МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Введение в теорию переноса и физику защиты от ионизирующих излучений

САХАРОВ В. К.

Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений

Москва 2012

УДК 621.039.58 (075.8)

Введение в теорию переноса и физику защиты от ионизирующих излучений: Учебное пособие./В.К. Сахаров. М.:НИЯУ МИФИ, 2012

В основу учебного пособия положены курсы лекций «Физика защиты от ионизирующих излучений», «Введение в теорию переноса и формирование полей ионизирующих излучений», читаемых студентам МИФИ. Рассматриваются основные характеристики полей ионизирующих излучений, взаимодействие излучений с веществом, источники излучений. Анализируются источники радиационного фона и формируемые дозовые нагрузки для населения. Освещаются подходы к нормированию в области радиационной безопасности и действующие НРБ-99/2009. По каждому разделу даны контрольные вопросы для проверки знаний.

Предназначено для студентов, аспирантов и преподавателей инженерно-физических и физико-технических вузов, специализирующихся в области радиационной безопасности и защиты от ионизирующих излучений

Содержание

Предисловие 7

Введение 9

Глава 1. Виды ионизирующих излучений 12

Глава 2. Характеристики полей ионизирующих излучений 19

§ 2.1. Дифференциальные и интегральные 19

характеристики полей излучений. 19

2.1.1. Потоковые характеристики полей излучений. 19

2.1.2. Токовые характеристики полей излучений. 23

Глава 3. Взаимодействие излучений с веществом 26

§ 3.1. Типы взаимодействий излучений с веществом. 26

3.1.1. Поглощение. 26

3.1.2. Ионизация и возбуждение. 27

3.1.3. Рассеяние. 27

3.1.4. Ядерные реакции. 28

§ 3.2. Эффективные поперечные сечения взаимодействия. 29

3.2.1.Микроскопические и макроскопические эффективные поперечные сечения взаимодействия. 29

3.2.2. Дифференциальные и интегральные эффективные поперечные сечения взаимодействия 33

§ 3.3. Взаимодействия фотонов с веществом. 37

3.3.1. Фотоэлектрическое поглощение. 38

3.3.2. Комптоновское рассеяние. 40

3.3.3.Процесс образования электрон-позитронных пар. 44

3.3.4. Характеристическое излучение. 46

3.3.5. Когерентное рассеяние. 46

3.3.6.Аннигиляционное излучение. 48

3.3.7. Тормозное излучение. 48

3.3.8. Образование фотонейтронов. 49

§ 3.4. Взаимодействие нейтронов с веществом 55

3.4.1. Качественная картина взаимодействия нейтронов. 56

3.4.2. Формула Брейта-Вигнера 61

3.4.3. Радиационный захват. 63

3.4.4. Упругое рассеяние. 64

3.4.5. Неупругое рассеяние. 66

3.4.6. Кинематика рассеяния нейтронов 66

§ 3.5. Взаимодействия заряженных частиц с веществом. 81

3.5.1.Взаимодействия тяжелых заряженных частиц с веществом. 81

3.5.2. Взаимодействия электронов с веществом. 86

Глава 4. Дозовые характеристики полей излучений. 94

§ 4.1. Основные базисные дозовые характеристики полей излучений 95

4.1.1 Поглощенная доза 95

4.1.2.Керма. 96

4.1.3. Эквивалентная доза. 98

4.1.4. Эффективная доза. 101

4.1.5. Ожидаемая эффективная (эквивалентная) доза.  103

4.1.6. Доза эффективная (эквивалентная) годовая 104

4.1.7. Коллективная эффективная доза  105

4.1.8.Предотвращаемая эффективная доза  107

§ 4.2. Фантомные дозовые характеристики 108

полей излучений 108

4.2.1. Показатель эквивалентной дозы. 109

4.2.2. Амбиентная эквивалентная доза. 109

§ 4.3. Связь между дифференциальными и дозовыми характеристиками полей излучений при внешнем облучении. 109

4.3.1. Фотонное излучение. 110

4.3.2.Заряженные частицы. 112

4.3.3.Нейтроны. 113

§ 4.4. Удельные дозиметрические характеристики полей излучений при внешнем облучении. 118

§ 4.5. Связь между концентрациями радионуклидов в окружающей среде и дозовыми характеристиками полей излучений при внутреннем облучении. 121

4.5.1. Однокамерная модель оценки дозы. 122

4.5.2. Многокамерные модели оценки дозы. 128

4.5.3. Модель «удельной активности». 130

§ 4.6. Связь между концентрациями радионуклидов в окружающей среде и дозовыми характеристиками полей фотонов при внешнем облучении. 131

Глава 5.  Характеристики источников ионизирующих излучений 134

§ 5.1. Радионуклиды, как источники излучений 136

5.1.1. Активность и постоянная распада радионуклида 139

5.1.2. Схемы радиоактивных превращений 144

§ 5.2. Радионуклиды, как источники отдельных видов излучений. 146

5.2.1. Источники α-частиц. 146

5.2.4. Источники нейтронов. 154

§ 5.3. Дозовые характеристики радионуклидов, 160

как источников γ- излучения. 160

5.3.1. Керма – постоянные радионуклидов. 160

5.3.2. Керма – эквивалент радионуклидов. 163

§ 5.4. Установки для получения излучений. 164

5.4.1.Источники заряженных частиц. 164

5.4.2. Источники фотонного излучения. 165

5.4.3. Источники нейтронного излучения. 170

Глава 6. Основные принципы нормирования и нормы радиационной безопасности. 179

§ 6.1. Биологические эффекты радиационного воздействия. 179

6.1.1. Детерминированные соматические поражения. 180

6.1.2. Стохастические соматические и генетические поражения. 182

6.1.3. Действие радиации на окружающую среду. 189

§ 6.2. Уровни фонового облучения человека. 192

6.2.1. Уровни естественного радиационного фона. 192

6.2.2. Технологически повышенный естественный радиационный фон. 209

6.2.3. Искусственный радиационный фон. 219

6.2.3. Дозовые нагрузки от всех источников радиационного фона. 230

§ 6.3. Принципы нормирования дозовых пределов. 233

6.3.1.Основные принципы нормирования радиационного фактора воздействия. 235

6.3.2.Концепция приемлемого риска. 236

6.3.3. Экономические подходы к нормированию 242

§ 6.4 . Нормы радиационной безопасности. Основные дозовые пределы. 244

6.4.1. Пределы доз. 244

6.4.2.Требования по ограничению облучения в условиях радиационной аварии 248

6.4.3. Принципы расчетов предельно допустимых уровней и потоков ионизирующих излучений. 251

6.4.4. Комбинированное воздействие излучений. 256

Рекомендуемая литература 258