автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Развитие программного обеспечения для моделирования переноса низкоэнергетических частиц в комплексе программ MARS

Щ.

IHEP1

На правах рукописи 2006-25

РАЗВИТИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕНОСА НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ В КОМПЛЕКСЕ ПРОГРАММ MARS

05.13.11 — математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

И

ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

э

Протвино 2006

УДК 539.1.07

М-24

Работа выполнена в Институте физики высоких энергий (г.Протвино).

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук И.Л. Ажгирей.

Официальные оппоненты: кандидат физико-математических наук Ю.П. Гуз (ОАФ, ИФВЭ, г. Протвино), доктор физико-математических наук В.В. Ужинский (ЛИТ, ОИЯИ, г. Дубна).

Ведущая организация - Институт теоретической и экспериментальной физики (г. Москва).

Зашита диссертации состоится " 2006 г.

в 'Ж часов на заседании диссертационного совета К 201.004.01 при Институте физики высоких энергий по адресу: 142281, Протвино Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан " ^^ » _/^ЛМ^Лу 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 201.004.01 -В.Н. Ларин

(с) Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 2006

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Развитие научных исследований в области физики высоких энергий характеризуется внедрением новейших технологий в процессы создания и модернизации ускорительных и экспериментальных установок, отличающихся особой сложностью и высокой стоимостью. Полномасштабное математическое моделирование является основным инструментом проектных исследований. Это диктует высокие требования к программам моделирования ядерно-электромагнитных каскадов в веществе, в частности к точности описания физики взаимодействий частиц с веществом. Интенсивные потоки низкоэнергетических частиц, образующиеся на современных ускорителях, определяют радиационную обстановку за биологической защитой и фоновые загрузки экспериментальных установок. От точности и быстродействия алгоритмов, описывающих низкоэнергетическую часть ядерно-электромагнитного каскада, во многом зависит корректность результатов и трудоемкость полномасштабного моделирования.

Среди задач, для которых принципиально важен прогресс в описании физики переноса низкоэнергетической компоненты ядерно-электромагнитного каскада, — создание безопасных ядерных реакторов с ускорительной "накачкой", где сильноточные протонные и

ионные пучки используются для генерации интенсивных полей низкоэнергетических нейтронов, а также решение проблемы эффективной трансмутации отработанного ядерного топлива. Одно из направлений, где важен рассматриваемый аспект моделирования - обеспечение радиационной безопасности полетов гражданской авиации. Низкоэнергетическая компонента космического излучения определяет радиационное воздействие на человека. Также рассматриваемые алгоритмы описания переноса низкоэнергетических частиц могут быть использованы при решении задач, связанных с радиационной терапией.

Перечисленные выше задачи определяют актуальность и важность создания и развития программного обеспечения для описания механизмов рождения и транспорта низкоэнергетических частиц при моделировании ядерно-электромагнитных каскадов.

Делыо диссертационной работы является разработка и развитие программных кодов, описывающих методом Монте-Карло процессы рождения и переноса низкоэнергетических нейтронов и фотонов в рамках комплекса программ MARS.

Автор защищает:

• Разработку математического обеспечения для описания процессов рождения и переноса низкоэнергетических частиц в сложных геометриях при моделировании ядерно-электромагнитных каскадов в веществе.

• Алгоритм прямого инклюзивного моделирования рождения низкоэнергетических частиц в программном пакете MARS.

• Развитие алгоритмов для моделирования формирования спектров частиц в атмосфере и результаты расчета спектров.

• Разработку и развитие алгоритмов для прогнозирования эффективных доз для населения в случае распределенных выбросов радиоактивного воздуха из ускорителя на протяженной местности сложного рельефа и результаты использования со-

зданного прикладного пакета для расчета доз в районе Большого Адронного Коллайдера (БАК) в ЦЕРН.

• Результаты использования созданных программных пакетов при оптимизации фоновых загрузок детекторов в эксперименте DIRAC.

• Данные по моделированию серии экспериментов на бустере ИФВЭ по исследованию сечений реакций расщепления в протяженных мишенях при облучении их протонами средних энергий.

Научная новизна и практическая ценность работы определяется тем, что в рамках инклюзивного подхода были предложены и впервые реализованы в программах алгоритмы прямого рождения и транспорта низкоэнергетических частиц в групповом приближении, позволяющие достаточно корректно и быстро проводить расчеты транспорта частиц через вещество, моделировать источники и оптимизировать фоновые загрузки на элементы детекторов экспериментальных установок. На основе результатов моделирования фоновых условий для детекторов эксперимента DIRAC на ускорителе PS (ЦЕРН), проведенных автором, была выработана схема проведения эксперимента, определены оптимальные параметры защиты и поглотителя пучка. Эти предложения были использованы в эксперименте DIRAC. Результаты расчетов нейтронных спектров в атмосфере использованы при выработке рекомендаций европейской комиссии EURADOS по безопасности полетов самолетов гражданской авиации. Исследованы выходы нейтронов из различных мишеней на пучке бустера ИФВЭ, показано согласие экспериментальных и расчетных данных. Решена задача расчета эффективной дозы для населения от распределенных выбросов радиоактивного воздуха из БАК. Разработанные алгоритмы рождения и транспорта, частиц через вещество, прикладное программное обеспечение активно используются при решении радиационно-физических проблем на ускорителях и в экспериментальных исследованиях, проводимых в настоящее время в ИФВЭ и ЦЕРН.

Апробация работы и публикации

Диссертация основана на результатах исследований, выполненных автором в 1985-2003 гг. в Отделе радиационных исследований ИФВЭ в соответствии с планами работ по программам подготовки и проведения экспериментов на ускорителях ИФВЭ и ЦЕРН, на коллайдерах УНК, SSC и LHC.

Основные результаты исследований, вошедших в диссертацию, опубликованы [1]-[9] в виде препринтов ИФВЭ, ЦЕРН и статей в журналах "Nuclear Instruments & Methods", "Radiation Protection Dosimetry"; они докладывались на конференциях по защите от ионизирующего излучения, на семинарах в РТВ (Германия) и TIS-RP (ЦЕРН), на рабочих совещаниях по проектам УНК и LHC, а также на семинарах ИФВЭ.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений. Объем диссертации составляет 117 страниц, в том числе 40 рисунков и 8 таблиц; библиография включает в себя 175 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации дается общее описание основных понятий и математически формализованных подходов к проблеме прохождения и взаимодействия частиц через вещество, рассматриваются особенности использования метода Монте-Карло (ММК) при моделировании ядерно-электромагнитных каскадов (ЯЭК) и переноса низкоэнергетических нейтронов в групповом приближении. Определяются основные источники низкоэнергетических нейтронов и фотонов (НЭЧ) при развитии ЯЭК и излагаются основные принципы построения программного обеспечения.

В общей постановке решение задач о прохождении и взаимодействиях частиц в веществе с учетом сложных физических и геометрических факторов, определяющих процесс переноса, возможно только с использованием приближений и численных методов. Единственный универсальный метод, позволяющий проводить расчет пе-

реноса в произвольной геометрии при наличии внешних электрических и магнитных полей - метод Монте-Карло. ЯЭК в веществе рассматривается как случайная марковская цепь независимых актов взаимодействия частиц с веществом. ММК моделирует случайные траектории этой цепи на ЭВМ, используя законы распределения частиц в акте взаимодействия, и вычисляет такие ее характеристики, которые являются оценками искомых функционалов. Из-за относительно медленной сходимости этого метода особое внимание отводится разработке эффективных алгоритмов и моделей транспорта и взаимодействий частиц. Применение методов неаналогового моделирования траекторий частиц каскада позволяет уменьшить дисперсию рассчитываемых функционалов и увеличить эффективность расчета.

Во второй главе рассматриваются основные программные пакеты для моделирования ЯЭК, модели для описания выхода вторичных низкоэнергетических частиц в неупругих адрон-ядерных взаимодействиях, дается анализ основных алгоритмов моделирования НЭЧ и константного обеспечения на основе практики их использования в транспортных кодах.

