GB/T 39325-2020 超导回旋质子加速器辐射屏蔽规范

犐犆犛２７．１２０．９９

犉９１

中华人民共和国国家标准

／—

犌犅犜３９３２５２０２０

超导回旋质子加速器辐射屏蔽规范

犛犲犮犻犳犻犮犪狋犻狅狀犳狅狉狉犪犱犻犪狋犻狅狀狊犺犻犲犾犱犻狀狅犳狊狌犲狉犮狅狀犱狌犮狋犻狀狉狅狋狅狀犮犮犾狅狋狉狅狀

狆犵狆犵狆狔

２０２０１１１９发布２０２１０６０１实施

国家市场监督管理总局

发布

国家标准化管理委员会

／—

犌犅犜３９３２５２０２０

前言

本标准按照／—给出的规则起草。

ＧＢＴ１．１２００９

本标准由全国核能标准化技术委员会（／）提出并归口。

ＳＡＣＴＣ５８

本标准起草单位：合肥中科离子医学技术装备有限公司、中国科学院等离子体物理研究所。

：、、、、、、、、、、、

本标准主要起草人宋云涛徐坤雷明准陈永华冯汉升陆坤李俊丁开忠刘璐陈根郑金星

魏江华、李实、杨庆喜、李君君、邢以翔、韩曼芬、黄漪。

Ⅰ

／—

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超导回旋质子加速器辐射屏蔽规范

１范围

本标准规定了超导回旋质子加速器机房屏蔽的一般要求、剂量率参考控制水平、屏蔽计算和辐射监

测等要求。

本标准适用于质子能量在７０ＭｅＶ１０００ＭｅＶ范围内的超导回旋质子加速器的辐射屏蔽设计，

～

也可用于质子能量在７０ＭｅＶ１０００ＭｅＶ范围内的其他类型质子加速器的辐射屏蔽设计。

～

２规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

。，（）。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

／核科学技术术语辐射防护与辐射源安全

ＧＢＴ４９６０．５

／—用于中子外照射放射防护的剂量转换系数

ＧＢＺＴ２０２２００７

３术语和定义

／界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

ＧＢＴ４９６０．５

３．１

超导回旋质子加速器狊狌犲狉犮狅狀犱狌犮狋犻狀狉狅狋狅狀犮犮犾狅狋狉狅狀

狆犵狆狔

采用超导磁体提供恒定导向磁场，利用常频电场加速，质子束流沿着螺旋轨道运动的圆形加速器。

３．２

居留因子狅犮犮狌犪狀犮犳犪犮狋狅狉

狆狔

犜

辐射源在出束时间内，在区域内最大受辐照人员驻留的平均时间占出束时间的份额。

３．３

使用因子狌狊犲犳犪犮狋狅狉

犝

（）。

初级辐射束有用束向某有用束屏蔽方向照射的时间占总照射时间的份额

３．４

束流损失犫犲犪犿犾狅狊狊

、、、，

质子束流在形成加速引出输运过程中与加速器系统部件相互作用所导致的束流强度与束流能

量的部分损失或者全部损失。

３．５

次级中子狊犲犮狅狀犱犪狉狀犲狌狋狉狅狀

狔

质子与物质相互作用产生的中子。

注：一般情况下，次级中子包括级联中子和蒸发中子。

１

／—

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３．６

级联中子犮犪狊犮犪犱犲狀犲狌狋狉狅狀

质子与物质相互作用时，通过级联反应产生的中子。

注级联中子的能量最高可达入射质子的最高能量

：。

３．７

蒸发中子犲狏犪狅狉犪狋犲犱狀犲狌狋狉狅狀

狆

，。

质子与物质相互作用时总中子产额中除级联中子以外的中子

注：蒸发中子的能量较低，通常在１０ＭｅＶ以下，分布为各向同性。

３．８

屏蔽透射因子狊犺犻犲犾犱犻狀狋狉犪狀狊犿犻狊狊犻狅狀犳犪犮狋狅狉

犵

在某一点与辐射源之间有屏蔽和无屏蔽时，该点处辐射水平的比值。

：，。

注屏蔽透射因子的值越小表示屏蔽效果越好

３．９

天空散射辐射狊犽狊犺犻狀犲狉犪犱犻犪狋犻狅狀

狔

穿透屏蔽室顶的辐射与室顶上方空气发生作用而散射到屏蔽室外某一定距离处的辐射。

３．１０

侧散射辐射狊犻犱犲狊犮犪狋狋犲狉犲犱狉犪犱犻犪狋犻狅狀

射入屏蔽室屋顶的辐射与屋顶屏蔽物质作用所产生的并穿出屋顶散射至屏蔽室屋顶所张立体角区

