程鵬亮，胡 平，魏道斌，饒晨曦，文 麗，張 鵬

（1.銅仁市生態(tài)環(huán)境局，貴州 銅仁 554300；2.銅仁市第二小學(xué)，貴州 銅仁 554300）

當(dāng)前，隨著核科技醫(yī)療水平的發(fā)展，核技術(shù)在醫(yī)學(xué)上逐漸得到發(fā)展。γ射線作為核輻射的重要組成部分，其穿過(guò)人體細(xì)胞時(shí)，會(huì)使細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)的原子和分子發(fā)生離解或激發(fā)。如果分子被離解,有的離解部分就會(huì)帶上電荷，這就破壞了細(xì)胞的正常功能，使身體出現(xiàn)異常病變。如果生殖細(xì)胞受到損害，還可能遺傳給下一代，使下一代的生長(zhǎng)和發(fā)育反?；蚧蝃1]。正因如此，核輻射越來(lái)越受到人們的關(guān)注與重視，核輻射防護(hù)日益成為人們所面臨的重要問(wèn)題之一。自2016年開啟中央生態(tài)環(huán)境督察以來(lái)，核輻射防護(hù)作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)重要工作面臨困境已進(jìn)入瓶頸期。核技術(shù)利用環(huán)境影響評(píng)價(jià)一般都采用類比的方法進(jìn)行，該方法不利于前期的輻射防護(hù)屏蔽的設(shè)計(jì)。采用蒙特卡洛方法模擬γ射線吸收和理論值進(jìn)行對(duì)比，讓人們更加科學(xué)清楚地認(rèn)識(shí)核輻射，并為核技術(shù)利用環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告的前期輻射屏蔽的設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的計(jì)算方法。

1 γ射線與物質(zhì)的相互作用

γ射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，主要是發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子偶效應(yīng)3種效應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)研究的主要是窄束γ射線在物質(zhì)中的吸收規(guī)律。所謂窄束γ射線，是指不包括散射成分的射線束通過(guò)吸收片后的γ光子，僅由未經(jīng)相互作用或稱為未經(jīng)碰撞的光子所組成。

射線在介質(zhì)中的衰減服從指數(shù)規(guī)律[2]：

式中：I為射線經(jīng)過(guò)某一介質(zhì)厚度的模擬計(jì)數(shù)（減去本底）；I0為起始射線未經(jīng)過(guò)介質(zhì)的模擬計(jì)數(shù)（減去本底）；d為介質(zhì)厚度，cm；μ為γ射線經(jīng)過(guò)介質(zhì)的線吸收系數(shù)，cm-1。

2 MCNP模型建立

利用MCNP軟件建立模型的過(guò)程中，將放射源作為點(diǎn)源來(lái)處理，模擬的點(diǎn)源為60Co和137Cs源，根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料的實(shí)物幾何，建立模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如圖1所示。為了和理論數(shù)值能夠很好地統(tǒng)一，經(jīng)查閱有關(guān)文獻(xiàn)[3]，大理石、水泥板組分的數(shù)據(jù)分別如表1、表2所示，各物質(zhì)的密度如表3所示。此次模擬實(shí)驗(yàn)利用MC軟件中的F4卡計(jì)數(shù)。

圖1 MCNP實(shí)驗(yàn)器材模擬圖

表1 大理石主要元素組成 單位：%

表2 水泥板主要組成元素 單位：%

表3 模擬實(shí)驗(yàn)各物質(zhì)密度 單位：g/cm3

3 模擬數(shù)據(jù)擬合分析

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法線性擬合，其中大理石、鉛、鐵、水泥板各自對(duì)60Co、137Cs吸收系數(shù)擬合分別如圖2～圖9所示。

圖2 大理石對(duì)60Co吸收系數(shù)線性擬合

圖3 鉛對(duì)60Co吸收系數(shù)線性擬合

圖4 鐵對(duì)60Co吸收系數(shù)線性擬合

圖5 水泥板對(duì)60Co吸收系數(shù)線性擬合

以上線性擬合線性方程的斜率即是物質(zhì)對(duì)不同能量的線性吸收系數(shù)，整理后的模擬值如表4所示。經(jīng)查閱有關(guān)文獻(xiàn)[4-7]，得知表4的理論值，最后得到相對(duì)誤差。

圖6 大理石對(duì)137Cs吸收系數(shù)線性擬合

圖7 鉛對(duì)137Cs吸收系數(shù)線性擬合

圖8 鐵對(duì)137Cs吸收系數(shù)線性擬合

表4 數(shù)值分析表

從表4可以看出，模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值誤差小，較為準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上對(duì)其他材料在不同能量的吸收系數(shù)進(jìn)行的數(shù)值模擬，但發(fā)現(xiàn)相對(duì)誤差小的情況下，模擬值均比理論值小，其原因可能有2點(diǎn)：（1）模擬中沒有考慮自然界的輻射背景值；（2）模擬實(shí)驗(yàn)中采用的F4計(jì)數(shù)卡也會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論與展望

（1）鉛對(duì)60Co的線性吸收系數(shù)為0.6376，其相對(duì)誤差為0.054006；鐵對(duì)60Co的線性吸收系數(shù)分別為0.3924，其相對(duì)誤差為0.080815；鉛對(duì)137Cs的線性吸收系數(shù)為1.1944，其相對(duì)誤差為0.015334。

（2）通過(guò)結(jié)論（1）的驗(yàn)證，采用蒙特卡洛數(shù)值模擬得出：大理石60Co的線性吸收系數(shù)為0.1518；大理石對(duì)137Cs的線性吸收系數(shù)為0.2151；水泥板對(duì)60Co的線性吸收系數(shù)為0.1183；水泥板對(duì)137Cs的線性吸收系數(shù)為0.1492；鐵對(duì)137Cs線性吸收系數(shù)為0.5566。

（3）通過(guò)部分物質(zhì)模擬值和理論值的比較，相對(duì)誤差均在9%以內(nèi)，表明該方法具備現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的可行性和科學(xué)性。

（4）依據(jù)結(jié)論（3）可認(rèn)定，在輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)過(guò)程中，前期輻射屏蔽設(shè)計(jì)部分所采用的類比經(jīng)驗(yàn)法可用蒙特卡洛方法進(jìn)行替代，提高該過(guò)程的科學(xué)性。