В зависимости от способа моделирования адрон-ядерного взаимодействия программы можно разделить на три основные группы. В программах первой группы, реализующих эксклюзивный подход, в каждом акте адрон-ядерного взаимодействия осуществляется прямое моделирование процесса образования произвольного числа вторичных частиц различных сортов, допускаемого законами сохранения. К программам этой группы относятся программы GEANT, НЕТС, HERMES, LAHET, CALOR95, MCNPX, SHIELD и HADRON. '

Во вторую группу, реализующую квазиэксклюзивный подход, входят программы семейства FLUKA. Множественное рождение адро-нов описывается в рамках одночастичных инклюзивных распределений. При этом приближенно моделируется эксклюзивный процесс с использованием алгоритма, обеспечивающего выполнение закона сохранения в каждом столкновении.

Общим в программах третьей группы - CASIM, KASPRO и MARS — является инклюзивное моделирование актов адрон-ядерных

взаимодействий с применением метода статистических весов. Они используют феноменологическое описание инклюзивных распределений частиц, а закон сохранения импульса-энергии выполняется в среднем по многим событиям. В каждой точке ядерного взаимодействия моделируется фиксированное число адронов со статистическим весом, математическое ожидание которого совпадает с полной множественностью. Программы этой группы обладают лучшим быстродействием по сравнению с описанными выше.

На практике для описания рождения НЗЧ в неупругих адрон-ядерных взаимодействиях используются чисто феноменологические модели, которые основаны либо на прямом моделировании КА-взаимодействия, либо на выборке из одночастичных инклюзивных сечений, полученных на основе аппроксимации экспериментальных и модельных данных. В случае прямого моделирования характеристики взаимодействия рассчитываются на основе модельных представлений о пространственно-временном развитии процессов и структуры ядра. Процесс глубоконеупругих адрон-ядерных реакций можно разделить на два этапа: начальный — неравновесный и конечный - равновесный. На раннем неравновесном этапе используются модель внутриядерного каскада, предравновесная экситонная модель, модели, основанные на уравнениях Власова-Улинга-Улебека, классической молекулярной динамики и квантовой молекулярной динамики. Статистические равновесные модели нацелены на описание развала возбужденных равновесных ядер и отличаются используемыми статистическими ансамблями и описанием индивидуальных фрагментов. Комбинация неравновесных и равновесных моделей позволяет описать весь процесс эволюции возбужденного ядра в КА-взаимодействиях.

Программы моделирования переноса нейтронного и фотонного излучения отличаются друг от друга алгоритмами построения случайных траекторий и оценками искомых величин по выборочным значениям. При этом алгоритмы имеют разную эффективность для решения той или иной задачи. Программы переноса низкоэнергетических нейтронов и фотонов по своему назначению можно разделить на две основные группы: общецелевые программы и про-

граммы, ориентированные на расчеты ядерных реакторов. К первой группе можно отнести комплекс программ MCNP, MORSE, MVP и MCBENDO, ко второй - KENO, MONK и MCU-3. Основой для работы физического модуля программ моделирования переноса НЭЧ является константное обеспечение, которое базируется на рекомендованных нейтронно-физических данных, входящих в состав библиотек в определенном формате. Большинство современных программ ис-г пользуют как библиотеки оцененных данных, так и мультигрупповые библиотеки нейтронных данных с узкими и широкими нейтронными группами. Моделирование процессов переноса частиц осуществляется либо с использованием непрерывной энергетической шкалы с поточечным заданием сечений взаимодействия, как это сделано в MCNP или MPV, либо с использованием группового приближения* реализованного в программах MORSE, MONK и MCU-3.

В третьей главе представлены разработанные в рамках программного комплекса MARS алгоритмы рождения и переноса НЭЧ. Приведены сведения о программной реализации разработанных алгоритмов, представлены результаты верификации пакета MARS.

Комплекс программ MARS разработан в ИФВЭ для моделирования ядерно-электромагнитных каскадов в среде произвольной геометрии при наличии магнитных и электрических полей. Современная версия комплекса программ MARS реализует единый инклюзивный подход к описанию рождения частиц в ядерных и электромагнитных взаимодействиях и при распадах нестабильных частиц. Пакет MARS является программным продуктом, независимым от внешних программ и библиотек, что обеспечивает его автономность и замкнутость. Дерево траекторий при моделировании адронно-го каскада в веществе образуется вершинами - точками неупругих адрон-ядерных взаимодействий с фиксированным числом взвешенных адронов в конечном состоянии. В каждой вершине рождаются ветка быстрых нуклонов, ветка заряженных 7г-мезонов и ветка медленных каскадных нуклонов. Математическое ожидание статистического веса частиц совпадает с их соответствующей средней множественностью. Розыгрыш кинематических характеристик вторичных

адронов осуществляется на основе феноменологического описания одиочастичных инклюзивных распределений адронов. Основная доля временных затрат физического модуля приходится на моделирование переноса низкоэнергетических частиц.

В новой версии программы реализован алгоритм прямого инклюзивного рождения НЭЧ при развитии ЯЭК: по ключу в каждой вершине дерева траекторий вводится дополнительная ветка для низкоэнергетических нейтральных частиц [2]. Для описания множественности и спектра низкоэнергетических нейтронов были использованы аппроксимация на основе расчетов по каскадно-испарительной модели [2] в адрон-ядерных взаимодействий и параметризация на основе модели "движущихся источников" для предравновесной и равновесной эмиссии в протон-ядерных взаимодействиях [4]. Множественность и спектр фотонов от снятия возбуждения ядра описываются в рамках статистической модели [4].

Рождение низкоэнергетических нейтронов в фотоядерных реакциях рассматривалось лишь в области гигантского дипольного резонанса. При развитии ЭФЛ в веществе в каждой точке взаимодействия 7-квантов с ядром рождается фотонейтрон с весом равным средней множественности нейтронов в реакции. Полная вероятность вылета фотонейтрона из ядра определяется суммой трех процессов: равновесного, предравновесного и деления. Низкоэнергетические нейтроны рождаются также при захвате fi~-мезона /■('-оболочкой атома. Полная вероятность исчезновения /¿"-мезона определяется вероятностью распада и вероятностью поглощения [4]. Для описания множественности и спектров испущенных нейтронов используется двухкомпонентная параметризация экспериментальных данных, выполненная в рамках модели "движущихся источников" [4].

В основе моделирования переноса НЭЧ в пакете MARS используется групповое приближение решения интегрального уравнения Больцмана. Пробег частицы до столкновения разыгрывается с использованием среднего полного группового сечения [1], конкретный вид взаимодействия не рассматривается, важен лишь итог столкновения - рассеяние или деление, или рождение вторичного фотона [1]-[3]. Рождение вторичных фотонов при взаимодействии ней-

тронов с веществом осуществляется принудительно в каждой точке взаимодействия нейтрона с весом равным вероятности данного процесса [3]. Рассеяние на водороде выделяется в отдельную реакцию и считается изотропным в системе центра масс. Энергия после взаимодействия определяется из соотношения вероятностей для перехода из группы в группу. Анизотропия рассеяния учитывается в /^-приближении. Угол рассеяния нейтрона определялся методом равновероятных интервалов [1,2]. В процессе моделирования зависимость дифференциальных характеристик поля излучения от всех переменных дискретизируется. Пространственная зависимость аппроксимируется положением и типом детекторов (точечные и объемные), энергетическая — многогрупповым приближением. В качестве оценок пространственно-энергетической плотности потока в пакете MARS реализованы оценки по столкновениям, пробегу и локальная оценка [2].

В пакете MARS реализованы две схемы расчета энерговыделения в точке взаимодействия. Первая основана на формуле для парциального группового энерговыделения, учитывающей взвешенные вклады от каждого из процессов взаимодействия нейтрона с ядром, при этом энерговыделение от взаимодействия нейтронов на водороде выделено в отдельный канал [2]. Вторая модель основана на керма-приближении для каждой точки столкновения [4].

В силу особенностей геометрического модуля программы MARS в задачах глубокого проникновения для моделирования НЭЧ-траекторий используется метод систематической выборки точек столкновений в комбинации с весовым окном [2]. Суть метода систематической выборки точек столкновений в "проталкивании" частицы с помощью расщепления и рулетки к периферийным областям геометрии задачи, при этом вес частицы должен лежать в установленном "допустимом" интервале - весовом окне.

