趙輝庭，王攀，李向陽(yáng)，楊明理，唐林軍

(1.南華大學(xué)，湖南 衡陽(yáng) 421001；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

蒙特卡洛模擬在粒子輸運(yùn)研究中應(yīng)用廣泛，MCNP5是用于計(jì)算復(fù)雜三維幾何結(jié)構(gòu)中粒子輸運(yùn)的大型多功能蒙特卡洛程序[1]。MCNP5模擬的精確性取決于它的輸入?yún)?shù)是否符合實(shí)際測(cè)量值，模擬文件的主要參數(shù)有尾渣的幾何模型、密度、元素質(zhì)量占比、尾渣放射性核素的能量段和絕對(duì)強(qiáng)度等[2]。元素質(zhì)量占比通常采用X熒光法測(cè)量，該方法屬于半定量分析，分析誤差較大，所以有必要評(píng)估元素質(zhì)量占比分析誤差對(duì)于γ吸收劑量率模擬計(jì)算結(jié)果的影響大小。以Ce、La、Nd、Pb、Th、U、Zr元素作為研究對(duì)象，在原始占比的基礎(chǔ)上減小或增大占比，探究這些元素質(zhì)量占比的實(shí)際分析誤差對(duì)模擬結(jié)果的影響。

1 模擬試驗(yàn)

1.1 MCNP5模擬主要輸入?yún)?shù)

稀土尾渣桶的MCNP5模擬輸入?yún)?shù)：尾渣桶為圓柱形鐵皮桶，內(nèi)半徑為30 cm、壁厚0.17 cm、高89.17 cm；桶中稀土尾渣高度為58 cm，其余部分為空氣。MCNP5模擬稀土尾渣桶幾何模型如圖1所示。

圖1MCNP5模擬稀土尾渣桶幾何模型

模擬中為了記錄尾渣桶周?chē)諝猞梦談┝柯?，使?F6計(jì)數(shù)卡對(duì)2個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行記錄。探測(cè)器1位于廢渣桶頂部中心貼桶蓋外表面；探測(cè)器2距離桶外壁3 cm，距離地面30 cm。

實(shí)測(cè)稀土尾渣密度為1.32 g/cm3，含水率為44%，樣品烘干后228Ac、212Pb、238U比活度分別為150.37、476.78 Bq/g和12.4 Bq/g。

采用X熒光法測(cè)量稀土尾渣元素質(zhì)量占比，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1稀土尾渣元素質(zhì)量占比X熒光分析結(jié)果

1.2 模擬計(jì)算公式

*F6計(jì)數(shù)卡可追蹤粒子在物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度并估算沉積的能量，單位為Jerks/g(1 Jerks/g=1×109J/g)，根據(jù)式(1)、(2)、(3)計(jì)算尾渣桶周?chē)目諝猞梦談┝柯蔥3-4]。

(1)

(2)

(3)

如前文所提到的，桑迪·斯各格蘭德絕非裝置攝影的唯一實(shí)踐者，但她卻是唯一一位將裝置本身與其攝影作品一同當(dāng)作藝術(shù)作品來(lái)構(gòu)想、建造與推廣的藝術(shù)家。評(píng)論家安·西弗斯(Ann Sievers)認(rèn)為，這兩種藝術(shù)形式“相互依賴且同等重要”。

基于MCNP5模擬調(diào)整元素質(zhì)量占比，在原始測(cè)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，描述輸入文件中材料卡元素質(zhì)量占比對(duì)模擬結(jié)果的影響。采用MCNP5進(jìn)行2×109粒子抽樣模擬計(jì)算[5-7]。

(4)

“頭腦風(fēng)暴”和“延遲評(píng)價(jià)”培養(yǎng)了學(xué)生積極思考的意識(shí)和大膽探索的精神，也彰顯了語(yǔ)文課堂的魅力。一個(gè)孩子畢業(yè)后，在給我的教師節(jié)賀卡上寫(xiě)道：“老師，我好想回到兩年前的某一天，天馬行空，大腦風(fēng)暴……”

從表3可看出，除了Th外，其他6個(gè)元素在更改其質(zhì)量占比后的γ吸收劑量率的相對(duì)偏離均在3%以內(nèi)，模擬計(jì)算結(jié)果非常接近，可見(jiàn)這6個(gè)元素的質(zhì)量占比的測(cè)量誤差對(duì)于最后的模擬結(jié)果幾乎沒(méi)有影響，可以忽略不計(jì)。從圖2、圖3中可以看到Th元素的γ吸收劑量率隨著元素的質(zhì)量占比增加下降的很快，當(dāng)Th元素的質(zhì)量占比達(dá)到15%時(shí)，探測(cè)器1處γ吸收劑量率的相對(duì)偏離為4.10%，探測(cè)器2處γ吸收劑量率的相對(duì)偏離為5.19%，相對(duì)偏離較為明顯。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不敏感元素質(zhì)量占比對(duì)γ吸收劑量率的影響

