CEPC辐射防护系统调研 辐射防护工作组 2016-05-25.

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1 CEPC辐射防护系统调研 辐射防护工作组

2 辐射防护部分主要内容 辐射屏蔽设计 剂量探测 SR、垃圾桶、超导腔、R2E 高能粒子与物质相互作用
屏蔽墙，防护门，孔道，local shielding（准直区，注入引出区） 水、气、土壤活化，有害气体 剂量探测 个人剂量 场所环境监测 隧道内大剂量监测

3 1. Synchrotron Radiation
同步辐射是由接近光速且进入磁场中的带电粒子所引起的一种电磁辐射。 在CEPC中，120GeV的正负电子穿过二极铁和四极铁(聚焦磁铁)时伴随着同步辐射光。同步辐射光的能谱从可见光区域经过普通诊断X射线能量范围（数百个keV）直到十几MeV。单位长度内的辐射功率巨大，高达1kW/m。 同步辐射将在加速器部件和隧道空气中产生很高的辐射剂量，由此引起的问题： 同步辐射光源项分析、真空管设计 热稳定性分析：真空管、磁铁、岩层 辐射剂量计算：磁铁、隧道空气中的剂量分布情况 有害气体评估：臭氧和氮氧化物 感生放射性研究：真空管、磁铁、空气、冷却水、岩层等

4 1. Synchrotron Radiation
国际机器参数对比 参数 PEPII(USA) KEKB(Japan) LEP(CERN) CEPC(China) e- e+ 束流能量(GeV) 10 4 8 3.5 100 120 弯曲半径(m) 165 13.75 104.46 16.31 3014 6094 电流(A) 3 1.1 2.6 0.0055 0.0166 SR关键能量点(keV) 13.44 10.32 10.88 5.84 708.76 628.93 SR功率(W/m) 804.89 束流管材料 压制 Cu TiN包 Al Pb包Al 环周长 2200m 3000m BEPCII 2.5GeV 40m 250mA 0.8keV 86W/m FCC-hh 真空管结构：锯齿形

5 2. Beam Dump Beam dump：收集废弃束流 CEPC： 120GeV max，SPPC： ~35TeV 加速器名称 粒子类型
粒子能量 损失功率 垃圾桶形状 垃圾桶核心材质 垃圾桶核心尺寸 SLAC 2-Mile LINAC 电子 11 – 25 GeV 2.2 MW(ave) 圆柱体 水/铜 直径173.31cm 长度449.86cm ILC 500 GeV 18 MW(ace)/ 4.5 GW(peak) 水 内径1.8 m 长度 11 m BEPC II 1.89 GeV 378 W 铸铁 直径 40 cm 长度 50 cm CSNS 质子 1.6 GeV 7.5 kW 矩形体 铁 LHC-SPS 120 GeV 6300 GW 石墨/铝/铁 直径 60 cm 700 cm石墨 100 cm 铝 100 cm 铁

6 2. Beam Dump ILC 18 MW LHC 设计方案（同参数不同） SLAC 2-Mile LINAC

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8 3. Radiation produced by SRF
Superconducting RF cavities present an important radiation source both during the conditioning and during normal working conditions. (1) a high intensity source of low energy electrons mainly producing transverse bremsstrahlung X-rays; (2) a low intensity source of high energy electrons travelling parallel to the cavity axis and generating X-rays emitted along the axis; Part of this bremsstrahlung radiation is sufficiently energetic to induce photonuclear reactions resulting in neutron production and activation of material. Radiation protection for conditioning Side shielding is 160 cm and top shielding is cm concrete. On the cavity axis shielding is provided by 80 cm barite concrete with the addition of cm iron. Access is via a 2-legs labyrinth, the first leg being 2 m long and the second one 3 m long. The interlocks act directly on the klystrons or on the power supplies.

9 超导腔所致辐射两种方式 超导腔测试期间，瞬时剂量和电压的曲线 测试工具： Gamma: 高气压电离室 polymer-alanine dosimeters，累积剂量 中子： bubble detector and activation foils 老练导致不锈钢法兰和吸收铜块的剩余剂量 NIM A432 (1999) 1-13

10 4. 材料耐辐照性能 & R2E 材料耐辐照性能 Radiation damage studies have been performed on organic and inorganic materials and on electronic components and metals used in the construction and operation of high-energy accelerators。 Part I of the catalogue contains data on commercially available cable-insulating materials. Part II contains information on thermosetting and thermoplastic resins. Part III contains all items which did not fit into the categories of the two previous reports.

11 The irradiation conditions depend on the size, composition, and function of the item to be tested. Basically, three radiation sources were used for this series of investigations: the 7 MW ASTRA pool reactor at Seibersdorf, Austria; 6 0Co irradiators or spent-fuel elements; dump and target areas of the CERN accelerators;

12 LEP 辐射防护设计报告

13 R2E: radiation to electronics
Radiation effects TID: total ionizing dose DD: displacement damage SEE: single event effect Reliability and radiation Hard failure and Soft failure Methods and improvement Relocation & shielding; Equipment upgrades; Testing; Monitoring; R2e HF2014

14 5. 隧道内辐射场剂量的测量 目的 工具 PAD（polymer alanine dosimeters）电子自旋共振谱仪（ESR）
1 .隧道内有机材料，机械元件辐照损伤评估。 2 .隧道内混合辐射场大剂量率测量。 3. 防护屏蔽效果的验证。 4. 感生放射性水平评估。 工具 PAD（polymer alanine dosimeters）电子自旋共振谱仪（ESR） Passive dosimetry (TLDs etc） 不同型号电离室

15 LEP 不同年份，不同位置，年累积剂量值 LEP2 不同年份，不同位置，年累积剂量值 NIM A384 (1997) NIM A565 (2006) NIM B217 (2004) 77-96 不同年份，不同具体位置材料，年累积剂量值

16 开展实验介绍 简介 丙氨酸剂量计是一种固体剂量计，经电离辐射照射后会形成相对稳定的自由基，自由基浓度在一定范围内与所受剂量成正比。能够对中子，电子束，光子，质子等响应，线性量程为102—104Gy，满足大剂量辐射场测试条件。 中国计量院线自主研发剂量计线性量程为5Gy—4×104Gy,已用于BII直线区测量实验。 测量方法 1. 丙氨酸剂量计钴源刻度实验。2. 常温，干燥，避光存储。3. 现场实验测量后，经ESR谱仪测量自由基含量，并转换为相应的吸收剂量。 中子剂量计算方法： 1.FLUKA模拟计算中子通量。2. 依据热中子和快中子的Re值，进行再次修正结果。

17 谢 谢 感谢丁亚东、阎明洋、石澔玙为报告提供材料