Алгоритмы и методы, описанные выше, реализованы в виде набора процедур, независимых от других подпрограмм пакета MARS и использующих собственную, скрытую структуру данных. Программный модуль CLENMA [2] может быть использован отдельно для моделирования переноса низкоэнергетических нейтронов и фотонов

методом Монте-Карло. Процедуры объединены в общую библиотеку комплекса программ MARS и функционируют в различных версиях пакета с 1991 г. [2].

Разработанный формат FMARS и процедуры получения групповых 77,7-констант для комплекса программ MARS используют групповые библиотеки констант БНАБ-78, GNDL и BUGLE96 [1,3,4], позволяют моделировать процесс переноса нейтронов с произвольным числом групп и учитывать процессы термализации нейтронов.

Для верификации и валидации программных модулей были проведены многочисленные сравнения [1]-[4] с экспериментальными и расчетными данными. Сравнение инклюзивных дважды дифференциальных сечений выхода нейтронов при взаимодействии протонов различных энергий с ядрами иллюстрирует качество моделей рождения НЭЧ в /iA-взаимодействиях. Результаты расчетов находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными [4]. Корректность низкоэнергетических модулей программы при высоких первичных энергиях проверялась по воспроизводимости результатов эксперимента по облучению железного калориметра в ЦЕРНе пучком протонов с энергией 200 ГэВ. Экспериментальные данные совпадают с расчетом в пределах погрешности [2]. НЭЧ-модули программы MARS были проверены также при моделировании нейтронных опорных полей в ЦЕРНе за верхней бетонной защитой [4,5]. Результаты расчетов нейтронных спектров по программам MARS и FLUKA сравнивались с экспериментальным спектром. Погрешность расчетных данных по средней энергии не превышает 20%, по нейтронному флюенсу - 15%, по дозе - 8 % [4].

Для оценки воздействия радиоактивности на окружающую среду при работе БАК было разработано специальное программное обеспечение - пакет RELEASE [9]. Степень воздействия ускорителя оценивается по величине эффективной дозы для населения, определяемой радионуклидами, первоначально образующимися в воздухе туннеля и подземных сооружений БАК. Расчет дозы осуществляется в три этапа. На первом этапе осуществляется расчет распределения удельной радиоактивности воздуха в туннелях и подземных сооружениях БАК, определяемого пространственно-энергетическим рас-

пределением потоков вторичных частиц, инициируемых адронным каскадом. На втором этапе проводится расчет активации воздуха в туннелях и подземных сооружениях БАК на основе моделей движения воздуха в течение времени облучения и его доставки к точке выброса с учетом диффузии и конвекционного перемешивания. На заключительном этапе рассчитываются дисперсия радионуклидов в атмосфере и эффективные дозы для населения от радиоактивных выбросов из системы вентиляции ускорителя с учетом метеорологических и радиологических процессов, происходящих на протяженной и сильно пересеченной местности района БАК [9].

В четвертой главе представлены результаты решения ряда практических задач по подготовке и проведению экспериментов на ускорителях и по физике космических лучей, которые были выполнены с помощью развитого и описанного выше программного обеспечения.

В эксперименте ОГОАС [6] проводилось измерение времени жизни 7Г+7г_-мезоатомов. Из-за высокой интенсивности первичного пучка протонов, малой базы выведенного из ускорителя РБ пучка и низких допустимых пределов загрузок детекторов низкоэнергетические нейтроны и фотоны представляли серьезную проблему для чувствительных элементов экспериментальных установок и определяли "фоновый сигнал" в детекторах и системах обработки сигнала [б]. В результате серии расчетов было показано, что взаимодействие протонного пучка с керном поглотителя является определяющим в формировании фоновой загрузки детекторов. Для первоначальной схемы эксперимента фоновые загрузки существенно превышают допустимые для большинства детекторов. Для окончательной схемы эксперимента БГОАС был предложен новый вариант защиты. Оптимальный вариант и новая конструкция поглотителя пучка позволили обеспечить соотношение фон/сигнал менее 1% для дрейфовых камер и сцинтилляционных годоскопов. Фоновые загрузки для мюонных камер снижены в 350 раз по сравнению с первоначальной схемой эксперимента, соотношение фон/сигнал для мюонных камер составило 20-30% для всех режимов работы эксперимента [6].

На бустере ИФВЭ выполнена серия экспериментов [7], в которых измерялся выход нейтронов из протяженной вольфрамовой мишени. Эти данные представляют интерес как для верификации расчетных программ, так и для оптимального выбора материала мишени в электроядерных и трансмутационных установках. Пакет программ MARS был использован при подготовке и планировании эксперимента. Впоследствии, с целью верификации алгоритмов численного моделирования, различными группами были проведены расчеты выхода нейтронов для данной установки при помощи программных пакетов HERMES, LAHET и NMTC/JAERI-MCNP4A. Результаты расчетов по всем программам удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными и достаточно хорошо согласуются друг с другом, несмотря на то, что все программы используют различные системы констант, модели описания ядерных реакций и транспорта адронов и библиотеки нейтронных данных.

Высокоэнергетические частицы галактического космического и солнечного излучения проходят сквозь геомагнитную защиту Земли и входят в атмосферу. Эти частицы инициируют развитие ЯЭК в атмосфере и в материалах обшивки воздушных судов и космических аппаратов. Для типичных высот полета воздушных судов (10-13 км выше уровня моря) средняя мощность амбиентной дозы достигает величины 10 мкЗв-ч-1, до половины которой дают нейтроны. За один перелет пассажиры и экипаж могут получить эквивалентную дозу около 3% от регламентированного годового предела. Измерения спектров вторичных частиц в самолете затруднены из-за нестационарных условий эксперимента и сложного компонентного состава радиационных полей. Для оценки достоверности экспериментальных данных и для определения приближенных калибровочных факторов, зависящих от спектров частиц, были использованы расчеты нейтронных спектров на основе пакета MARS с использованием разработанных алгоритмов переноса НЭЧ [8]. Спектры нейтронов были рассчитаны для различных глубин атмосферы. Проведены сравнения расчетов по программе MARS с данными измерений нейтронных спектров на вершине горы Zugspitze (2963 м над уровнем моря) и результатами расчетов, выполненных по программе FLUKA [8]..Показано, что с

глубины атмосферы 200 г-см-2 форма нейтронных спектров практически одинакова, ослабление флюенса нейтронов следует экспоненциальному закону, поэтому можно считать отношение поглощенной дозы к эквивалентной дозе постоянной величиной [8].

Разработанный программный пакет RELEASE был использован для расчета эффективной дозы для населения вследствие выбросов радиоактивного воздуха из системы вентиляции Большого Адроппо-го Коллайдера [9]. Эффективная доза облучения, получаемая критическими группами населения, проживающими на территории, примыкающей к БАК, определяется характеристиками ускорителя, степенью детализации геометрического описания туннеля, технологических и экспериментальных залов БАК, погодными статистиками и путями облучения населения. При этом условия облучения могут меняться с изменением параметров системы вентиляции ускорителя или с изменением условий проведения экспериментов [9]. Максимальные значения эффективных доз достигаются вблизи точек выброса радиоактивного воздуха в районе систем коллимации пучка. Максимальная доза определяется короткоживущими радионуклидами и не превышает 1/10 от годового дозового предела.

В заключении подводятся основные итоги исследования:

1. Созданы формализованные программные алгоритмы прямого инклюзивного моделирования образования и переноса низкоэнергетических частиц при развитии ЯЭК.

2. В рамках пакета программ MARS создано программное обеспечение для моделирования переноса низкоэнергетических частиц при развитии ядерно-электромагнитных каскадов. Оно включает в себя: модули физических процессов, модули оптимизации дерева траекторий низкоэнергетических частиц, программы подготовки групповых низкоэнергетических констант, прикладное программное обеспечение для решения радиационно-физических задач. Пакет используется в настоящее время для расчетных исследований в ИФВЭ и ЦЕРН.

3. Исследован широкий круг прикладных физических проблем, связанных с подготовкой и проведением экспериментов по физике высоких энергий.