域外的次级辐射。

注：侧散射辐射所关心的位置为辐射源屏蔽室外一定距离处人员驻留的建筑物中高于屏蔽室屋顶的楼层。

３．１１

有效衰减长度犲犳犳犲犮狋犻狏犲犪狋狋犲狀狌犪狋犻狅狀犾犲狀狋犺

犵

，（）／。

在非带电粒子辐射束射入某种材料的路径中将辐射剂量率减少至１ｅ所需的材料厚度

注：ｅ是自然常数。

３．１２

剂量率参考控制水平犱狅狊犲狉犪狋犲狉犲犳犲狉犲狀犮犲犮狅狀狋狉狅犾犾犲狏犲犾

，。

根据辐射防护实际工作的需要为开展辐射屏蔽设计而规定的某位置剂量率的控制水平

４机房屏蔽的一般要求

４．１基本要求

４．１．１应结合超导回旋质子加速器（以下简称“质子加速器”）的规模、功率和用途，按相关规定确定剂

量约束值。

４．１．２以剂量约束值为依据，对不同驻留区域的屏蔽进行设计，设计中应关注漏射、散射和次级射线散

射的影响，并为内照射留出适当的安全裕量。

，。

４．１．３按照质量保证要求进行安装和运行防止运行中临时性条件变动带来的屏蔽缺损

，。

４．１．４在辐射屏蔽设计阶段应考虑辐射防护管理和职业照射控制的辐射分区需求

４．２屏蔽所考虑的环境条件

４．２．１质子加速器机房一般应设置在单独的建筑内或作为建筑物底层的一端，质子加速器系统中靶室

和辅助机房的坐落位置应考虑周围环境与场所内驻留人员的状况及其可能的改变并应根据相关安全

，

要求确定所需屏蔽。

４．２．２在设计和评价质子加速器机房屋顶或靶室屋顶的屏蔽时，应充分考虑天空散射辐射和侧散射辐

射对临近场所驻留人员的照射。

２

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４．３质子加速器机房和靶室的布局要求

。、、

４．３．１控制室应独立于质子加速器机房设置质子加速器系统中辅助机械电气水冷设备等可以与

，。

质子加速器主系统装置分离的设备应尽量设置于质子加速器机房外

４．３．２控制室、相邻靶室（多靶室系统中）等具有较大居留因子的用室，应尽量避开质子束可直接照射

到的区域。

４．３．３根据场所空间和环境条件，确定机房或靶室进出口的屏蔽措施。机房进出口采用迷道设计时，

。，

迷道宽度应充分考虑安装与维护设备的通过机房进出口采用防护门等非迷道式屏蔽手段时应确保

屏蔽的有效性和可靠性。

４．４缝隙、贯穿孔和其他薄弱环节的屏蔽考虑

，，。

４．４．１机房采用混凝土整体浇筑时应采用合理的浇筑工艺防止出现裂纹和过大的气孔屏蔽墙体

，，

存在预留安装口时安装口填充物与已浇筑混凝土的交接处应尽量避免出现贯穿直缝并评估缝隙对屏

蔽性能的影响。

４．４．２机房屏蔽体采用预制件（混凝土块或钢板）时，交接处应尽量避免出现贯穿直缝，并评估缝隙对

屏蔽性能的影响。

（、、），

４．４．３穿过屏蔽墙体的贯穿孔包括通风电气水管等应尽量避开控制台等人员高驻留区并尽量采

，。

用多次弯折设计控制孔道的辐射泄露

５剂量率参考控制水平

５．１关注点的选取

，，

５．１．１存在辐射源的房间屏蔽墙体外距墙体外表面３０ｃｍ处选择人员受照剂量可能最大的位置作

为关注点。

、、

５．１．２质子加速器机房和靶室上方已建拟建的建筑物临近建筑物的高度超过自辐射源点至质子加

，

速器机房或靶室屋顶内表面边缘所张立体角区域内的高层建筑物中人员驻留处选择人员受照剂量可

能最大的位置作为关注点。

５．１．３选择公众成员可能受到明显照射的其他位置作为关注点。

５．２剂量率参考控制水平的确定

屏蔽体外关注点的剂量率参考控制水平应结合年剂量约束值、质子加速器的出束时间、使用因子和

。。

关注点的居留因子确定剂量率参考控制水平的确定方法参见附录Ａ

６屏蔽计算

６．１屏蔽计算方法

，、、

屏蔽计算应以剂量率参考控制水平为目标综合考虑质子加速器参数束流损失与辐射源次级辐

射，合理进行屏蔽体设计及计算。

６．２屏蔽计算应考虑的因素

、。，

高能质子打靶会产生次级质子次级中子和射线等在最高质子能量情况下质子加速器系统的

γ

屏蔽设计只需要考虑次级中子。在屏蔽计算时，应考虑质子加速器系统部件本身的屏蔽作用。

３

