基于cosRMC的同位素电池屏蔽计算研究

• 作者: 王益祺 刘仕倡 靳程建 李锐 孙宁延 韩毅 张显 陈义学
• 来源期刊: 原子能科学技术
• 关键词: 同位素电池 屏蔽计算 MCNP cosRMC 减方差
• 年，卷（期）: 2024,（3）
• 所属期刊栏目: 先进快中子反应堆数值模拟技术及其应用
• 页码范围: 117-124
• 页数: 8页
• 语种: 中文

摘要

热电式同位素电池系统作为一种新型能源系统，在深空、深海探测任务中有广泛应用。钛酸锶热源中的放射性同位素90Sr和90Y会发射β射线，β射线与物质作用产生韧致辐射，韧致辐射具有很强的穿透力，需要为热源安装屏蔽层，以降低辐射剂量。当屏蔽层厚度超过一定值后，蒙特卡罗方法计算结果的统计误差显著增大，采用减方差技术可以提高热电式同位素电池屏蔽计算的准确性。同时，直接电子输运模拟耗时很长，可以通过厚靶韧致辐射模型处理电子产生的光子，从而提高计算效率。本文开展了cosRMC程序的减方差技术和厚靶韧致辐射模型在同位素电池屏蔽计算中的应用研究与验证，基于美国SNAP-21结构的设计方案，采用cosRMC程序对同位素电池进行了精细建模，通过改变外屏蔽层厚度分析其对表面剂量率的影响，并与MCNP结果进行比较。结果表明，在电池径向和轴向使用不同厚度的屏蔽层，cosRMC与MCNP计算的贫铀屏蔽层表面的剂量率的相对误差在±3σ区间内符合良好。采用栅元重要性减方差后，两程序统计误差均减小，且在电池径向5 cm处和轴向4 cm处，结果在±3σ区间内符合良好，进一步验证了cosRMC程序进行热电式同位素电池屏蔽计算的准确性。