• С помощью пакета MARS исследованы фоновые условия для детекторов эксперимента DIRAC в различной конфигурации. Проведена оптимизация схемы эксперимента, определены оптимальные параметры защиты и поглотителя пучка.

• Проведена подготовка и моделирование серии экспериментов на бустере ИФВЭ, получены данные по выходу нейтронов из протяженных мишеней при облучении их протонами средних энергий.

• Рассчитаны нейтронные спектры на различной глубине в атмосфере от космического излучения с учетом геомагнитного поля земли. Результаты использованы при выработке рекомендаций европейской комиссии EURADOS по безопасности полетов самолетов гражданской авиации.

• Создан прикладной программный пакет RELEASE, позволяющий рассчитать эффективные дозы для населения от распределенных выбросов радиоактивного воздуха из системы вентиляции ускорителей на протяженной и пересеченной местности. Получена карта распределения дозы на участке площадью 20x20 км2 при работе Большого Адрон-ного Коллайдера.

Список литературы

[1] И.Л. Ажгирей, И.А. Курочкин, Н.В. Мохов. К расчету полей адронов в протяженных блоках вещества. В сб.: Тезисы докладов 4-й Всесоюзной научной конференции по защите от ионизи-рющих излучений ядерно-технических установок, Томск, ТПИ, 10-12.09.85. - Томск, 1985, с. 8.

[2] И.С. Байшев, И.А. Курочкин, Н.В. Мохов. Расширение возможностей комплекса программ MARS10. Препринт ИФВЭ 91-118, Протвино, 1991.

[3] И.Л. Ажгирей, И.А. Курочкин, М.А. Маслов, В.В. Таланов, А.В. Узунян. MARS93. Развитие комплекса программ ИФВЭ для моделирования ядерно-электромагнитных каскадов в области энергий до 20 ТэВ. Препринт ИФВЭ 93-19, Протвино, 1993.

[4] И.А. Курочкин. Моделирование низкоэнергетических частиц в комплексе программ MARS. В сб.: Тезисы докладов VIII Российской научной конференции по радиационной защите и радиационной безопасности в ядерных технологиях, Обнинск, ГНЦ ФЭИ им.академика А.И. Лейпунского, 17-19 сентября 2002 г. -Обнинск, 2002, с. 246-247.

[5] I.L. Azhgirey, I.A. Kurochkin, A.V. Sannikov, E.N. Savitskaya. Calculation of high energy hadron spectra at the CERN-CEC reference field facility by the MARS'95 and HADRON codes. // Nucl. Instr. and Meth. A 408 (1998), p. 535-542.

[6] B. Adeva, L. Afanasyev, M. Benayon et al. DIRAC: A high resolution spectrometer for pionimum detection. // Nucl. Instr. and Meth. A 515 (2003), p. 467-496.

[7] A.M. Andreev, I.L. Azhgirey, V.I. Beljakov-Bodin, G.I. Krupny, I.A. Kurochkin, R.E. Moiseev, V.A. Sherstev, G.N. Stetsenko, A.A. Yanovich. Benchmark experiment with tungsten target bombarded by medium energy protons. In: Proc. of Int. Conf. on Future Nuclear Systems GLOBAL'97, Oct. 1997, Yokohama, Vol. 1, p. 446.

[8] I.A. Kurochkin, B.R.L. Siebert, B. Wiegel. Study of the Radiation Environment caused by Galactic Cosmic Rays at Flight Altitudes, at the Summit of the Zugspitze and PTB Braunschweig. // Radiation Protection Dosimetry, Vol. 83, No. 4, 1999, p. 281.

[9] I.A. Kourotchkine. The Calculation of the Effective Dose to the Public due to Air Release from the LHC Facilities, CERN/TIS-RP/TN/2003-001, Geneva, 2003.

Рукопись поступила 15 ноября 2006 г.

х.

И.А. Курочкин

Развитие программного обеспечения для моделирования переноса низкоэнергетических частиц в комплексе программы MARS.

Оригинал-макет подготовлен с помощью системы ЖЕ^Х. Редактор Л.Ф. Васильева.

Подписано к печати 15.11.2006. Формат 60 х 84/16.

Офсетная печать. Печ.л. 1,12. Уч.-изд.л. 0,9. Тираж 100. Заказ 104. Индекс 3649.

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий 142281, Протвино Московской обл.

Индекс 3649

АВТОРЕФЕРАТ 2006-25, И Ф В Э, 2006

Введение

1. Метод Монте-Карло в моделировании ЯЭК

1 1 Основные уравнения теории переноса.

1.2 Моделирование процесса переноса.

1.3 Образование низкоэнергетических частиц в ЯЭК.

1 4 Групповое кинетическое уравнение.

1.5 Принципы построения программного обеспечения.

2. Пакеты программ для моделирования переноса излучений

2.1 Программные пакеты моделирования ЯЭК.

2.1 1 Пакеты на основе моделирования эксклюзивных событий

2.1 2 Пакеты на основе моделирования квазиэксклюзивных событий

2 13 Пакеты на основе моделирования инклюзивных событий

2.2 Модели рождения НЭЧ в /ь4-взаимодействнях.

2 2.1 Прямое моделирование.

2 2 2 Аппроксимация экспериментальных сечений.

2 3 Программы .моделирования переноса НЭЧ.

2 4 Системы подготовки ядерных данных.

3. Моделирование НЭЧ в комплексе программ MARS

3 1 Особенности комплекса программ MARS.

3 2 Инклюзизное рождение НЭЧ.

3 2 1 Рождение НЭЧ в /М-взаимодействиях.

3 2 2 Рождение НЭЧ в фотоядерных реакциях.

3 2 3 Рождение НЭЧ при //"-захвате.

3 3 Группое приближение переноса НЭЧ

3 4 Расчет энерговыделения при переносе НЭЧ

3.5 Методы минимизации дисперсии при переносе НЭЧ

3.6 Программный модуль CLENMA.

3.7 Подготовка групповых констант в пакете MARS.

3.7.1 Процедура подготовки групповых констант.

3.7.2 Формат FMARS.

3.8 Верификация программных модулей

3.9 Программное окружение MARS: пакет RELEASE.

4. Практические приложения

4 1 Фоновые условия в эксперименте DIRAC.

4.2 Выход нейтронов из вольфрамовой мишени

4.3 Моделирование нейтронных спектров в атмосфере.

4.4 Эффективные дозы облучения для населения вследствие выбросов радиоактивного воздуха из системы вентиляции БАК

Развитие научных исследований в области физики высоких энергий характеризуется внедрением новейших технологий в процесс создания и модернизации ускорительных и экспериментальных установок, отличающихся особой сложностью и высокой стоимостью. Полномасштабное математическое моделирование используется как основной инструмент проектных исследований.

Это предъявляет высокие требования к программам моделирования ядерно-электромагнитных каскадов в веществе, в частности, к точности описания физики взаимодействий частиц с веществом.

Высокие энергии и токи пучков на современных ускорителях приводят к образованию интенсивных потоков низкоэнергетических частиц, в основном нейтронов и фотонов, которые определяют радиационную обстановку за биологической защитой ускорителя и фоновые загрузки экспериментальных установок. От точности и быстродействия алгоритмов, описывающих низкоэнергетическую часть ядерно-электромагнитного каскада, во многом зависит корректность результатов и трудоемкость полномасштабного моделирования.

Среди задач, для которых принципиально важен прогресс в описании физики переноса низкоэнергетической компоненты ядерно-электромагнитного каскада - создание безопасных реакторов с ускорительной "накачкой", где сильноточные протонные и ионные пучки используются для 1енерации интенсивных полей низкоэнергетических нейтронов, а также решение проблемы эффективной трансмутации отработанного ядерного топлива

Одно из направлений, где важен рассматриваемый аспект моделирования - обеспечение радиационной безопасности полетов гражданской авиации. Низкоэнергетическая компонента космического излучения определяет радиационное воздействие на человека, а за время одного полета экипаж и пассажиры самолета могут получить эквивалентную дозу об-л\чения, примерно равную 1/30 от годового предела

Также рассматриваемые алгоритмы описания переноса низкоэнергетических частиц могут быть использованы при решении задач, связанных с радиационной терапией

Перечисленные выше задачи определяют актуальность и важность создания и развития программного обеспечения для описания механизмов рождения и транспорта низкоэнергетических частиц при моделировании ядерно-электромагнитных каскадов.

