专利名称：确定辐射剂量的方法以及用于确定相关等剂量曲线的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定辐射剂量的方法以及一种用于根据本发明的方法所确 定出的剂量来确定等剂量曲线的方法。
背景技术：
给定辐射的等剂量曲线是假想的线或面，在所述线或面上，辐射剂量实质上恒定。 在以下说明中，术语“辐射(radiation)”将被理解为、辐射、中子放射或α粒子放射。包含可裂变材料的设施具有发生临界事故的风险，尽管存在用于限制此种风险的 所有解决方案。发生临界事故的后果是大量地外部暴露于所放射的辐射的风险以及在设施 及/或环境中因放射性产品的散布而发生内部暴露的风险。本发明适用于处理外部暴露风 险。当在设施中发生临界事故时，出于安全原因，确定由事故引起的有害辐射是如何 分布的非常重要。根据现有技术，辐射剂量是使用算盘(abaci)来人工计算。这些使用算 盘进行的计算是在设施的水平面中进行。如果在源平面(包含发出有害辐射的源的设施水 平面)中进行的计算能很好地描述辐射剂量的分布，则在平行于该源平面的平面中进行的 计算会导致对此分布的更复杂描述。此外，由于以人工方式进行计算，误差风险不可忽略并 且计算时间可能较长。本发明则不具有这些缺点。
发明内容
实际上，本发明涉及一种用于确定由设施中的可裂变材料的源发出的辐射的剂量 的方法，其特征在于包括以下步骤—确定在所述源的可裂材料中发生的裂变的次数，所述裂变的次数是时间的函 数；一确定形成所述设施的垂直壁和地板的材料的衰减系数，以及更一般地，确定有 可能被置于所发出辐射的轨线上的任何屏蔽物的衰减系数；一根据所述设施的描述性几何数据，在源平面与平行于所述源平面的观察平面之 间，确定一组特征平面，其中该源平面实质上垂直于所述设施的垂直壁并包含表示所述辐 射源的点源，所述特征平面平行于所述源平面，且每个特征平面均包含所述点源及介于所 述设施的两个垂直壁之间的至少一个接合边缘；一围绕垂直于所述源平面并穿过所述点源的轴线对所述特征平面进行倾斜扫描， 以限定至少一个计算平面；一对于所述计算平面，确定一组特征线，每一特征线均穿过所述点源和位于两个 接合边缘的接合处的至少一个点；一在位于所述观察平面与所述计算平面的相交处的计算线上，确定所述计算线与 所述特征线之间的交点的位置；
一从存在于所述计算线上的交点中，选择位于所述设施的露天区域中的交点；一根据裂变次数与时间的关系、所述点源距点Δ j的距离、以及垂直壁和/或地板 的构成材料的衰减系数和/或将所述点源与所述点△ JS开的任何屏蔽物的衰减系数，计 算存在于每一个点\处的辐射剂量Cl(Aj)。本发明还涉及一种用于确定由设施中的可裂变材料的源发出的辐射的等剂量曲 线的方法，其特征在于依次包括一根据本发明的一种用于确定剂量的方法；以及一将通过本发明的方法所确定的剂量d(Ap与预定的剂量间隔相比较，使得一如果两个连续的所选交点Aj Aj+1的两个计算出的剂量Cl(Aj)与d(Aj+1)属 于同一剂量间隔，则在这两个计算点之间分配同一附属区；以及一否则，通过二分法寻找一个或多个其剂量d(Ak)为剂量间隔界限的点Ak，在属 于同一剂量间隔的两个连续点之间分配同一附属区，一根据分配给计算出的辐射剂量的所述附属区，沿所述计算线形成所述等剂量曲 线。在设计须包含可裂变材料的设施时，通过应用本发明的方法，就能有利地实施对 将来可能出现的临界事故的后果的分析，以便一限定所述设施的疏散路径，一确定所述设施中的分组点，一确定用于探测临界事故的探头的位置，一在所述设施的周围区域中标出存在外部暴露风险的区(如果存在的话)。当在设施中发生临界事故时，利用本发明的方法，可有利地以实时方式实施—评估位于所述设施中或靠近所述设施的工人的潜在外部暴露风险，一作为对与应急计划有关的措施的补充，在所述设施处放置为处理危机所需的装 置或设置所需的程序。本发明的方法优选地通过计算机进行应用。