模擬計(jì)算過(guò)程中的相對(duì)偏離定義為：

尾渣桶周?chē)諝猞梦談┝柯实哪M計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，表3中每個(gè)元素質(zhì)量占比列項(xiàng)的第一個(gè)數(shù)值為實(shí)際測(cè)量值，相對(duì)偏離是變化后的元素占比和實(shí)際測(cè)量值相比較。探測(cè)器處空氣γ吸收劑率變化如圖2、圖3所示。

表2Cl元素質(zhì)量占比變化模擬計(jì)算結(jié)果

2.2 敏感元素質(zhì)量占比對(duì)γ吸收劑量率的影響

研究中為了保持元素占比總和100%不變，在改變其他元素的質(zhì)量占比時(shí)，調(diào)整氧元素質(zhì)量占比來(lái)填補(bǔ)因改變其他元素質(zhì)量占比產(chǎn)生的空缺[8]。研究發(fā)現(xiàn)只改變氯元素和氧元素的質(zhì)量占比，其他元素的質(zhì)量占比不變，模擬計(jì)算結(jié)果的相對(duì)偏離最大值為1.03%(表2)，對(duì)于模擬計(jì)算結(jié)果的影響可以忽略，故可以認(rèn)為氧元素和氯元素的占比在20%以內(nèi)變化對(duì)于模擬結(jié)果沒(méi)有影響。

表3MCNP5模擬計(jì)算尾渣桶周?chē)諝猞梦談┝柯?/p>

圖2探測(cè)器1處空氣γ吸收劑率變化

圖3探測(cè)器2處空氣γ吸收劑率變化

1.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)低端化、同質(zhì)化嚴(yán)重。目前，重慶市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展局限于單純的農(nóng)業(yè)資源開(kāi)發(fā)，在經(jīng)濟(jì)性動(dòng)植物種養(yǎng)、農(nóng)業(yè)體驗(yàn)和農(nóng)家樂(lè)餐飲等方面陷入惡性競(jìng)爭(zhēng)。另一方面，重慶市許多特色農(nóng)業(yè)資源、鄉(xiāng)土文旅資源“藏在深閨人未識(shí)”，亟待對(duì)標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)。2017年，重慶第一產(chǎn)業(yè)增加值增長(zhǎng)4.0%，年增速不到第二、三產(chǎn)業(yè)一半；在第一產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，種植業(yè)占比65.6%，畜牧、漁業(yè)及農(nóng)林牧漁服務(wù)業(yè)發(fā)展仍然不成熟，特別是作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重要構(gòu)成的農(nóng)林牧漁服務(wù)業(yè)占比僅1.8%。

任何產(chǎn)業(yè)，尤其是針對(duì)人的旅游產(chǎn)業(yè)，沒(méi)有一套科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)適用的辦法，是難以保證企業(yè)和諧永序良性發(fā)展的。在制度的框架內(nèi)依法依規(guī)辦事，可以約束人，讓人遵紀(jì)守法，不去觸碰法律的底線。

4 結(jié)論

將Ce、La、Nd、Pb、Th、U、Zr元素在不同質(zhì)量占比情況下的模擬計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，得出以下結(jié)論：

1)運(yùn)用MCNP5模擬稀土尾渣桶周?chē)諝猞梦談┝?，在可能的分析誤差范圍內(nèi)Ce、La、Nd、Pb、Zr元素質(zhì)量占比的測(cè)量誤差不會(huì)給模擬計(jì)算的吸收劑量率帶來(lái)較大影響。

2018年11月17～18日，由清華大學(xué)工業(yè)工程系主辦，中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、教育部高等學(xué)校工業(yè)工程類(lèi)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)指導(dǎo)的第十三屆“東風(fēng)日產(chǎn)杯”清華I E亮劍全國(guó)工業(yè)工程應(yīng)用案例大賽暨中國(guó)創(chuàng)新方法大賽工業(yè)工程創(chuàng)新方法專(zhuān)項(xiàng)賽在清華大學(xué)召開(kāi)。

2)研究的7個(gè)元素，在可能的分析誤差范圍內(nèi)，Th元素質(zhì)量占比變化對(duì)于模擬吸收劑量率有比較明顯的影響。在模擬試驗(yàn)中，建議采用較精確的分析方法來(lái)測(cè)量Th元素在稀土尾渣中的質(zhì)量占比，以降低分析誤差對(duì)模擬計(jì)算的影響。