BEPCII直线与储存环隧道 辐射场研究 单位：中科院高能物理研究所 报告人：阎明洋.

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1 BEPCII直线与储存环隧道 辐射场研究 单位：中科院高能物理研究所 报告人：阎明洋

2 主要内容 1. BEPCII运行简介 2. 直线隧道内辐射场 3. 储存环区注入区辐射场 4. 总结 5. 下一步工作

3 BEPCII运行简介 • 直线加速器200m，e+/e-2.5GeV，储存环周长400m
• 运行周期：对撞实验，同步供光，暑期检修（停机）。 • 加速器运行分为束流注入与非注入阶段。 研究对象：直线隧道，储存环注入区的辐射场。

4 束流损失产生辐射场的物理过程 •辐射粒子：光子， 中子，少量质子。 •电磁级联反应 电子—光子：韧致辐射，光电效应，康普顿效应，电子对效应。
光子—中子：光核反应，俘获吸收 “巨光核共振” 中子产生机理的定性图 Maxwell Energy Spectrum Peaks

5 直线区域束流损失 e+注入：电子枪出射的电子束脉冲流强为10A，打靶处全 损失。产生流强120mA，出口流强 80mA。 e-注入：电子枪出射束流流强为300mA，末端出口220mA。 •两种束流损在加速中损失了1/3，注入时间5min。 •发射度，加速梯度不同，束流损失不均匀。 非注入阶段: 无束流损失。

6 直线隧道内大剂量辐射场测量 电离室，雷姆仪，6Li/7Li的使用局限。
丙氨酸 (Alanine) /ESR作为一种测量大剂量辐射场的固体剂量计，适用于含有多种射线的辐射场环境。应用于CERN LEP 与合肥光源。 自由基CH·CH(NH2)·COOH→ CH·CH·COOH。 中国计量院FWT-50型，5Gy—4×104Gy。对400KeV光子没有能量依赖。 缺点：无法区分各自粒子的贡献比例，利用MC模拟计算进行校正。 丙氨酸自由基

7 直线隧道内 实验测量 实验条件： 测量结果： 1.对撞实验，e+ / e-能量2.09GeV
直线隧道内 实验测量 对撞机的运行状态图 实验条件： 1.对撞实验，e+ / e-能量2.09GeV 2.环内束流400mA—600mA 3.注入一次/小时 测量结果： 剂量率差别较大：0.1Gy/h至十几个Gy/h。 e+靶前，e+靶区，BQ24后端,直线末端公共区束损较大，剂量率高于其他区1至2个数量级。

8 中子与低LET光子造成的丙氨酸产生自由基的响应比值.
直线隧道 模拟计算 e+ target module Energy spectrum of Neutron and Photon at e+ target 为中子与光子剂量率校正值， 结论: e+靶处中子含量高，其他区域基本忽略中子剂量率。 靶区中子剂量率范围为8.2Gy/h—16.4Gy/h，光子剂量率为0.94 Gy/h。 为中子与光子剂量率校正值 吸收剂量测量结果，取平均值7.5Gy/h RE（Relative Effectiveness）指相同的剂量条件下， 中子与低LET光子造成的丙氨酸产生自由基的响应比值.

9 储存环注入区的辐射场 注入阶段： 高能粒子注入阶段时，在LS磁铁前向段处损失（点损失）。 BLM束流监测系统探测器计数上升。
非注入阶段： 环上均匀损失。 BLM系统示意图 BⅡ东环注入区示意图 注入阶段（5分钟）Q17~15处探测器计数变化

10 储存环注入区 FLUKA模拟结果 计算条件： • 注入阶段：注入点磁铁处损失率50mA/min （4.17×109e-/s）。
均匀损失率为100mA/h。 Neutron and Photon without injection lost rate of e+ and e- in RCS were 100mA/h Neutron and photon energy spectrum of the east storage ring (e-=1.45GeV) Neutron and Photon at injection time lost rate of e- at injection point was 50mA/min

11 储存环注入区 实测数据结果 结论： 光子OSL(Al2O3) :响应范围5keV~40MeV，剂量范围0.01m Sv~10Sv。
储存环注入区 实测数据结果 光子OSL(Al2O3) :响应范围5keV~40MeV，剂量范围0.01m Sv~10Sv。 中子CR-39: 快中子测量0.2mSv~250mSv，热中子0.1mSv~50mSv。 结论： 两者剂量率同量级。光子通量高于中子，中子的品质因子值高。 高Z的巨共振中子（麦克斯韦峰）值约为1.5MeV。模拟计算结果与理论分析吻合。峰值随材料的Z值减少，向高能段漂移。

12 • 改造方案 • MCNPX模拟输运计算 BEPCⅡ东西环防护门改造 拆除耐火砖墙（70cm）和防护门（24cm），建立新防护门（50cm）
储存环区能谱作为辐射源 中子与光子通量转化剂量率，转化系数参照ICRU-57，结合MCNPX计数卡DE/DF。 材料选择布局厚度的优化设计。中子与铅，氢等散射与反应截面(n,γ)(n,xn） 光子屏蔽—铅与混凝土等屏蔽材料的十值厚度。

13 BEPCⅡ东西环防护门改造(续) 结论： 光子谱衰减明显，符合屏蔽规律。 低能中子衰减明显，高能中子能量衰减不显著。 低能中子 高能中子
Neutron  energy spectrum Photon energy spectrum 结论： 光子谱衰减明显，符合屏蔽规律。 低能中子衰减明显，高能中子能量衰减不显著。

14 总结： 1.加速器隧道内为占空因子很小、辐射水平很高的瞬发辐射场。 探测难度大，多种方法结合：个人/大剂量场剂量计，FLUKA/MCNPX。
2.储存环注入区：注入几mSv/h，非注入几十μSv/h；中子与光子同量级。 直线区: 剂量率0.1Gy/h至十几Gy/h；除正点靶区，忽略中子剂量率。 3.屏蔽防护考虑光子与中子的发射率性质不同： 光子前向性明显，中子各向同性。 4.高能中子穿透能力强，对屏蔽体外剂量率的贡献大。

15 下一步工作 1.核素活化法测量隧道内中子通量（E＞20MeV）。 27Al(n,x)22Na , 12C(n,2n)11C …
2. 宽能谱中子的有效屏蔽方法。 中子通量增殖问题 3. 高能中子对屏蔽体外剂量率的贡献。

16 报告结束，谢谢！