防辐射挖掘机安全作业舱辐射屏蔽特性及优化设计研究

摘要

世界核能发电量占全球总发电量的16％。截止2011年，全球共有并网发电的核电反应堆435座，在建或待建核电反应堆222座，均面临着核设施退役和核泄漏应急安全处理处置。我国是核工业大国，军用与民用核设施较多，急需加强退役核设施与核泄漏事故的安全处理处置技术及装备研究。核设施退役与核泄漏事故的处理处置中，核辐射直接威胁作业人员的健康与生命，普通作业技术及装备无法开展工作。为了确保工作人员、公众的健康和安全及保护生态环境，使之免受或减少来已关闭的核设施的辐射危害和其它危害。因此，在核退役过程中所用挖掘机操作人员，如不采取防护措施，可能面临着机体的辐射损伤，亟需研发核退役专用装备。以其提高安全作业舱屏蔽效果，对保障安全作业人员的生命和财产安全具有重要的意义。
　　目前，经改装的作业装备仅能够对核污染不严重的环境进行处理，对于高辐射的退役核设施、核泄漏事故，改装后的作业装备在作业时仍会引起较大的核辐射损伤。因此，为了保证放射性环境中作业人员的人身安全，研制特种安全作业驾驶舱，以保障核设施退役作业与核事故应急行动的顺利实施。因此，本论文主要针对安全作业舱辐射屏蔽特性及其结构进行了优化设计研究。主要研究内容如下：
　　（1）建立了挖掘机安全作业舱模型及驾驶员人体仿真实验模型，利用MCNP5程序模拟了安全作业舱在不同距离（8m,6m,4m,2m）、不同材料（钨镍合金，铅，304不锈钢）的屏蔽性能，并对模拟结果进行了实验验证；
　　（2）分析了影响防辐射挖掘机安全作业舱屏蔽性能的主要因素，即辐射源（60Co）的类型（点源及准直源）、不同源距（安全测试距离：10m，正常操作距离：7m）、安全作业舱不同屏蔽材料（钨镍合金，铅，304不锈钢）及不同结构（全封闭，铅玻璃窗）对其屏蔽体抗γ射线能力的影响；
　　（3）依据模拟计算结果，分析讨论了人体各部位剂量率值及作业舱内空间剂量率，评价了安全作业舱的屏蔽效果，并依据电离辐射防护与辐射源安全基本标准（GB18871-2002）规定的工作人员的照射水平剂量限值（低于0.01mSv/h），确定了三种屏蔽材料的屏蔽厚度；
　　（4）在上述分析结果的基础上，提出了针对人体中部屏蔽加强措施，包括：①在驾驶员身体前侧增设一道屏蔽墙（由铅玻璃制成）或增加防护服的厚度（当源距无法改变时）；②采用带有玻璃窗结构的作业舱，可以将含铅玻璃的铅含量适当加大；③放射源为点源时，需考虑人体头部的辐射防护。

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第一章 引 言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

第二章 实验条件与研究方法

2.1蒙特卡罗方法及MCNP程序

2.2 安全作业舱屏蔽体几何结构和材料选型

2.3 安全作业舱屏蔽性能计算

2.4 安全作业舱屏蔽效果实验验证

2.5 本章小结

第三章 安全作业舱屏蔽性能影响因素分析

3.1 放射源类型的影响

3.2 屏蔽体厚度影响

3.3 屏蔽材料影响

3.4 源-屏蔽体距离影响

3.5 屏蔽体结构影响

3.6 本章小结

第四章 安全作业舱屏蔽性能优化

4.1安全作业舱屏蔽优化目标

4.2安全作业舱屏蔽优化方案分析

4.3 安全作业舱屏蔽性能优化对比

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