Целью диссертационной работы является разработка и развитие программных кодов, описывающих методом Монте-Карло процессы рождения и переноса низкоэнергетических нейтронов и фотонов в рамках комплекса программ MARS.

Автор защищает:

• Разработку математического обеспечения для описания процессов рождения и переноса низкоэнергетических частиц в сложных геометриях при моделировании ядерно-электромагнитных каскадов в веществе.

• Алгоритм прямого инклюзивного моделирования рождения низкоэнергетических частиц в программном пакете MARS.

• Развитие алгоритмов для моделирования формирования спектров частиц в атмосфере и результаты расчета спектров.

• Разработку и развитие алгоритмов для прогнозирования эффективных доз для населения в случае распределенных выбросов радиоактивного воздуха из ускорителя на протяженной местности сложного рельефа и результаты использования созданного прикладного пакета для расчета доз в районе Большого Адронного Коллайдера в ЦЕРН

• Результаты использования созданных программных пакетов при оптимизации фоновых загрузок детекторов в эксперименте DIRAC

• Данные по моделированию серии экспериментов на бустере ИФВЭ по исследованию сечений реакций расщепления в протяженных мишенях при облучении их прогонами средних энергий.

Научная новизна и практическая ценность работы определяется тем, что в рамках инклюзивного подхода были предложены и впервые реализованы в программах алгоритмы прямого рождения и переноса низкоэнергетических частиц в групповом приближении, позволяющие достаточно корректно и быстро проводить расчеты транспорта частиц через вещество, моделировать источники и оптимизировать фоновые загрузки на элементы детекторов экспериментальных установок.

На основе результатов моделирования фоновых загрузок детекторов эксперимента DIRAC на ускорителе PS (ЦЕРН), проведенных автором, была выработана оптимальная схема проведения эксперимента, определены параметры защиты и поглотителя пучка Полученные в результате расчетов рекомендации использованы в эксперименте DIRAC.

Результаты расчетов нейтронных спектров в атмосфере были использованы при выработке рекомендаций европейской комиссии EURADOS по безопасности полетов самолетов гражданской авиации.

Исследованы выходы нейтронов из различных мишеней на пучке бустера ИФВЭ, показано согласие экспериментальных и расчетных данных.

Решена задача расчета эффективной дозы для населения от распределенных выбросов радиоактивного воздуха из Большого Адронного Коллайдера Получена карта распределения дозы на участке площадью 20x20 км2

Разработанные алгоритмы рождения и транспорта частиц через вещество, прикладное программное обеспечение используются при решении радиационно-физических проблем на ускорителях и в экспериментальных исследованиях, проводимых в настоящее время в ИФВЭ и ЦЕРН

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений.

1. Созданы формализованные программные алгоритмы прямого ин клюзивного моделирования образования и переноса низкоэнергети ческих частиц при развитии ЯЭК.

2. В рамках пакета программ MARS создано программное обеспече ние для моделирования переноса низкоэнергетических частиц при

развитии ядерно-электромагнитных каскадов. Оно включает в себя:

^юдyли физических процессов, модули оптимизации дерева траек торий низкоэнергетических частиц, программы подготовки группо BbLX низкоэнергетических констант, прикладное программное обес печение для решения радиационно-физических задач. Пакет исполь зуется в настоящее время для расчетных исследований в ИФВЭ и

3. Исследован широкий круг прикладных физических проблем, связан ных с подготовкой и проведением экспериментов по физике высоких

энергий. • С помощью пакета MARS исследованы фоновые условия для

детекторов эксперимента DIRAC в различной конфигура ции Проведена оптимизация схемы эксперимента, определены

оптимальные параметры защиты и поглотителя пучка. • Проведена подготовка и .\юделирование серии экспериментов

на бустере ИФВЭ, получены данные по выходу нейтронов из

протяженных .\п1шеней П1)и облучении их протонами средних

энергий. • Рассчитаны нейтронные спект})ы на различной глубине в ат мосфере от космического излучения с учетом геомагнитного

поля земли Результаты использованы при выработке рекомен даций европейской комиссии EURADOS по безопасности поле тов самолетов гражданской авиации. • Создан прикладной програм»1ный пакет RELEASE, позволяю 116 щий рассчитать эффективные дозы для населения от распреде ленных выбросов радиоактивного воздуха из системы вентиля ции ускорителей на протяженной и пересеченной местности. В

рамках пакета RELEASE создан формализованный программ ный алгоритм Монте-Карло интегрирования дозового ядра с

точной функцией фактора накопления и получена карта рас пределения дозы на участке площадью 20x20 км^ при работе

Большого Адронного Коллайдера. В заключение считаю своим приятным долгом поблагодарить канди дата физико-математических наук И.Л. Ажгирей, взявшего на себя труд

по руководству данной диссертацией. Я искренне благодарен коллективу Отдела радиационных исследова ний, который поддержал исследования, ставшие основой данной работы. Я благодарен И.С. Байшеву, В.И. Белякову-Бодину, Л.Л. Неменову,

В В. Таланову, О.В. Суманееву и А.В. Узуняну за их активное участие

в исследованиях по теме диссертации. ^''спешному выполнению всех работ, проводимых по теме диссерта ции, способствовал профессор Н.Е Тюрин, которому я приношу искрен нюю благодарность.

1. И.Л. Ажгирей, И.А Курочкин, М.А. Маслов, В.В. Таланов, А.В. Узу- нян. MARS93. Развитие комплекса программ ИФВЭ для моделиро-вания ядерно-электромагнитных каскадов в области энергий до 20ТэВ, Преиринт ИФВЭ-93-19, Протвино, 1993.

2. IL. Azhgirey, IА Kurochkin, A.V. Sannikov, E.N. Savitskaya. Calculation of high energy hadron spectra at the CERN-CEC referencefield facility by the MARS'95 and HADRON codes, Niicl. Instr. andMeth. A 408 (1998), p. 535-542.

3. B. Adeva, L Afanasyev, M. Benayon et al. DIRAC: A high resolution spectrometer for piommum detection, Nucl. Instr. and Meth A 515(2003), p. 467-496.

4. I.A. Kurochkin, В R.L. Siebert, B. Wiegel. Study of the Radiation Environment caused by Galactic Cosmic Rays at Flight Altitudes, at theSummit of the Zugspitze and PTB Braunschweig, Radiation ProtectionDosimetry, Vol. 83, No. 4, 1999, p. 281.

5. I.A. Kourotchkine. The Calculation of the Effective Dose to the Public due to Air Release from the LHC Facilities, CERN/TIS-RP/TN/2003-001, Geneva, 2002.

6. B.B Смелов. Лекции no теории переноса нейтронов, М.: Атомиздат, 1978.

7. К. Кейз, П. Цвайфсль, Линейная теория переноса, М.: Мир, 1972.

8. A.M. Кольчужкин, В.В. Учайкин. Введение в теорию прохождения частиц через вещество, М.: Атомиздат, 1978.

9. А.И. Исаков, М.В. Казарновский, Ю.А. Медведев, Е.В. Метелкин. Нестационарное замедление нейтронов. Основные закономерностии некоторые приложения, М.: Наука, 1984.

10. Г.И. Марчук, В.И. Лебедев. Численные методы в теории переноса нейтронов, М.: Атомиздат, 1971.

11. А М. Волощенко и А.В. Швецов КАСКАД-С-2.5 - программа для решения уравнения переноса нейтронов, фотонов и заряженногоизлучения методом дискретных ординат в двумерных геометриях.Инструкция для пользователя, Отчет ИПМ РАН, инв A*" 7-26-2004,М., 2001

12. З. Беленький. Лавинные процессы в космических лучах, Ы.-Я: Го- стехиздат, 1948.

13. СМ. Ермаков. Метод Монте-Карло и смежные задачи, М.: Наука, 1971.

14. СМ. Ермаков, Г.А. Михайлов. Статистическое моделирование, М.: Наука, 1982.

