Dosisleistung in der Umgebung von nuklearen Einrichtungen

Diese Projekte behandeln detaillierte Dosisleistungsberechnungen für mehrere nukleare Zwischenlager, Abfallbehandlungsgebäude und eine Beschleunigereinrichtung. Das Ziel war die Planung von Abschirmungsmaßnahmen und der Nachweis der Einhaltung der Grenzwerte gemäß StrlSchG und StrlSchV. Es handelt sich um räumlich stark ausgedehnte Modelle, sodass ausgeklügelte Varianzreduktionsverfahren zum Einsatz kamen.

Allgemeine Vorgehensweise

Für diese Art der Berechnungen kommt der international anerkannte Code MCNP mit aktuellen Datenbibliotheken zum Einsatz.

  1. Entwicklung einer detaillierten Modellgeometrie, die alle wichtigen absorbierenden Strukturen sowie alle Öffnungen nach Außen umfasst
  2. Implementierung aller relevanten Strahlenquellen gemäß ihrem geometrischen Aufbau, der Materialzusammensetzung und nuklidspezifischem Aktivitätsinventar (i.d.R. Gammastrahler und/oder Neutronenemitter)
  3. Anwendung deterministischer Varianzreduktionsverfahren zur Beschleunigung der probabilistischen MCNP-Berechnungen; insbesondere wichtig bei stark absorbierenden Strukturen oder räumlichen weit ausgedehnten Modellen
  4. Parameterstudien zur Optimierung von Strahlenschutztüren, Wandstärken oder mobilen Abschirmungen

Bei den Hauptsimulationen mit MCNP werden hochaufgelöste Ortsverteilungen der Dosisleistung berechnet (siehe Beispielabbildung). Diese werden analysiert und ansprechend aufbereitet. Ein ausführlicher Abschlussbericht dient der direkten Verwendung beim Kunden und der Nachvollziehbarkeit der Berechnungen. Für das Genehmigungsverfahren wird ein prägnanterer Bericht angefertigt.

Besonderheiten bei der Beschleunigereinrichtung

Bei diesem Projekt war die zentrale Aufgabe die Auslegung des unterirdischen Strahlenschutzbunkers für einen Elektronenbeschleuniger und dessen Beamdump.

  • Besonderheit: hohen Photonenenergien beim Stoppen der Elektronen im Beamdump
  • Dadurch hochenergetische Neutronen durch photonukleare Reaktionen (γ,n)
  • Neben der Optimierung der Wandstärken ist die Planung von zusätzlichen Abschirmungen für Neutronen nötig.

Da sowohl Elektronen als auch photonukleare Prozesse nur sehr langsam zu simulieren sind, können ad hoc keine belastbaren Ergebnisse mit akzeptablem Rechenaufwand erzielt werden. Daher kommt ein eigens entwickeltes Verfahren zum Einsatz, bei dem für die Primärphotonen und Neutronen realitätsgetreue Ersatzquellen berechnet und modelliert werden.

In den finalen Berechnungen müssen daher weder die Elektronen noch die photonuklearen (γ,n)-Reaktionen simuliert werden.