Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Расчет дозиметрических характеристик облучательного зала УНУ ГУР-120 с использованием численной модели Монте-Карло для планирования процессов радиационной обработки

20.12.2024 2024 - №04 Применение ядерных методов и средств

Ю.А. Дорн А.И. Адарова Т.В. Чиж Э. Нийонсенга А.Н. Павлов Ю.А. Кураченко

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.4.15

УДК: 539.1

Согласно ГОСТ ISO 14470-2014 «Радиационная обработка пищевых продуктов. Требования к разработке, валидации и повседневному контролю процесса облучения пищевых продуктов ионизирующим излучением», дозиметрия должна осуществляться для получения гарантий того, чтобы в каждом акте облучения пищевого продукта была достигнута строго определенная поглощенная доза. Для оптимизации процесса проведения научно-исследовательской и производственной работы по облучению сельскохозяйственной и пищевой продукции разработана модель расчета дозиметрических параметров уникальной научной гамма-установки НИЦ «Курчатовский институт» – ВНИИРАЭ ГУР-120 (далее УНУ ГУР-120, регистрационный номер 2795259 на портале ckp-rf.ru, дата регистрации: 12.10.2021) с использованием численных методов расчета переноса частиц, в частности, метода Монте-Карло. Применение модели обеспечивает расчет карты распределения поглощенных доз в облучательном зале УНУ ГУР-120, в результате которого оптимизируется время облучения, увеличивается производительность установки, снижаются энергозатраты. УНУ ГУР-120 была разработана, спроектирована и введена в эксплуатацию в 1980-х гг. прошлого века. Основной задачей установки было обеспечение зоны равномерного облучения сельскохозяйственных растений в период вегетации. Инженерные расчеты по расположению блоков облучения и распределению дозиметрических полей были проведены в соответствии с этой задачей с учетом возможности регулирования мощности дозы в центре зала размером 2,5 м на 2,5 м от 0,1 до 25 Гр/ч, что уже не имеет и не имело аналогов в мире. В настоящее время установка модернизирована, загружена источниками ионизирующего излучения по максимуму, круг решаемых задач расширился, требуемая мощность дозы колеблется в пределах от 0,1 до 10000 Гр/ч, а разброс поглощенных доз колеблется в пределах от 1 до 500000 Гр. Соответственно для оптимизации процесса радиационной обработки необходимо достоверное значение дозиметрических параметров по всему облучательному залу УНУ ГУР-120 с возможностью проведения облучения различных видов продукции и материалов одновременно. Параметры установки – конструкция и расположения блоков, возможность регулирования мощности дозы в больших пределах – и проведение одновременного облучения продукции для различных целей говорят о ее уникальности. Описание геометрии трехмерных математических моделей выглядит неординарной задачей. Ее удалось решить с использованием пакета прикладных программ MCNP. Показано, что расчетные значения хорошо согласуются с экспериментальными данными. Полученная удовлетворительная сходимость расчетных и экспериментальных результатов доказывает возможность использования программного пакета MCNP для описания распределения поглощенных доз во всем объеме облучательного зала УНУ ГУР-120. Применение данной модели значительно увеличит научно-технический и производственный потенциал установки. Анализ результатов моделирования также позволяет минимизировать время облучения продукции при условии достижения необходимой дозы, что увеличивает производительность установки, ее экономическую эффективность и снижает соответственно энергетические затраты.

Ссылки

  1. Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. / Под общ. ред. Г.В. Козьмина, С.А. Гераськина, Н.И. Санжаровой. – Обнинск: ВНИИРАЭ. – 2015. – 399 с. ISBN 978 5 903386 39 0.
  2. Мусина О.Н., Коновалов К.Л. Радиационная обработка ионизирующим излучением продовольственного сырья и пищевых продуктов. // Пищевая промышленность. – 2016. – № 8.– С. 46 – 49.
  3. Перова Н.В., Тенишев В.П. Обеспечение безопасности пищевой и сельскохозяйственной продукции при обработке ионизирующим излучением / Сборник докладов Международной научно-практической конференции «Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности: состояние и перспективы». Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ. – 2018. – С. 169 – 171. Электронный ресурс: https://rt2018.rirae.ru/images/Documents/SbornikRT2018_web.pdf (дата доступа 01.04.2024).
  4. Павлов А.Н., Чиж Т.В., Воробьев М.С. Дозиметрические системы в современной практике радиационной обработки. / Сборник докладов Международной научно-практической конференции «Радиационные технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности: состояние и перспективы». Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ. – 2018. – С. 166 – 168. Электронный ресурс: https://rt2018.rirae.ru/images/Documents/SbornikRT2018_web.pdf (дата доступа 01.04.2024).
  5. Павлов А.Н. Исследование радиобиологических показателей эффективности экспериментально-производственного процесса радиационной обработки сельскохозяйственной продукции растительного происхождения. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии. – Обнинск. – 2016. – 23 с. Электронный ресурс: https://ds.rirae.ru/images/Documents/att/Pavlov/AvtoreferatPavlov.pdf (дата доступа 01.04.2024).
  6. Павлов А.Н., Чиж Т.В., Снегирев А.С., Санжарова Н.И., Черняев А.П., Борщеговская П.Ю., Ипатова В.С., Дорн Ю.А. Технологический процесс радиационной обработки пищевой продукции и дозиметрическое обеспечение. // Радиационная гигиена. – 2020. – Т. 13. – № 4. – С. 40 – 50. DOI: https://doi.org/10.21514/1998-426X-2020-13-4-40-50
  7. ISO/ASTM 51261:2013. Practice for calibration of routine dosimetry systems for radiation processing. Электронный ресурс: https://www.iso.org/standard/60211.html (дата доступа 01.04.2024).
  8. ISO/ASTM 52303:2015. Guide for absorbed-dose mapping in radiation processing facilities. Электронный ресурс: https://www.iso.org/ru/standard/67807.html (дата доступа 01.04.2024).
  9. Bliznyuk U.A., Borchegovskaya P.Yu, Chernyaev A.P., Avdukhina V.M., Ipatova V.S., Leontev V.A., Studenikin F.R. Computer simulation to determine food irradiation dose levels. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2019. – Vol. 365:012002. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/365/1/012002
  10. Dridi W, Daoudi M, Farah K, Hosni F. Monte Carlo validation of dose mapping for the Tunisian Gamma Irradiation Facility using the MCNP6 code. // Radiat Phys Chem. – 2020. – Vol. 173:108942 DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.108942
  11. Gual M.R., Pereira C., Mesquita A.Z. Application of a new source model of a panoramic gamma irradiator on dose map formation in an irradiated product. // Appl Radiat Isot. – 2019. – Vol. 144. – PP. 87 – 92. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aprad iso.2018.12.002

моделирование методом Монте-Карло гамма-излучение уникальная научная гамма-установка радиационного облучения ГУР-120 поглощенная доза программа MCNP5

Ссылка для цитирования статьи: Дорн Ю.А., Адарова А.И., Чиж Т.В., Нийонсенга Эли, Павлов А.Н., Кураченко Ю.А. Расчет дозиметрических характеристик облучательного зала УНУ ГУР-120 с использованием численной модели Монте-Карло для планирования процессов радиационной обработки. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2024. – № 4. – С. 180-190. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2024.4.15 .

Открыть PDF файл