Изучение радиационной обстановки на ускорительном комплексе НПК АЛЬФА. В.Ю.Щеголев, Ю.Г.Тетерев ОИЯИ, Дубна, Россия

В последние годы возрос интерес к ускорителям тяжелых ионов для промышленности. Отличительной особенностью создания коммерческих ускорителей является отказ от универсальности. Зачастую такие установки нацелены на ускорение каких-то конкретных частиц до конкретной энергии. Например, ускорители для производства трековых мембран строятся для ускорения ионов аргона и тяжелее, а диапазон энергий примерно от 1 до 5 МэВ/нуклон. В этом диапазоне энергий радиационные повреждения при прохождении ионов через вещество максимальные. Из других применений пучков ускоренных ионов стоит отметить тестирование электронных компонентов для применения в космосе на радиационную стойкость к космическому излучению.

При проектировании и сооружении радиационно-опасных объектов до 50% стоимости может уходить на биологические защиты и другие технические меры обеспечения радиационной безопасности. Поэтому для минимизации затрат на сооружение биологических защит (в частности) желательно как можно точней знать радиационные параметры объекта. Радиационные параметры (например, выходы нейтронов из мишеней при облучении ионами) таких ускорителей изучались в разных научных центрах [1,2,3]. Однако при энергии ускоренных ионов вблизи кулоновского барьера выходы нейтронов сильно зависят от сочетания пучок – мишень и мало изучены. В связи с этим и насущной необходимостью иметь исходную информацию для проектирования биологических защит ускорительного комплекса по производству ядерных фильтров (комплексБЕТА с циклотроном ДЦ-110 [4]), были проведены измерения на действующем комплексе с аналогичными параметрами (кроме интенсивности пучка).

Ускорительный комплекс НПК АЛЬФА по производству ядерных фильтров в г. Дубна имеет следующие параметры. Пучок ионов 40 Ar +8 ускоряется до энергии 2,4 МэВ/нуклон, выводится электростатическим дефлектором в канал транспортировки пучка. Затем пучок растягивается по горизонтали до ~ 40 см (вертикальный размер пучка ~ 7 см) и подается на облучательную установку. На облучательной установке лавсан (полиэтилентерефталат) толщиной ~ 12 мкм движется, скользя по барабану из нержавеющей стали. Ток пучка на мишени 420 нА (52,5 pnA).

Циклотрон комплекса НПК АЛЬФА.

Установка облучения лавсановой пленки.

Схема измерения 1. Точка измерения Мощность эквивалентной дозы нейтронов [мкЗв/ч] Точка измерения Мощность эквивалентной дозы нейтронов [мкЗв/ч] 1.12,77.7,8 2.7,48.5,8 3.5,29.0,53 4.6,210.0,59 5.2,811.0,82 6.1,312.0,55

Угловое распределение мощности эквавалентной дозы нейтронов от облучательной установки.

Схема измерения 2. Точка измерения Измеряемая детальМощность дозы гамма излучения [мкЗв/ч] 1. рулон облученного лавсана 0,09 2. барабан из нержавеющей стали 0,66 3. корпус облучательной установки 0,07 4. ионопровод над устройством измерения тока пучка 0,11 5. ионопровод 0,11 6. ионопровод 0,11 7. ионопровод 0,11 8. ионопровод 0,07 9. ионопровод 0, устройство диагностики пучка 0, корпус вакуумной камеры циклотрона 0, // - 1, // - 11, // - 2, // - 0, Окно из плексигласа в вакуумной камере циклотрона 30,1 Для оценки радиационной нагрузки для ремонтного и обслуживающего персонала были измерены мощность дозы гамма излучения от наведенной на оборудовании радиоактивности после остановки ускорителя. Ускоритель в течение года работал не менее 1000 часов, а сразу перед остановкой 3 часа непрерывно. Для измерения наведенной активности был использован поверенный дозиметр ДРГ-01m1. Среднее значение результатов 3 измерений представлены в таблице.

Переходя к току пучка проектируемого циклотрона ДЦ-110, а это по 40 Ar 6+ 6 мкА (1 pA), имеем коэфициент усиления ~20. В зале циклотрона и кабинах облучательных установок уровни внешнего излучения много выше установленных для проектирования защиты от внешнего ионизирующего излучения [5]. Поэтому при работе ДЦ-110 в зале циклотрона и кабине принимающей выведенный пучок не должно быть персонала (должна работать система ограничения доступа с блокировкой всех входов), а за пределами здания, где может находиться не персонал группы А, уровни внешнего излучения не должны превышать проектную мощность эквивалентной дозы для населения 0,06 мкЗв/ч.

Задача - измерение выхода нейтронов для разных мишеней. Измерения проводились при замене лавсана в облучательной установке на мишени из графита, меди, тантала, алюминия. Сканирование по горизонтали было отключено и размер пучка на мишени составлял ~ 27 см. Измерения проводились детектором тепловых нейтронов СНМ-18 в цилиндрическом полиэтиленовом замедлителе диаметром 8 дюймов. Измерения проводились на растояниях 1, 2 и 3 метра от мишени под углами от напрвления пучка 0 0, 30 0 и 90 0.

Схема измерения 3.

Калибровка детектора была проведена, когда ускоритель был выключен и на место мишени в облучательную установку был помещен Pu-Be источник с выходом 1±0,1*10 5 нейтронов в секунду. При этом автоматически достигался учет влияния на результаты измерения ослабления и рассеяния нейтронов веществом установки и окружающий ее конструкций здания.

Полученные с учетом калибровки выходы нейтронов показаны совместно с литературными данными.

Список литературы 1. Бескровная Л.Г., Комочков М.М. Прогноз радиационной обстановки и защиты на ускорителях тяжелых ионов. ОИЯИ, Р , Дубна, C. Sunil, A. Saxena, R.K. Choudhury, L.M. Pant, Nucl. Instr. And Meth. A 534 (2004) F. Clapier, C.S. Zaidins, Nucl. Instr. And Meth. 217 (1983) Гикал Б.Н. и др. Препринт ОИЯИ, Р , Дубна, СП –10 (ОСПОРБ 99/2010).