15. Г.А. Михайлов. Оптимизация весовых методов Монте-Карло, М.: Наука, 1987.

16. В.В. Учайкин. О моделировании переноса частиц с размножением методом Монте-Карло, ЖВМиМФ, т. 16, №3, 1976, с. 758-766.

17. М.А. Назаралиев. Статистическое моделирование радиационных процессов в атмосфере, Новосибирск: Наука, 1990.

18. Л.Н. Зайцев, М.М. Комочков, Б.С. Сычев. Основы защиты ускори- телей, М.: Атомиздат, 1971.

19. В.П. Крючков, Г.И. Семенова. Роль iT-захвата ядрами железа в формировании полей нейтронов вокруг поглотителей мюонов вы-сокоэнергетических адронных пучков. Атомная энергия, т. 6, вып. 3,1987, с. 198

20. Н. Вирт. Алгоритмы и структуры данных. А!.. Мир, 1989.

21. У. Дал, Э. Дейкстра, К. Хоор. Структурное программирование, М.. Мир, 1975.

22. Г. Буч. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С 4- -г, М . Издательский Бино.м, 1998

23. P.J Roaclie. Verification and Validation in Computational Science and Engineering, Hermosa Publishers, Albuquerque, New Mexico, 1998.

24. International Standard ISO/IEC 9126 Information Technology - Software Product Evaluation - Quality Characteristics andCuidelines for their Use International Organization for Standardization,International Electroteclmical Commission, Geneva, 1991.132

25. Н. Nakashima, К. Hayashi et al. Accelerator Shielding Benchmark Experiment Analysis, OECD/NEA 2nd Specialists' Meeting on ShieldingAspects of Accelerators, Targets and Irradiation Facilities (SATIF),CERN, Geneva, October 12-13, 1995.

26. H. Handa, M. Saitou, K. Hayashi et al. Analysis of High Energy Shielding Experiment in ISIS, Third Workshop on Simulating AcceleratorRadiation Environments (SARE-3), KEK, Tsukuba, Japan, May 7-9,1997.

27. R. Brim, F. Bruyant, A.C. McPherson, P. Zanarini. CERN Data Hadnling Division, DD/EE/84-1, 1987.

28. S. Giani et al. GEANT4: An Object-Oriented toolkit for Simulation in HEP, GERN/LHCC 98-44, 1998.

29. H.G. Fesefeldt. Simulation ofhadromc showers, physics and application. Technical report PITHA 85-02, 1985.

30. J.O. Johnson, T.A. Gabriel. A User's Guide to MICAP: a Monte Carlo wmzation chamber analysis package,

31. W.R Nelson, H. Hirayama, D.W.O. Rodgers Report SLAG-265, Stanford Accelerator Genter, Stanford, California, 1985.

32. P A Aarnio, A. Fasso, H.-J. Moehring, J. Ranft, G.R. Stevenson. FLUKA86 user's guide, GERN Divisional Report TIS-RP/168 (1986).

33. Radiation Shielding Information Genter. HETC Monte Carlo High Energy Nucleon Meson Transport Code, Report GGG-178, Gak RidgeNational Laboratory, 1977.

34. P. Gloth et al. HERMES A Monte Carlo Program System for Beam Materials Interaction Studies, Jul-2203, (1988).

35. R E. Prael, H. Lichtenstein. Users Cuide to LCS: The LAHET Code system, LA-UR-89-3014, (1989).

36. T.A. Gabriel, J E Braun, B.L. Bishop. The Physics of Compensating Calorimetry and the new CAL0RS9 Code System, ORNL/TM 11060,1989133

37. J.S. Hendricks, G.W. McKinney, L.S. Waters et al. The MCNPX Version 2.5.0 User's Manual, April 2005, LA-CP-05-0369 (2005).

38. A.В Дементьев, Н. М. Соболевский. SHIELD - программа модели- рования переноса адронов методом Монте-Карло, М.: ИЯИ, 1994.

39. A.V. Sannikov, E.N Savitskaya. Physics of the HADRON code: recent status and comparison with experiment, Nucl. Instr. and Meth. A 450(2000), p. 127-137

40. J.M. Blatt, V.F. Weisskopf. Theoretical Nuclear Physics, John Wiley, New York, 1952.

41. E.S. Troubetzkoy. Statistical Theory of Gamma-Ray Spectra Following Nuclear Reactions, Phys. Rev., 122, 1961, p. 212.

42. V.A. Konshin, E.S. Matusevich. Characteristics of the Interaction of High Energy Nucleons with Nuclei, Atomic Energ}' Review, Vol. 6, No. 4,International Atomic Energy' Agency, Vienna, 1968.

43. RSIC Code Package CCC-203. MORSE-CG, A General Purpose Monte Garlo Multigroup Neutron and Gamma Ray Transport Gode withGombinatorial Geometry, 1975.

44. W W. Engle. A User's Manual for ANISN. A One Dimensional Discrete Ordmates Transport Gode with Amsotropic Scattering, K-1693, OakRidge Gausous Diffusion Plant, 1967.

45. H.W. Bertini. Phys Rev., Vol. 188, 1969, p. 1711.

46. Y. Yariv and Z. Fraenkel. Phys Rev. C, Vol. 20, 1979, p. 2227, Phys. Rev. C, Vol 21, 1981, p. 488

47. A. Cappela et al. Physics Reports, 236, 1994, p 225.

48. J. Barish et al. HETFIS High Energy Nucleon Meson Transport Gode with Fission, ORNL/TAI-7882, Oak Ridge National Laboratory, 1981.

49. F Atchison Spallaiwn and Fission in Heavy Metal Nuclei under Medium Energy Proton Bombardment, Jul-Conf-34, Kernforshungsanlage, JiilichGmbH, 1980134

50. L.W. Dresner. EVAP - A Fortran Program for Calculating the Evaporation of Various Particle from Excited Compound Nuclei, OUNL-TM-196 (1962).

51. P. Cloth et al. The KFA - Version of High Energy Transport Code HETC and the Cenerahzed Evaluation Code SIMPEL, Jiil-Spez-196,Kernforshungsanlage, Jiilich GmbH, 1983.

52. D.J. Brenner, R.E. Prael, J.F. Dicello and M Zaider. Improved Calculations of Energy Deposition from East Neutrons, in ProceedingsFourth Symposium on Neutron Dosimetry, EUR-7448, Munich-Neuherberg, 1981.

53. R.E. Prael, M. Bozoian. Adaptation of the Multistage Pre-equilibrium Model for Monte Carlo Method, LA-UR-88-3238, (1988).

54. J.F. Briesmeister (Ed.). MCNP: A Ceneral Monte Carlo N-Particle Transport code, Version 4A, LA-12625, (1993).

55. N.S. Amelin, K.K. Gudima, V.D. Toneev. Sov. J. Nucl. Phys., 51, 327, 1990.

56. S Ghiba, T. Fukahori, H. Takada et al. Applicability of the Quantum Molecular Dynamics to Nucleon-Nucleus Collisions, Int. Gonf. onNuclear Data for Science and Tech., Gatlinburg, Tennessee, USA, 1994,p. 505.

57. Л.П. Абагян, H 0 Базазянц, \LH. Николаев, X.W. Цибуля. Группо- вые константы длл расчета реакторов и защиты Справочник 1\1.:Оне{)гоатомиздат, 1981

58. В.Н. Грибов. ЖЭТФ, Т.26, 1968, с. 414.

59. К. Hansgen, J. Ranft. Compt. Phys. Comrnun., 39, 1986, p. 37.

60. H Grote, R. Hagedorn, J. Ranft. Atlas of Particle Production Spectra, CERN Report, 1970.

61. A. Van Ginniken. Fermilab report, FN-272, 1975.

62. A. Van Ginniken. AEGIS - a program to calculate the average behavior of electromagnetic showers, Fermilab report, FN-309, 1978.

63. B.V. Chirikov, V.A Taurinski, H.J. Moring, J. Ranft. Optimisation of antiproton fluence from target using hadron cascade calculations, Nucl.Instr. and Meth., 144 (1977), p. 129.

