂量率、 位置、 能量、 平滑因子、 剂量 率探测响应的平均截面和初始源分布计算获得。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115408863 A 2一种质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于辐射防护技术领域， 具体涉及 一种质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽设计 方法。 背景技术 [0002]辐射屏蔽设计是工业质子加速器、 医用质子治疗加速器、 同位素生产质子加速器 等质子加速器系统的重点设计和关注内容。 在辐射屏蔽设计中需要使用到大量的屏蔽体结 构、 迷宫体结构、 高效能屏蔽材料、 贯穿孔道屏蔽等。 其设计的安全和合理性直接影响放射 性工作人员和公众的辐射 安全。 [0003]在质子加速器 的辐射屏蔽设计中， 贯穿孔道的屏蔽设计和 分析最为复杂和困难。 其原因主要有： 1)贯穿孔道类型、 数量和尺 寸种类较多， 主要有强电、 弱电、 暖通、 给排水、 工 艺系统以及设备等贯穿孔道， 尺 寸从直径几厘米到几百厘米； 2)管道穿墙形式复杂， 常用的 有直穿墙体贯穿、 倾斜穿墙体贯穿、 U型穿墙体贯穿、 Z字型穿墙体贯穿和S字型穿墙体贯穿 等。 传统的质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽分析方法主要是通过 理论公式分析剂量率和详细 设计孔道贯穿的尺寸、 位置以及贯穿方式。 但由于理论公式很难分析出较为复杂的贯穿墙 体外部的剂量 率， 导致不能精确设计和分析评价给 出满足法规标准要求的孔道贯 穿方式。 [0004]针对复杂的管道贯穿辐射屏蔽设计， 主要使用基于蒙特卡洛方法的粒子输运程序 进行分析。 蒙特卡洛方法通过对 大量中子行为观 察分析， 用统计平均的方法， 推测出估计量 的值。 基于蒙特卡洛方法的粒子输运程序可以精确的描述几何模型和源项， 使用连续截面， 鲁棒性高。 但是计算效率较低， 计算时间较长。 使用蒙特卡洛程序进 行管道贯穿的辐射屏蔽 计算属于小概率深穿透 问题， 粒子从源项被抽样仅有很小的概率被输运至墙体外。 解决该 问题主要由三种 方法： 1)增大样本， 该方法会指数型的增加计算时间， 不完全可行， 效率提 升低； 2)计算模式， 通过根据计算分析的工况选取正向输运模式或伴随输运模式； 该方法同 样会面临小概率深穿透问题， 不能完全解决问题； 3)高效的加速方法， 研发和选择合理的加 速方法来增 加程序计算分析的效率。 [0005]目前， 蒙特卡洛程序还没有适用于质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽分析的高效加速 方法。 因此， 如何高效合理的完成质子加速器孔道贯穿的辐 射屏蔽分析和设计是需要解决 的技术难题。 发明内容 [0006]本发明为了解决上述问题， 提出了一种质子加速器孔道贯穿辐射屏蔽设计方法， 可以实现质子加速器辐射屏蔽设计中针对强电、 弱电、 暖通、 给排水、 工艺系统以及设备等 贯穿管道外部的剂量率计算， 精确 地分析出贯穿外部的剂量率， 极大地提高孔道贯穿的设 计效率和精度， 实现多贯 穿件协同设计， 提升屏蔽设计的经济性。 [0007]根据一些实施例， 本发明采用如下技 术方案： [0008]发明提供了一种质子加速器孔道贯 穿辐射屏蔽设计方法， 包括：说　明　书 1/5 页 3 CN 115408863 A 3