EAST托卡马克装置的核辐射监测系统

第38卷 第11期 核 技 术 V ol.38, No.11 2015年11月 NUCLEAR TECHNIQUES November 2015

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国家自然科学基金(No.11261140328)、国家磁约束聚变科学计划(No.2015GB103000)资助 第一作者：李凯，男，1990年出生，2014年于东华理工大学获硕士学位 通讯作者：钟国强，E-mail: gqzhong@https://www.360docs.net/doc/522613413.html, 收稿日期：2015-09-15，修回日期：2015-10-20

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EAST 托卡马克装置的核辐射监测系统

李 凯 钟国强 胡立群 刘光柱 周瑞杰 普 能

（中国科学院等离子体物理研究所 合肥 230031）

摘要 EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)现阶段D-D 运行产生2.45 MeV 聚变中子及次级核反应γ射线，为了解EAST 运行期间辐射场的分布及强度，确保运行期间人员及环境的核辐射安全。针对EAST 运行期间装置大厅内部存在较强的中子、伽马瞬变辐射场的特征，结合环境低本底辐射监测的需要，采用宽动态范围、快时间响应的场所辐射监测探测器，与高灵敏度、稳定性好的环境辐射监测探测器相结合的方式，围绕EAST 装置布置13个辐射监测点，每点分别安装一台中子、伽马监测器。采用自行编写的LabVIEW 辐射监测软件进行数据采集，组建了一套EAST 托卡马克装置的中子、伽马辐射剂量监测系统。该系统在2015年春季EAST 实验中连续稳定运行了三个月，可靠性较高，获取了大量实验数据。监测系统满足EAST 核辐射监测的要求，同时为后续开展聚变堆辐射安全与防护研究提供实验平台。 关键词 EAST ，托卡马克，辐射监测，中子，γ射线 中图分类号 TL75+1

DOI: 10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.110602

EAST 是我国首个自主设计和建造的全超导托

卡马克装置[1]，

为我国在探索实现聚变能源的物理、工程问题提供良好的平台。聚变反应使轻核在一定条件下作用生成新的更重的原子核，过程中释放大量能量，聚变是解决未来能源问题的有效途径。

核聚变过程产生大量的聚变中子，国内外在聚

变辐射安全与防护上已经开展了大量工作[2?4]。

国内使用MCNP 开展了HT-7U 的活化研究，并设计了一套中子、γ监测系统。国外开展了KSTAR 装置材料的中子活化研究。围绕JT-60托卡马克装置的主要辐射来源进行了分析，对装置运行期间及运行结束后的γ剂量当量率进行了长达6年的监测。

EAST 托卡马克装置在实验放电期间会产生大量的中子及中子诱导产生的γ射线，尽管EAST 屏蔽大厅(33 m×28 m×23.1 m)四周屏蔽墙体厚度1.5m ，顶部屏蔽墙厚1 m ，屏蔽墙体为钢筋混凝土结构，但部分中子及γ射线仍可能进入环境中，对周围环境及工作人员造成危害。

EAST 装置于2013年开始升级改造，EAST 原有核辐射探测器存在老旧严重、部分探测器饱和等问题。本文基于EAST 目前的运行工况，同时考虑未来可能达到的运行参数，为保障工作人员及周围环境的辐射剂量安全，设计了一套EAST 核辐射监测系统。监测系统围绕EAST 周边布置了13个监测

点，系统分为大厅内场所监测及大厅外环境监测两

部分，大厅内采用宽动态范围探测器，解决探测器饱和的情况，大厅外采用高灵敏度、稳定性好的探测器，能够很好的响应低水平的剂量率波动。同时，使用LabVIEW 编写了EAST 核辐射监测系统的采集软件。EAST 核辐射系统对实验运行期间、放电间隙期、实验结束后EAST 周围的中子、γ辐射水平进行长时间的监测。 1

辐射监测系统

目前EAST 聚变装置主要进行D-D 等离子体实验，主要核反应过程如下：

3D D He n (2.45MeV)+→+ (1) D D T p (3.02MeV)+→+ (2)

从式(1)、(2)可以看出，聚变中子的来源为D-D 等离子体反应产生的能量2.45 MeV 的中子。EAST 辐射场[5]与加速器类似，EAST 放电为脉冲式，持续时间一般在十几秒，设计最大脉冲为1 000 s ，仅在等离子体放电期间产生中子以及γ射线，EAST 放电结束后中子消失，只有活化产生的γ射线。