13. Расчет защиты от ионизирующего излучения

Защита от ионизирующего излучения сводится к трем основным направлениям:

• уменьшение времени воздействия на персонал, что достигается соответствующим планированием работ и распределением функций работающих, так называемая "защита временем";

• увеличение расстояния до источника излучения за счет применения дистанционных устройств и роботов - "защита расстоянием";

• создание защитных барьеров, обеспечивающих ослабление потоков ионизирующих излучений - "защита экранированием".

Ослабление излучения в защите зависит от вида излучения, характеристик источника, свойств материала защиты, взаимного расположения источника и защиты, защищаемой области и т.д.

1. Защита от гамма-излучения.

Одним из мероприятий, обеспечивающих безопасную работу с источниками ионизирующих излучений, является сооружение защитных устройств в виде стен, экранов и т.п.

Расчет толщины защиты производится на основании законов ослабления излучения в веществе. При этом учитывается вид и энергия излучений, а также требуемая степень ослабления излучений.

Известно, что прохождение гамма-излучения через вещество сопровождается рассеянием и поглощением гамма-квантов в результате следующих процессов: фотоэффекта, эффекта образования пар и комптон-эффекта.

В случае "узкого" моноэнергетического пучка гамма-квантов (рис. 13.1) ослабление интенсивности излучения следует экспоненциальному закону.

I =I₀ e^-μx ,

где μ - линейный коэффициент ослабления излучения.

В общем виде ослабление интенсивности гамма-излучения в условиях широкого пучка может быть представлено как

I_x = I₀ exp(-μx) + I_расс,

где I_расс - интенсивность рассеянного излучения в точке детектирования.

Следовательно, для расчета ослабления интенсивности гамма-излучения в условиях широкого пучка необходимо знать ослабление интенсивности гамма-излучения в условиях узкого пучка и I_расс. Величина I_расс зависит от многих факторов: спектрального состава гамма-излучения (Е_γ) и его углового распределения, толщины и свойств поглотителя.

I₀ x I_x

детектор

источник диафрагма поглотитель диафрагма

Рис. 13.1. Прохождение пучка гамма-квантов через поглотитель

В реальных задачах приходится иметь дело с геометрией широкого пучка (рис. 13.2), когда детектор наряду с непровзаимодействовавшими со средой фотонами регистрирует рассеянные фотоны.

Учесть все эти факторы крайне трудно. На практике вклад рассеянного гамма-излучения в широком пучке обычно учитывается с помощью так называемых факторов накопления, которые равны кратности превышения характеристик поля нерассеянного и рассеянного излучений над характеристиками поля только нерассеянного излучения.

Рис. 13.2. Траектории фотонов, типичные для геометрии широкого пучка

Иными словами, фактор накопления характеризует отношение показания детектора при измерении в геометрии широкого пучка к показанию детектора в геометрии узкого пучка.

Фактор накопления зависит от энергии первичного излучения Е₀, толщины x и порядкового номера Z материала защиты, а также от других характеристик источника и защиты и взаимного расположения источника, защиты и детектора. Тогда ослабление интенсивности излучения в широком пучке гамма-излучения можно представить в виде

I_x = I₀ exp(-μx)·B_э,

где B_э - энергетический фактор накопления.

Аналогично определяется ослабление дозы гамма-излучения в широком пучке

Д_x = Д_o exp^-μx·В_d,

где В_d - дозовый фактор накопления.

Существует ряд методов расчета факторов накопления (Монте-Карло, метод моментов, и др.). Наиболее простым методом расчета является метод, при котором фактор накопления апроксимируется функцией

B (E₀,μx,Z) = A₁·exp(-α₁·μx) + A₂·exp(-α₂·μx),

где A₁, A₂, α₁, α₂ - величины, зависящие от начальной энергии E_γ и атомного номера вещества поглотителя Z;

μ - линейный коэффициент ослабления в узком пучке, см^-1;

x - толщина поглотителя, см.

При этом A₁ + A₂ = 1, соответственно A₂ = 1 - A₁.

Значения коэффициентов A₁, A₂, α₁, α₂ в зависимости от энергии излучения для материалов защиты железа и свинца приведены в табл. 13.1.

При расчете факторов накопления, как правило, предполагают, что поглотитель имеет бесконечную протяженность. Факторы накопления для поглотителя конечных размеров (барьерная геометрия) будут меньше, так как рассеянные гамма-кванты, вышедшие за пределы защиты не вносят вклада в общую дозу.

Таблица 13.1