Применение программы GEANT4 для прогнозирования радиационной обстановки на комплексе NICA

При работе высокоэнергетичного ускорителя тяжелых ионов генерируется вторичное излучение как по кольцу ускорителя, так и на локальных участках, где наблюдаются максимумы потерь пучка ядер (выводные устройства, мишени и ловушки пучка). Необходимым условием реализации проекта ускорителя тяжёлых ядер является создание радиационной защиты всех элементов ускорительного комплекса. Острыми проблемами при конструировании радиационной защиты такого комплекса являются проблема корректного описания источника излучения и проблема оценки флюенса и эквивалентной дозы нейтронов вокруг ускорителя.
Экспериментальные данные по двойным дифференциальным выходам нейтронов из толстых мишеней, бомбардируемых ядрами урана с энергией в несколько ГэВ/н, практически отсутствуют. В настоящее время существует несколько универсальных Монте-Карло транспортных программ, которые могут моделировать взаимодействия с веществом ядер урана. Для выбора наиболее адекватной программы было выполнено сравнение расчетов по программам FLUKA, GEANT4 и SHIELD с данными единственного эксперимента по изучению выхода нейтронов из толстой Fe мишени, облучённой пучком ядер 238U с энергией 1 ГэВ/н. В результате сравнения для расчета радиационной защиты комплекса NICA в ОИЯИ была выбрана программа GEANT4. С её помощью был исследован механизм формирования полей вторичного излучения как внутри, так и за защитой из обычного бетона. В данной статье исследованы также некоторые особенности формирования полей вторичного нейтронного излучения при взаимодействии пучка ядер урана с энергией 4,5 ГэВ/н с толстыми мишенями.
При расчете защит ускорительного комплекса учитывалось, что годовая эффективная доза нейтронов на границе площадки Лаборатории (санитарно-защитной зоны) не должна превышать 1 мЗв. Радиационная обстановка на больших расстояниях от радиационных источников комплекса определяется нейтронами утечки из защит, многократно рассеянными в окружающей среде (воздухе и грунте). Приведены результаты расчетов радиальных распределений эффективной дозы таких нейтронов вокруг каждого элемента комплекса NICA для различных вариантов работы комплекса.

программа Монте-Карло, радиационная защита, релятивистские тяжелые ионы, поле вторичного излучения, толстая мишень, выход нейтронов, кривая ослабления, флюенс и эквивалентная доза нейтронов