参照附图阅读本发明的优选实施例，本发明的其它特征及优点将变得一目了然， 附图中一图1示意性地例示包含可裂变材料的实例性设施，在该设施中可能会发生临界 事故；一图2例示本发明的剂量确定方法的方框图；一图3例示本发明的等剂量曲线确定方法的方框图；一图4例示用以在其中根据本发明的方法来计算剂量的所述设施的体积的剖面 图；一图5例示适用于根据本发明的方法的剂量计算的一组特征平面；一图6例示适用于根据本发明的方法的剂量计算的一组特征线；—图7例示在观察平面中根据本发明的方法所获得的等剂量曲线的实例性分布。在所有附图中，相同的标记均指示相同的元件。
具体实施例方式图1示意性地例示其中可能会发生临界事故的实例性设施。该设施例如由多个楼层的建筑物组成，每一楼层包括多个房间。在该设施的不同 房间中分布有不同的测量传感器C 。传感器Cnm用于在出现实际临界事故的情况下实施辐 射测量，从而能够识别发出有害辐射的源。传感器Cnm例如为电离室、比例传感器等。该设 施位于直接参照系(x，y，z)中，其中Z轴是竖轴，沿Z轴限定该设施的高度，平面(X，y)则 为该设施的水平面。图2例示本发明的剂量确定方法的不同步骤(步骤1-9)的方框图。本发明的方法首先进行三个数据读取步骤，即步骤1，用于读取该设施的几何数 据；步骤2，用于读取源数据；以及步骤3，用于读取布局数据。读取步骤1-3的实施次序并 不重要，这三个步骤也可同时实施。在步骤1中读取的设施的几何数据G代表建筑物的体块(bulk)配置(建筑物的不 同房间、建筑物的外护层(envelope))以及存在于建筑物中的保护性屏蔽物的几何配置。在步骤2中读取的源数据S是与发出辐射的源有关的数据。这些数据由在事故位 置发生的裂变次数(所述裂变次数是时间的函数)、用于描述其中发生事故的箱体(点源 或体块源)的几何形状的几何数据以及用于表征其中发生事故的介质(液体介质、粉末、金 属)的介质数据组成。这些数据一方面是通过由已探测到临界事故的传感器所传递的辐射 测量值、另一方面是通过与存在于所述设施中的不同产品相关的预先记录信息获得。布局数据T包含—阈值数据，其限定预定的剂量间隔(interval)，所计算的剂量将分布于这些预 定的剂量间隔中，以及一几何数据，与所述设施的期望在该处进行剂量计算的点相关(该设施的观察平 面、特定区或特定点)。在读取步骤1、2及3之后，接着进行步骤4，用于评估构成所述设施的不同材料 Mk (k = 1,2, ... , η)的衰减系数K(Mk) (k= 1,2, ...,η)以及评估表示在所述设施的不同 点P上在不存在任何壁或屏蔽物时将会存在的辐射剂量的理论数据D。(P)。用于计算K (Mk) 系数和D。(P)数据的步骤4是根据G及S数据、T数据以及内部数据I来进行的，其中内部 数据I包括每一种材料的衰减系数数学模型。优选地，衰减系数被表达为多项式方程的形 式。作为非限定性实例，被辐射穿过的材料Mk的衰减系数K(Mk)表示为K (Mk) = aX+bY+cXY+dX2+eY2+fZ+gff系数a，b，c，d，e，f及g是已知的设定参数值，其是要对其进行衰减系数评估的材 料Mk的特性。量值X，Y及Z是辐射源的特征变量，并且量值W是表示所穿过的材料Mk的 厚度的变量(W将在下文予以说明)。更具体而言，变量X取决于源的类型(液体、粉末、金 属)，变量Y取决于源的体积，而变量Z取决于在发生事故与确定系数的时刻之间所经过的 时间。系数^13，(3，(1，6，€及8是属于前述的数据集合1的数据。数据X，Y及Z是属于数 据集合S的数据，而数据W是根据几何数据G及布局数据T计算得出的。对于给定的源类型，量值aX+bY+cXY+dX2+eY2+fZ是常数项&。因此，量K(Mk)被表 示为唯一的变量W的函数，即
