مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

تخمین دز تابشی توکامک ارتقا یافته دماوند و طراحی حفاظ پرتوی ایمن

نوع مقاله : مقاله فنی

نویسندگان

سمانه یارمحمودی
بنفشه پورشهاب
چاپار رسولی

پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 51113-14399، تهران- ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2024.1672.2055
چکیده
توکامک‌ها به عنوان یکی از امیدوارکننده­ترین دستگاه­ها برای دستیابی به همجوشی هسته­ای، محیط­های پیچیده­ای با سطوح بالای تابش هستند. ارتقای این دستگاه­ها به منظور افزایش بازدهی و مدت زمان حضور پلاسما، لزوماً به افزایش سطوح تابش منجر می­شود. از این­رو، تخمین دقیق دز تابشی و طراحی سیستم­های حفاظتی ایمن، از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. توکامک دماوند با پلاسمای هیدروژن خالص، مولد پرتوهای ایکس نرم و سخت می­باشد. با داشتن اطلاعات کافی درباره این پرتوهای یون­ساز غیرمستقیم، می­توان تا حد ممکن از اثرات مخرب آن­ها جلوگیری کرد. با توجه به برنامه ارتقا و به­روزرسانی توکامک دماوند، زمان پالس­های پلاسما از ms 22 به حدود ms 200 افزایش خواهد یافت؛ این امر باعث افزایش چشمگیر میزان تابش­ها تا حدود ده برابر در مناطق کاری پرسنل و ناایمن شدن این مناطق از نقطه­­نظر پرتوگیری کاربران خواهد شد. در این پژوهش دز تابشی مناطق مختلف آزمایشگاه توکامک دماوند ارتقا یافته با توجه به داده­های تجربی موجود تخمین زده شد و مشخصات حفاظ­های پرتویی جدید برای ایمن­سازی محیط آزمایشگاه توسط کد MCNPX محاسبه گردید. ابعاد حفاظ­های مورد نیاز برای دو ماده سرب و بتن محاسبه شد که براساس برآورد هزینه و بررسی محدودیت­های ممکن، هر یک از آن­ها می­تواند جهت پیاده‌سازی انتخاب شود.

کلیدواژه‌ها

گداخت هسته‌ای
توکامک دماوند
تابش‌های ایکس سخت
حفاظ پرتوی
کد MCNPX

عنوان مقاله English

Estimation of radiation dose in the upgraded Damavand tokamak and the design of safe radiation shielding

نویسندگان English

S. Yarmahmoodi
B. Pourshahab
Ch. Rasouli
Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box: 14399-51113, Tehran – Iran
چکیده English

Tokamaks are recognized as one of the most promising devices for achieving nuclear fusion, operating within complex environments with high radiation levels. Upgrading these devices to enhance plasma efficiency and duration inevitably leads to increased radiation levels, making precise radiation dose estimation and the design of effective shielding systems essential. The Damavand tokamak, with its pure hydrogen plasma, generates both soft and hard X-rays. With sufficient data on these indirect ionizing radiations, the potential adverse effects can be minimized. Planned upgrades to the Damavand tokamak will extend plasma pulse duration from 22 ms to approximately 200 ms, resulting in a significant increase in radiation levels, estimated to be up to ten times higher in work areas, posing safety risks for personnel. In this study, we estimate the radiation dose in different areas of the upgraded Damavand tokamak laboratory based on experimental data, and we calculate specifications for new radiation shields using the MCNPX code to ensure laboratory safety. The required shielding dimensions were calculated for lead and concrete materials, allowing for a cost and feasibility assessment to guide the selection of the optimal implementation material.

کلیدواژه‌ها English

Nuclear fusion
Damavand tokamak
Hard x-ray radiations
Radiation shielding
MCNPX code
  1. Rasouli C, Pourshahab B, Hosseini Pooya S.M, Orouji T, Rasouli H. Study of runaway electrons using dosimetry of hard x-ray radiations in Damavand tokamak. Review of scientific instruments. 2014 May;85:053509. doi.org/10.1063/1.4875983.

 

  1. Pourshahab B, Rasouli C. Two-dimensional mapping of hard X-rays dose distribution of Damavand Tokamak. The Annual Physics Conference of Iran. Kermanshah University. 2020 [In Persian].

 

  1. Maier A, Steidl S, Christlein V, Hornegger J. Medical Imaging Systems: An Introductory Guide. Springer. 2018. ISBN 978-3-319-96519-2.

 

  1. Rasouli C, Iraji D, Farahbod A.H, Akhtari K, Rasouli H, Modarresi H, Lamehi M. Runaway electron energy measurement using hard x-ray spectroscopy in “Damavand” tokamak. Review of Scientific Instruments. 2009;80:013503.

 

  1. Pourshahab B, Abdi M.R, Sadighzadeh A, Rasouli C. Temporal and spatial evolution of runaway electrons at the instability moments in Damavand tokamak. Physics of Plasmas. 2016; 23:072501. doi:10.1063/1. 4955218.

 

  1. Basic regulations for protection against ionizing radiation and safety of radiation sources. The center of the country's nuclear safety system, Department of Radiation Protection. INRA-RP-RE-100-00/01-1-Aba.1401;2022 [In Persian].

 

  1. Ghiashinejad M, Katouzi M. General lessons on radiation protection. Sayan Company. 2013; ISBN 964-06-2857-3 [In Persian].

 

  1. Pourshahab B, Rasouli C, Iraji D. Dose mapping of hard X-ray radiation due to runaway electrons in Alvand tokamak using combination of high-dose and low-dose level dosimeters. Fusion Engineering and Design. 2023;197-114065.

 

  1. Zhou M, Hu L, Huang L, Zhong G, Li K, Hong B, Xiao M, Zhang R. Measurement of the radiation dose distribution in EAST hall based on thermoluminescence dosimeter. Fusion Engineering and Design. 2020;160-11977.

 

  1. Nouri Dogahi S.M, Abtahi S.M.M, Habibi M. Evaluation of X-ray dose distribution in adult male and female organs due to plasma focus device function. Journal of Nuclear Science and Technology. 2021;97(4):62-69 [In Persian].

 

  1. Pourshahab B, Rasouli C, Hosseini Pooya S.M, Rasouli H, Sadighzadeh A, Habibi H. Dose measurement of hard X-ray produced by Damavand tokamak by means of LiF:Mg, Cu, P TLDs. Journal of Fusion Energy. 2013;32:451-456.

 

  1. Cember H. Introduction to health physics. Pergamon Press. Oxford. 1983.

 

  1. HSE Book. Work with ionising radiation, Ionising Radiations Regulations 2017, Approved Code of Practice and guidance. Second Edition. Published by TSO (The Stationery Office). 2018, ISBN 978 0 7176 6662 1.

 

  1. Eation D.J, Gonzalez R, Duck S, Keshtgar M. Radiation protection for an intra-operative X-ray device. The British Journal of Radiology. 2011;84:1034-1039.

 

  1. Riyahi Alam N, Graily Gh, Taghizadeh S. Radiation protection health physics, radiobiology and radiology. Royan Pazhouh Publication. 2015;ISBN 978-600-408-3034 [In Persian]

صفحه اصلی