64. И.Л. Ажгирей, И.А Курочкин, В.В. Таланов. Развитие комплекса программ MARS д.гя решения радиационно-физических задач проек-тирования электроядерных установок, В материалах XV Совеща-ния по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1996, с. 7.

65. О Бор, Б Моттельсон. Структура атомного ядра, М.: Мир, 1971.

66. А Г. Ситенко Теория ядерных реакций, М.: Энергоато\1издат, 1983.

67. В С Барашенков, В Д. Топеев Взаимодействия высокоэнергетиче- ских частиц и атомных ядер с ядрами, М.: Атомиздат, 1972.136

68. И.В. Амирханов, Е.В. Землянская, А. Полянский, Т.Т. Пузынина, В.В. Ужинский. Моделирование ядерных взаимодействий при про-межуточных энергиях методом квантовой молекулярной динами-ки, Препринт ОИЯИ-Р11-2005-134, Дубна, 2005.

69. S. Furihata Nucl Instr. and Meth. В 171 (2000), p. 252.

70. A Botvina et al. Mechanism of fragment production in heavy-ion reactions at intermediate energies, Z.Phys. A 345 (1993), p. 297-303.

71. R G.Jr. Alsmiller, M. Leidorfer, J. Barish. Report ORNL-4046, 1967.

72. S. Pearlstaein. Nucl. Sci. Eng., Vol. 95, 1987, p. 116.

73. B.C. Сычев, A.Я. Серов, В.В. Манько. Аналитическая аппроксима- ция дифференциальных сечений образования вторичных частиц внеупругих нуклон-ядер^тх взаимодействиях при энергиях выше 20МэВ, Препринт 799, АН СССР РТИ, М., 1979.

74. Б Сычев Сечения взаимодействий адронов высоких энергий с ядрами, РАН РТИ, М., 1999.

75. Д.В Горбатков, В.Н. Крючков, СИ. Стриганов Дифференциаль- ные сечения рождения адронов в неупругих h А-взаилюдействиях дляэнергий первичных частиц 20 МэВ-10 ТэВ, Препринт И^>ВЭ-92-172,Протвино, 1992.

76. К. Ishibashi, К. Higo, S Sakaguchi et al. Moving Source Model Analysis Neutron Production Cross Section for Proton Induced SpallatwnReaction, Journal of Nuclear Science and Technology, Vol. 29, No. 6,June 1992, p 499-512

77. T. Kato, T. Kurosawa, T. Nakamura. Systematic analysis of neutron yields from thick targets bombarded by heavy ions and protons withmoving source model NIMA 480 (2002), p. 571-590

78. E.A. Гомин, I\LH. Гуревпч, Л В. Майоров и СВ. Марин. Программа MCU-3 для расчета методом Монте Карло нейтрошю-физическиххарактеристик ядерных реакторов . Том 1: Описание примененияи инструкция для пользователя. Препринт ИАО-5772/5, AL, 1994.

79. J.L Rollands (Editor) The JEP2.2 Nuclear Data Library, JEF Report No 17

80. АД Франк-Каменецкий. Моделирование траекторий нейтронов при расчете реакторов методом Монте Карло, М.: Атомиздат,1978

81. P F Rose and C.L Dunford ENDP-102. Data Pormats and Procedures for the Evaluated Nuclear Data Pile ENDP-6, BNL-NCS-44945, Upton,New York II973, 1990

82. S T Perkis and D E Culen ENDL Type format for the LLNL Evaluted Atomic Data Library, EADL, for the Evaluted Electron Data Library,EEDL, and the Evaluted Photon Data Library, EPDL, UCRL-ID-117796,(July 1994), RSIC Data Library Collection DLC-0179/02138

83. R.J. Howrton and M.H. MacGregor. The LLL Evaluted Nuclear Data 1.ibrary (ENDL): Description of Individual Evaluations for Z=0-98,UCRL-50400, V 15, part D, Rev. 1 (May 1978), RSIC Data LibraryCollection DLC-120/LENDL-V.

84. K. Shibata, T. Kawano, T. Nakagawa et al Japanese Evaluated Nuclear Data Library Version 3 Revision-3: JENDL-3.3, Journal of NuclearScience and Technolog}', Vol. 39, No. 11, November 2002, p. 1125-1136.

85. V.N. Manokhin et al. BROND-2.2 - Russian Evaluated Neutron Reaction Data Library, IAEA-NDS-90, Rev. 8, January 1994.

86. R.E. MacFarlane, D W. Muir, R.M. Boicourt. The N JOY Nuclear Data Processing System, Volume I User's Manual, LA-9303-M (ENDF-324),1.os Alamos National Laboratory, 1982.

87. В В Синица. Коды для расчетов групповых констант с би- блиотеками оценных данных ВАНТ, Серия: Ядерные константы.Вып. 5 (59), М., 1981, с 34

88. Г.П Манту1)ов, M H Николаев, A..\L Цибуля. Системы групповых констант БНАВ-93 Часть 1: Ядерные константы для расчетанейтронных и фотонных полей излучений. ВАНТ, Серия: Ядерныеконстанты. Вып. 1, М., 1996.

89. BUGLE96 coupled 47 Neutron, 20 Gamma-Ray Group Cross Section 1.ibraty Derived from ENDF/B-VI for LWR Shielding and PressureVessel Dosinietry Applications, RSIC DATA LIBRARY Collection,DCL-185/BUGLE96, July 1999, ORNL, Oak Ridge, Tennesee.

90. N E Greene, W E Ford, III, L M Petrive and N Arwood. ЛМРХ- 77; Modular Code System for Generating Coupled Muliigroup Neutron-Gamma Cross Section Libraty Derived from ENDF/B-IV and ENDF/B-V, ORNL/CSD/TM-283, October 1992139

91. А.М Волощенко, С В . Гуков, А.В. Швецов, В.И. Журавлев. ARVES-2 - Комплекс программ, обслуживающий файл макрокон-стант в формате FMAC-M для решения многогруппового уравне-ния переноса. Инструкция для пользователя, ИПМ, М., 2000.

92. А.В Воронков, В.И Журавлев, Ф Манаков. US CONS - комплекс программ расчета констант в системе CNDL. В сб тезисов: 5-яВсесоюзная научная конференция но защите от ионизирующих излу-чений яде})но-технических установок, Протвино, И^ 1>ВЭ, 1989, с 66.

93. Р М. Endt Atomic Data and Nuclear data Tables , Vol. 26, 1981, p 46.

94. В L. Berman, S С Fultz. Measurements of the giant dipole resonance with mono energetic photons, Review of Modern Physics, Vol. 47, No. 3,1975, p. 713-762

95. Б Ратнер О некоторых особенностях энергетических спектров фотонейтронов из средних и тяжелых ядер, ОЧАЯ, т. 12 , выи. 6,М Атомизлат, 1981, с. 1492-1512

96. Ю А Глазунов, М.В. Савин, И.Н. Сафина и др. Спектры фотоней- тронов из платины, висмута, свинца и урана, Ж0Т<1>, т 46, выи. 5,1961. с 1906.

97. А О Вайсенберг Мю-мезон, М Наука, 1961 140

98. Н Primakoff. Phys Mod. Rev., 31, 1959, p. 802

99. A M. Hillas Thesis, University of Leeds, 1958.

100. B.B Балашов, Г.Я. Коренман, P.A. Эрамжян. Поглощение мезонов атомными ядрами, М. Атомиздат, 1978.

101. Т. Kozlovski, А Zelenski. Nucl. Phys., А 305, 1978, p. 368.

102. Т. Kozlovski, \V. Bertl, H.P. Povel et al. Energy spectra and asymmetries of neutrons emitted after muon capture, Nucl. Phys., A 436,1985, p. 717-732

103. H Г. Гусев, В.A. Климанов, В.П Машкович, А.П. Суворов. Защита от ионизирующих излучений, т. 1, М.: Энергоатомиздат, 1989.

104. В.В. Коробейников, В.Н. Алешечкин. Анализ некоторых алгорит- мов расщепления и рулетки в расчетах защиты методом Монте-Карло. ВАНТ, Сер. (1>изика и техника ядерных реакторов. Вып. 8,1987, с. 39-44.