K(Mk) = gXff+K0更一般地，除包含衰减系数的数学方程式以及系数a，b，c, d，e, f，g以外，内部数 据I还包含以下数据一期望在计算剂量时采用的单位(空气中剂量Gy或剂量当量Sv)，以及一衰减系数的计算条件(源与计算点之间的距离修正系数)。与计算步骤4并行地实施四个基本计算步骤5，6，7及8。步骤5是用于确定适用 于剂量计算的特征平面的步骤。作为非限定性实例，图5中例示一组特征平面P」。图5表 示所述设施沿水平面Pe的剖面图，该水平面Pe包含点E (发出有害辐射的源被比作该点E)。 这些特征平面被构造于平面Pe与观察平面Pv之间。观察平面Pv是与在其中计算剂量的平 面&(参见图4)平行的平面。观察平面Pv是由布局数据T设定的数据。每一特征平面Pj 均是垂直平面，即垂直于水平面Pe及Pv的平面，其包含点E (发出有害辐射的源被比作该点 E)和在平面Pe及Pv之间包含的两个垂直壁之间的至少一个接合边缘。可根据上述规则构 造而成的所有平面的集合形成本发明的特征平面。相应地，包含于Pe及Pv之间并且垂直于 平面Pe及Pv的所有房间的所有边缘均受到影响。特征平面全部选自几何数据G。在本发明的方法的步骤6中，随后在特征平面P」之间实施扫描，以确定不同的计 算平面P。。然后，通过将特征平面h围绕轴线Zp旋转倾角(angularpitch) θ而获得计算 平面Ρ。，其中轴线Zp垂直于平面Pe及Pv并穿过点源Ε。每一计算平面P。均是在其中沿给 定方向实施剂量计算的平面，现在将参照图6在作为非限定性实例的特定的计算平面中对 此加以说明。继用于确定计算平面的步骤6之后，进行用于在每一计算平面中确定特征线Qj的 步骤7。对于给定的计算平面，特征线Qj穿过点源E并穿过位于计算平面中两个边缘的接 合处的至少一个点。可根据上述规则构造而成的所有线形成本发明的与计算平面相关的特 征线Qj的集合。通过设计，将计算平面P。划分成针对垂直轴线Zp而相互对称的两个半平 面。因此，相对于某一计算平面的特征线的集合被划分成两个特征线半集合。作为非限定 性实例，图6例示图5中的计算平面P。的一个特征线半集合。该计算半平面将观察平面Pv 沿具有单位向量 的线D进行切割。然后，确定属于线D的特征点勺集合(本发明的方 法的步骤8)。通过特征线％与线D的交点获得特征点Aj0作为实例，图6例示一连串特
征点Aci，A1, Δ2,......，An0特征点Aj在所述设施中具有已知的几何位置。所述设施
在点源E与每一点Δ」之间的结构也是已知的(参见图6)。因此，根据先前计算出的数据 D0(P)及K(Mk)、点Aj相对于发射源E的已知位置以及所述设施在源E与点Aj之间的已知 结构，可计算出存在于每一点~的辐射剂量(本发明的方法的步骤9)。所述计算线D由露天区域以及壁或屏蔽物区域组成。只有露天区域中的剂量计算 具有实际意义。因此，优选地，仅对位于露天区域中的点△彳进行剂量(ΚΔΡ的计算。点Δ j的剂量计算通过以下方程式而获得<formula>formula see original document page 7</formula>
一Dtl (P)是在预定的任意点P处在不存在壁或屏蔽物的情况下的计算剂量，其中预 定的任意点P位于辐射路径上且距点源E的距离为IJ在体块源的情况下，点E是该源的 体积的中心)，
