Белоусов А.В.1, Желтоножская М.В.1,2, Крусанов Г.А.2, Лыкова Е.Н.1,2, Черняев А.П.1,2
При использовании ускорителей электронов процесс образования нейтронных пучков протекает в две основных стадии. На первой стадии энергия пучка ускоренных электронов преобразуется в тормозное фотонное излучение, а во второй образуются нейтроны в результате фотоядерных реакций. Транспорт электронов, фотонов и нейтронов в веществе представляет собой достаточно сложную задачу для теоретического исследования даже при наличии корректных экспериментальных данных. Поэтому компьютерное моделирование с помощью программных кодов, реализующих метод Монте-Карло дает удобный инструмент для исследования параметров источников нейтронов. Целью настоящей работы является моделирование транспорта пучка электронов с энергией от 30 до 140 МэВ в программном коде geant4 через вольфрамовую мишень и исследование выхода нейтронов, образовавшихся в мишени от энергии пучка электронов на установке ИРЕН ОИЯИ. Программный код geant4 корректно описывает процессы фоторождения нейтронов при взаимодействии первичного пучка электронов с вольфрамовой мишенью. Для верификации сечений, заложенных в geant4 при больших энергиях фотонов, были посчитаны сечения в программном коде TALYS. Значения сечений, рассчитанных в geant4 достаточно, хорошо совпадают с результатами расчетов в TALYS. Полученные зависимости выхода фотонейтронов от энергии электронов, для мишени, моделирующей установку ИРЕН, дают выходы нейтронов от 7,0·10–3 при энергии 30 МэВ до 4,2·10–2 нейтрон на электрон при энергии 200 МэВ.
1. Danon Y., Block R.C., Slovacek R.E. Design and construction of a thermal neutron target for the RPI linac. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1995, vol. 352, no. 3, pp. 596—603.
2. Picton D.J., Ross D.K., Taylor A.D. Optimisation studies for a moderator on a pulsed neutron source. Journal of Physics D: Applied Physics, 1982, no. 15, pp. 2369—2400.
3. Favalli A., Pedersen B. Design and characterisation of a pulsed neutron interrogation facility. Radiation Protection Dosimetry, 2007, vol. 126, no. 1—4, pp. 74—77.
4. Arruda-Neto J.D.T., Filadelfo M. Feasibility study for the implementation of an intense linac-based neutron source facility in Sao Paulo. Applied Radiation and Isotopes, 1999, vol. 50, no. 3, pp. 491—496.
5. Auditore L., et al. Study of a 5 MeV electron linac based neutron source. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2005, vol. 229, no. 2, pp. 137—143.
6. Loi G., et al. Neutron production from a mobile linear accelerator operating in electron mode for intraoperative radiation therapy. Physics in Medicine & Biology, 2006, vol. 51, no. 3, pp. 695—702.
7. Eshwarappa K.M. et al. Comparison of photoneutron yield from beryllium irradiated with bremsstrah-lung radiation of different peak energy. Annals of Nuclear Energy, 2007, vol. 34, pp. 896—901.
8. Prokhorets I.M. et al. Сomputation studying of the neutron yield from the neutron-production target irradiated with electrons. Problems of atomic science and technology. Series: Nuclear Physics Investigations, 2009, vol. 52, pp. 101—104.
9. Tatari M., Ranjbar A.H. Design of a photoneutron source based on 10 MeV electrons of radiotherapy linac. Annals of Nuclear Energy, 2014, vol. 63, pp. 69—74.
10. Bedogni R. et al. Experimental and numerical characterization of the neutron field produced in the n@BTFFrascati photo-neutron source. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2011, vol. 659, pp. 373—377.
11. Patil B.J. et al. Design of 6 MeV linear accelerator based pulsed thermal neutron source: FLUKA simulation and experiment. Applied Radiation and Isotopes, 2012, vol. 70, pp. 149—155.
12. Mbarek R., Brahim A., Jallouli H., Trabelsi A. Design of a photoneutron source based on a 10 MeV Circe iii electron linac. International Journal of Advances in Engineering & Technology, 2013, vol. 6, no. 1, pp. 498—503.
13. Wasilewski A., Wronka S. Monte-Carlo simulations of a neutron source generated with electron linear accelerator. Nukleonika, 2006, vol. 51, no. 3, pp. 169—173.
14. Wilenzick R.M. et al. Measurement of fast neutron produced by high energy X-ay beams of medical electron accelerators. Physics in Medicine & Biology, 1973, vol. 18, pp. 396—408.
15. Axton E.J., Bardell A.G. Neutron production from electronacce1erators used for medical purpose. Physics in Medicine & Biology, 1972, vol. 17, pp. 293—298.
16. d'Errico F. et al. In vivo neutron dosimetry during high-energy bremsstrahlung radiotherapy. International Journal of Radiation Oncology • Biology • Physics, 1998, vol. 41, pp. 1185—1192.
17. Tosi G., Torresin, A., Agosteo S., Foglio P. A., Sangiust V., Zeni L., Silari M. Neutron measurements around medical electron accelerators by active and passive detection techniques. Medical Physics, 1991, vol. 18, no. 1, pp. 54—60.
18. Agostinelli S., et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2003, vol. 506, no. 3, pp. 250—303.
19. Chadwick M.B. et al. ENDF/B-VII.0: Next Generation Evaluated Nuclear Data Library for Nuclear Science and Technology. Nuclear Data Sheets, 2006, vol. 107, no. 12, pp. 2931—3060.
20. Устройство ИРЕН. Доступно на: http://flnph.jinr.ru/ru/facilities/iren/iren-components (дата обращения 26.03.2018).
21. Koning A.J., Hilaire S., Duijvestijn M.C. TALYS: Comprehensive Nuclear Reaction Modelling. AIP Conference Proceedings, 2005, vol. 769, pp. 1154. doi: 10.1063/1.1945212.
22. Quintieri L. et al. Сomparison of the validation of photo-nuclear predictions with geant4, FLUKA and MCNP for selected test cases in high energy range. Proc. 13th Meeting of the task-force on Shielding aspects of Accelerators, Targets and Irradiation Facilities SATIF-13. Dresden, Germany, 2016.
23. Swanson W.P. Improved Calculation of Photoneutron Yields Released by Incident Electrons. Health Physics, 1979, vol. 37, no. 3, pp. 347—358.
24. Slac-pub-6628, Giant dipole resonance neutron yields produced by electrons as a function of target material and thikness. Stanford, Stanford University, 1996.
25. Khai N.T. et al. Neutron yield from (γ, n) and (γ, 2n) reactions following 100 MeV bremsstrahlung in a tungsten target. Communications in Physics, 2009, vol. 9, no. 1, pp. 53—58.