105. М.М. Meier et al N4icl Sci Eng., Vol 102, 1989, p. 310. 127. w e Barber and W D Cearg. Phys Rev., 116, 1959, p. 1551.

106. Л A Трыков, 10 И Колеватов, В Волков. Методы калибровки спектрометров с помощью радионуклидных источников нейтро-нов Препринт <1ОИ-1730, Обнинск, 1985

107. J S. Hendricks and L L Carter. Nucl. Sci. Eng., Vol. 77, 1981, p. 71.

108. T W Armstrong and R G. Alsmiller. Nucl. Sci. Eng., 38, 1969, p. 53.

109. J S Rufes, C.R Stevenson and A. Fasso. Radiation Levels in SSC Interaction regions. SSC-SR-1033, Berkley, 1988, p. 244

110. I L Azhgirey, I S. Baishev, J-B. Jeanneret, LA. Kourotchkine and G.R.Stevenson. Cascade simulation studies of the momentum cleaninginsertion of the LHC. LHC Project Note 263, July 2001 (2001).141

111. М. Huhtinen. Determination of Cross Sections for Assessments of Air Activation at ЬЯС,СЕКК/Т18-КР/ТМ/9б-29, February 1997, (1997).

112. S. Roesler, R Engel and J. Ranft. The Monte Carlo Event Generator DMPJET-IJI, in: Proc. International Conference on AdvancedMonte Carlo for radiation Physics, Particle Transport Simulation andApplications, 23-26 October 2000, Lisbon, Portugal, p. 332.

113. V.V. Uzhinskii. Modified Code FRITIOF. User's guide. Препринт E2- 96-192, Дубна, 1996

114. International Atomic Energy Agency, Atmospheric dispersion in nuclear power plant siting, IAEA Safety Cuide No.50-SC-S3 (1980).

115. Hauptabeilung fur die Sicherheit der Kernanlagen (HSK). Berechnung der Strahlenexposition in der Umgebung aufgrund von Emisswnenradwactiver Stoffe aus Kernanlagen, HSK-R-41/d (July 1997).

116. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuchdes' Part 5, compilation of mgestion and inhalation dosecoefficients, ICRP Publication 72, Vol. 26, No. 1 (1996).

117. L. Moritz. Implementation of the draft Swiss standard HSK-R-41/d to calculate off-site doses and dose rates due to radioactive emissions fromCERN, CERN/TIS-RP/IR/96-08/Rev.l (1996)

118. A В Chilton, С M Eisenhauser, С L. Simmons. Photon Point Source Duild-up Factors for Air, Water and Iron, Nucl. Sci. Eng., Vol. 73, No. 1,1980, p 97-107

119. T.J. Overcamp and R A. Fjeld. An exact solution to the Caussian cloud approximation for ^, absorbed dose due to a ground-level release. HealthPhysics, 44 (1983), p. 367-372.142

120. В. Adeva, L. Afanasyev, M. Angeles Lopez et al. Lifetime measurements ofn'^77 atoms to test low energy QCD prediction, CERN/SPSLC 95-1,SPSLC/P 284, Geneva, 1994.

121. SDC Forward Muon workshop, 18-29.01.93, SDC-92-414, SSCL, 1993.

122. CMS Technical Proposal, CERN/LHCC 94-38, Geneva, 1994, p. 114

123. I.A Kurochkin. Preliminary calculations of neutron background in the DIRAC experiment, CERN DIRAG note 96-07, 1996.

124. A V. Kuptsov, D Yu. Riabkov, V.V Yazkov DIRAC experimental setup, GERN DIR.'\G note 96-08, 1996.

125. LL Nemenov, DIRAC beam and experimental setup. Memorandum, August 15, 1996.

126. LA Kurochkin. Calculation of background rates for the update DIRAC experimental setup, CERN DIRAG Note 97-05, Geneva, 1997.

127. И.Л. Ажгирей, И.A. Курочкнн, В.И. Беляков-Бодин. Моделирова- ние облучения волъфрамобой мишени протонами средних энергий.Тезисы док'ладов на VII Конференции по защите от ионизирующихизлучений яде1)но-технических установок, Обнинск, 1998, с. 350.

128. У. Nakahara, Т. Tsutsui. NMTC/JAERI - А Code System for High Energy Nuclear Reactions and Nucleon-Meson Transport Code, JAERI-M 82-198, (1982)

129. S. Ghiba, B. Yu, T Fukatori Evaluation of JENDL Fusion File, Proc. of the 1991 Symp. on Nucl Data, Nov. 28-29. 1991, JAERI, Tokai, Japan,JAERI-M 92-027 (1992), p. 35-44.

130. M Nakazawa et al JENDL Dosimetry File, JAERI-1325, (1992).

131. T Fukahori. ALICE-F - Calculation of Nuclear Data up to 1 CeV, Proc. of the Specialists' Mtg on High Energy Nucl Data, Get. 3-4, 1991JAERI, Tokai, JAERI-M 92-039 (1992), p. 114-122.

132. G. Reitz. Radiation Environment in the Stratosphere, Radiation Protection Dosiinetry, Vol 48, 1993, p. 5-20.

133. P. Tume, В.Л. Lewis, T. Cousins, D. Hudson and G. Guery. Measurements of Neutron Radiation Exposure of Pilots Using BubbleDetectors, In Proc, of the 8th Int. Conf. on Radiation Shielding, p. 597-603, American Nuclear Society, La Grange Park, USA, 1994

134. С Pfeifer, S. Roesler and M. Simon. The Production of Antiprotons in the Upper Atmosphere by Interacting Primary Cosmic Rays, PhysicalReview C5i, 1996, p 882-887.

135. Jr.J.H. Adams. Cosmic Ray Effects on Microelectronics, Part IV, Memorandum Report NRL-5901, Naval Research Laboratory,Washington, D G , 1986

136. S. Roesler. W. Heinrich and H. Schraube. Calculation of Radiation Fields in the Atmosphere and Comparison to Experimental Data, Radiat.Res., Vol. 149, 1998, p. 87-97.

137. M. Ichimura, M. Kogava, S. Kuramata et al. Cbservation of Heavy Cosmic Ray Primaries over the Wide Energy Range from 100CeVIparticle to 100 TeV/particle. Is the celebrated "knee" actually sopromlпeпt^, Pliys Rev. D48, 1993, p. 1949-1975.

138. M. Lumme, M. Nieminen, J. Peltonen, J.J Torsti, E Vainikka and E Valtonen Cosmic Ray Spectra as Calculated from AtmosphericHadron Cascade, J Phys G.: Nucl Phys. 10, 1984, p. 683-694.

139. J A. Simpson and К R Pyle CLIMAX Neutron Monitor (Bartels averaged data). University of Ghicago, National Science FoundationGrant ATM-9613963

140. W. Ileinrich and A Spill Ceomagnetic Shielding of Cosmic Rays for Different Satellite Orbits, J Geophy. Res., Vol. 84, 1979, p. 4401-4404.141

141. ICRU. Stopping Powers and Ranges for Protons and Alpha Particles, ICRU Report 49 (Bethesda, MD: ICRU Publications) (1993).

142. H. Schraube, J. Jakes, A. Sannikov, E. Weitzenegger, S. Roesler and W. Heinrich. The Cosmic Ray Induced Neutron Spectrum on Top ofthe Zugspitze (2963m), Radiation Protection Dosimetry, Vol. 70, 1997,p. 405-408.

143. Т.К. Gaisser. Cosmic Rays and Particle Physics, Cambridge University Press, Cambridge, 1990.

144. H. Schraube, G. Leuthold, S. Roesler and W. Heinrich. Neutron Spectra at Plight Altitudes and their Radiological Estimation, Adv. Space Res.21, 1998, p. 1727-1738.

145. M. Hofert and G.R. Stevenson. The CERN-CEC High Energy Reference Pield Pacility, CERN divisional report CERN/TIS-RP/94-02/CF (1994).

146. LA. Kourotchkine, G.R. Stevenson, H.H. Vincke and P. Vojtyla. The Calculation of the Effective Dose to the Public due to Air Release fromCNCS Pacihty, CERN/TIS-RP/IR/00-05, Geneva, 2000.