-Cd是距离修正系数，则<formula>formula see original document page 8</formula>其中Itl是前述距离，I是从点源E到点Δ j的距离，且-K (Mk)是下述材料Mk的衰减系数。现在将说明衰减系数K(Mk)。如前面所述，被辐射穿过的材料Mk的衰减系数表示 为<formula>formula see original document page 8</formula>其中，量值W表示穿过材料Mk的辐射所覆盖的距离。优选地，对于穿过由材料Mk 形成的壁或屏蔽物的辐射方向与该壁或该屏蔽物的平面的法线形成的夹角α而言，量值W 被限定为此夹角α的函数一对于介于0°与预定限定值alim(0< alim< π/2)之间的角度a，W为所穿过 的材料的实际厚度，以及一对于介于预定限定值a lim与π /2之间的角度α，W为壁或屏蔽物的对应于角 度alim的厚度的值Wlim。对量值a lim的选择使得在较大角度下也不会低估剂量d ( Δ ρ。该量值a lim随辐 射类型而异。图3例示本发明的用于确定等剂量曲线的方法的方框图。该等剂量曲线确定方法 重复上述的所有步骤1-9和用于使所计算出的剂量分布于预定值的剂量间隔中的附加步 骤10。现在将描述此分布的实例，其中将剂量Cl(Aj)分布于η个剂量间隔[di，di+1] (i —1，2，· · ·，π)中。所计算出的剂量在不同剂量间隔中的分布是通过以下方式实施的一如果针对同一露天区域的两个连续特征点Aj及Δ j+1计算出的剂量Cl(Aj)及 d(AJ+1)属于同一间隔[di，di+Ι]，则在这些点之间分配同一区域Zi;一否则，计算中间点(Δ j+ Δ J+1) /2处的剂量d (( Δ j+ Δ J+1) /2)，并通过二分法寻找 一个或多个其剂量d(Ak)是剂量间隔界限值的点Ak，在属于同一剂量间隔的两个连续点 之间分配同一附属区。然后，就能针对同一计算线D而获得作为不同区域Zi的函数的等剂量曲线C(Zi) (本方法的步骤10)。针对所有计算线(即针对所有计算平面)获得的等剂量曲线C(Zi)形 成整个观察平面Pv中的等剂量面。作为非限定性实例，图7例示所计算出的剂量在五个区 域Z1-Z5中的分布。在观察平面就是包含点源E的水平面Pe的特定情形中，所有的壁及屏蔽物均以垂 直于其表面(a =0)的方式穿过。因而，衰减系数的值为常数值K。因此，计算被极大地简 化。如果剂量Cl(Aj)及d(Aj+1)不属于同一间隔[di，di+1]，则点源E与其中辐射剂 量对应于间隔界限值的点\之间的间隔距离I由如下方程式简单地表示<formula>formula see original document page 8</formula>
权利要求
一种用于确定由设施中的可裂变材料的源以真实的或模拟的方式发出的辐射剂量的方法，其特征在于包括以下步骤—确定在所述源的可裂变材料中发生的裂变的次数，所述裂变的次数是时间的函数；—确定形成所述设施的垂直壁和地板的材料的衰减系数，以及更一般地，确定可能被置于所发出的辐射的轨线上的任何屏蔽物的衰减系数；—根据所述设施的描述性几何数据，在源平面(PE)与平行于所述源平面的观察平面(PV)之间，确定一组特征平面(Pj)，其中该源平面(PE)实质上垂直于所述设施的垂直壁并包含表示所述辐射源的点源(E)，所述特征平面(Pj)垂直于所述源平面，且每个特征平面(Pj)均包含所述点源(E)及介于所述设施的两个垂直壁之间的至少一个接合边缘；—围绕垂直于所述源平面并穿过所述点源(E)的轴线(ZP)以角度(θ)对所述特征平面进行倾斜扫描，以限定至少一个计算平面(Pc)；—对于所述计算平面，确定一组特征线(Qj)，每一特征线均穿过所述点源(E)和位于两个接合边缘的接合处的至少一个点；—在位于所述观察平面与所述计算平面的相交处的计算线(D)上，确定所述计算线与所述特征线之间的交点的位置；—从存在于所述计算线上的交点中，选择位于所述设施的露天区域中的交点Δj；—根据裂变次数与时间的关系、所述点源(E)距点Δj的距离、以及所述垂直壁和/或地板的构成材料的衰减系数和/或将所述点源(E)与所述点Δj隔开的任何屏蔽物的衰减系数，计算存在于每一个点Δj处的辐射剂量d(Δj)。