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６．３质子相关参数

质子相关参数包括：

ａ）质子束流损失与利用的位置和方向；

ｂ）质子的能量范围；

）质子的束流强度范围。

ｃ

６．４多辐射源

，（），

如果质子加速器系统中存在多个辐射源在计算某一关注点的剂量率时应同时考虑各个辐射源

的贡献。

６．５次级中子源项估算

能量为的质子打击中等或高原子序数材料的次级中子产额（）按公式（）

７０ＭｅＶ１０００ＭｅＶ犙犈１

～

估算：

（／）１．６

０．６３３．６犈犈

（）（／）［－×０］……（）

犙犈６犈犈１ｅ１

＝×０×－

式中：

（）———，；

犙犈次级中子产额无量纲

———，（）；

犈入射质子能量单位为兆电子伏ＭｅＶ

———基准能量，。

犈０１０００ＭｅＶ

，，（，）

次级中子的发射并不是各向同性的距离打靶位置１ｍ处次级中子注量Φ犈θ沿角度的分布

（）：

按公式估算

２

／１．６

（）

３．６犈犈

－×０

１ｅ

－

，……（）

（）

犈犆２

Φθ＝×

Φ２

（／／／）

θθ＋４０犈犈

０槡０

式中：

－２

（，）———，（）；

犈次级中子注量单位为每平方米ｍ

Φθ

－２

———，（）；

犆Φ常数５０００单位为每平方米ｍ

———，（）；

犈入射质子能量单位为兆电子伏ＭｅＶ

———基准能量，；

犈０１０００ＭｅＶ

———，（）；［，］；

次级中子出射方向与质子束流入射方向的夹角单位为度°＝０°１８０°

θθ

———单位角度，。

θ１°

０

在没有屏蔽结构时，距离打靶位置处，次级中子产生的周围剂量当量（，）按公式（）

１ｍ犎犈θ３

０

估算：

／１．６

（）

３．６犈犈

－×０

１ｅ

－

（，）………………（）

犎犈犆３

θ＝×

０犎２

（／／／）

θθ＋４０犈犈

０槡０

式中：

（，）———周围剂量当量（以下简称“剂量”），单位为希沃特（）；

犎犈θＳｖ

０

———－１０，（）；

犆犎常数２×１０单位为希沃特Ｓｖ

———，（）；

犈入射质子能量单位为兆电子伏ＭｅＶ

———基准能量，；

犈０１０００ＭｅＶ

———次级中子出射方向与质子束流入射方向的夹角，单位为度（）；［，］；

°＝０°１８０°

θθ

———单位角度，。

θ１°

０

注－１４２

：公式（）由中子注量（，）与注量剂量转换因子相乘得到，注量剂量转换因子保守取值为·。

３犈４×１０Ｓｖｍ

Φθ

束流强度为的质子束产生的次级中子剂量率按公式（）估算：

犐４

４

／—

犌犅犜３９３２５２０２０

·犐

…………（）

犎犎犆４

＝××

００ｔ

犲

Ｉ

式中：

·

———次级中子剂量率，单位为希沃特每小时（／）；

犎０Ｓｖｈ

———单个质子产生的剂量，单位为希沃特（）；

犎０Ｓｖ

———，（）；

犐质子束流强度单位为安培Ａ

－１９

———基本电荷量，；

犲犲＝１．６０×１０Ｃ

ＩＩ

———时间转换因子，／。

犆犆＝３６００ｓｈ

ｔｔ

注：本标准中为了区别自然常数和基本电荷量，基本电荷量用表示。

犲

Ｉ

６．６屏蔽墙体后中子剂量率估算

（），

当关注点与打靶位置的距离远大于质子束流与材料相互作用区域的几何尺寸大于倍时可将

７

靶视为点源。

（）（）：

屏蔽墙体后某关注点见图的中子剂量率按公式估算

Ｐ１５

··－犱ｅｆｆ狉１．５

０

犜犞犔…………（）

犎犎１０５

＝××

Ｐ０（）

狉

Ｐ

式中：

·

———，（／）；

屏蔽墙体后点的中子剂量率单位为希沃特每小时

犎ＰＰＳｖｈ

·

———，（／）；

犎０次级中子剂量率单位为希沃特每小时Ｓｖｈ

———，／，

屏蔽墙体的有效厚度有效厚度与墙体厚度的关系为单位为厘米

犱犱犱犱＝犱ｃｏｓ

ｅｆｆｅｆｆ１ｅｆｆ１α

（）；

ｃｍ

———，（）；

犜犞犔屏蔽材料的十分之一值层单位为厘米ｃｍ

———单位距离，；

狉１ｍ

０

———