2.一种用于确定由设施中的可裂变材料的源以真实的或模拟的方式发出的辐射的等 剂量曲线的方法，其特征在于依次包括一如权利要求1所述的用于确定剂量的方法；以及一将通过如权利要求1所述的方法所确定的所述剂量d(Ap与预定的剂量间隔相比 较，使得一如果两个连续的所选交点A」与八㈣的两个计算出的剂量d(Ap与d(Am)属于 同一剂量间隔，则在这两个计算点之间分配同一附属区(Z》；以及一否贝U，计算位于所述两个连续点 与Am之间的中间点处的辐射剂量 d((A广Am)/2)，并通过二分法寻找一个或多个其剂量d(Ak)为剂量间隔界限的点Ak，在 属于同一剂量间隔的两个连续点之间分配同一附属区，一沿所述计算线形成所述等剂量曲线，所述等剂量曲线是分配给所计算出的辐射剂量 的所述附属区的函数。
3.如权利要求2所述的方法，其中在360度内进行倾斜扫描，以对沿一组计算线建立的 等剂量曲线组进行分组，从而形成在整个所述观察平面中的等剂量的表示形式。
4.如权利要求1所述的方法，其中存在于所选交点处的所述辐射剂量由以下方程式表示<formula>formula see original document page 2</formula>其中-D0(P)是在预定的任意点(P)处在不存在任何屏蔽物的情况下计算出的剂量，其中所 述预定的任意点⑵位于所述辐射的路径上且距所述点源(E)的距离为U所述辐射是在所述点源(E)与所述点~之间传播，-Cd是距离修正系数，则 |2p _ '0其中1。是前述距离，1是从所述点源(E)到所述点A」的距离，且 -K(Mk)是对材料Mk计算出的衰减系数，所述材料Mk被在所述点源(E)与所述点A」 之间传播的辐射穿过。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述衰减系数K(Mk)由下列方程式给出 K(Mk) = gXW+K。，其中-W是表示所述材料Mk的被穿过厚度的量值， -g是所述材料Mk的已知系数特性， —K0是取决于所述辐射源和所述材料Mk的已知项。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述量值W被限定为由所述辐射的方向与所述材料 Mk形成的所述垂直壁的法线形成的夹角a的函数，则一对于介于0°与预定限定值alini(0< aliffl< Ji/2)之间的角度a，W为被穿过的材 料的实际厚度，以及一对于介于所述预定限定值0&与Ji/2之间的角度a，W为被辐射穿过的所述材料 的厚度，所述辐射的方向与所述垂直壁的法线形成所述夹角a lim。
7.如权利要求1所述的方法，其中所发出的辐射是Y辐射、中子放射或a粒子放射。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定由设施中的可裂变材料的源发出的辐射的剂量的方法，所述设施包括一组垂直于水平面的壁，其特征在于包括根据所述设施的描述性几何数据，确定计算线与特征线之间交点的位置，所述特征线由一组特征平面形成，所述特征平面垂直于所述水平面，且每个特征面均包含可代表所述源的点源及垂直于所述源平面的两个壁之间的至少一个接合边缘。本发明应用于在包含可裂变材料的设施中可能会发生的临界事故。
文档编号G01T1/169GK101836130SQ200880112784
公开日2010年9月15日 申请日期2008年10月20日 优先权日2007年10月22日
发明者费罗尼·玛沙, 马拉斯·奇隆 申请人:原子能与替代能源署