Сечение выведения для некоторых атомов, молекул

Элемент	Σвыв., барн/атом	Элемент	Σвыв., барн/атом
Be	1,07	Pb	3,5
(B)	0,97	Bi	3,49
C	0,81	U	3,46
O	0,99	CH2	2,8	барн/мол
(F)	1,29	C2F3Cl	6,6
Al	1,31	B4C	4,3
Fe	1,93	D3O	2,8
Ni	1,89	C7F16	26,3
Cu	2,04	C30H62	80,0
W	2,50

Примечание. В скобках даны элементы, для которых Σ_выв. получены из анализов смесей, содержащих эти элементы.

Определение потока нейтронов на глубине φ(R, d) перемежающейся защиты можно считать по формуле:

φ(R, d) = φ₀·exp{-Σ_H2O·(R - d)}·exp(-Σ_выв.·d),

где φ(R, d) - поток нейтронов в точке R водной среды;

φ₀ - первоначальный поток быстрых нейтронов;

Σ_H2O - макроскопическое сечение воды;

(R - d) - толщина водной защиты до точки детектирования;

d - толщина тяжелого поглотителя;

Σ_выв. - макроскопическое сечение выведения для тяжелого поглотителя защиты.

Р ис. 13.4. Поглощение нейтронов в водо-металлической защите

Выражение φ(R, d) можно обобщить и для гомогенной (однородной) защиты

φ(R) = φ₀·exp{-(Σ_выв.·n + Σ_H2O ··n_H2O)·R},

где Σ_выв - макроскопическое сечение тяжелого поглотителя, входящего в состав защиты;

Σ_H2O - макроскопическое сечение воды;

n _H2O - количество атомов воды в 1 см³ смеси;

φ₀, φ (R) и d - имеют прежние значения;

n - количество атомов тяжелого поглотителя в смеси см³, которое можно определить как

.

Здесь q - весовая доля компонента системы; A - атомный номер.

При производстве ориентировочных расчетов для решения задач обеспечения радиационной безопасности можно аналогично гамма-излучению ввести понятия слоя половинного ослабления d_1/2 = 0,693/Σ_выв и кратности ослабления k = φ_0/ φ_д. φ_д - поток нейтронов допустимый (необходимый).

3. Защита от альфа-, бета- и тормозного излучений.

Защиту от внешних потоков альфа-частиц рассчитывают по максимальной длине пробега альфа-частицы R_α. Для определения R_α используют приближенные эмпирические соотношения. Так для расчетов R_α в воздухе в диапазоне энергий E_α = 4…7 Мэв применяют формулу Гейгера R_α = 0,32·E_α^3/2. Для любого вещества с массовым числом A_ср применяют формулу Брэгга

R_α = 10^-4·А^1/2·E_α^3/2/ρ,

где R_α - максимальный пробег, см;

E_α - энергия альфа-частиц, Мэв;

ρ - плотность вещества, г/см³.

Из формул видно, что проникающая способность альфа-частиц невелика. Так, в воздухе для энергий частиц E_α = 5,5 МэВ (²²²Rn) она равна R_α = 4 см, а в биологической ткани R_α = 43 мкм, т.е. меньше толщины слоя эпидермиса (70 мкм). Однако для энергии E_α = 7,7 Мэв (²¹⁴Po) пробег альфа-частиц в биоткани R_α = 77 мкм и, следовательно, они достигают чувствительных клеток базального слоя.

Таким образом, защита от внешних потоков альфа-частиц не представляет трудностей. Они полностью экранируются слоем 10 см воздуха (E_α = 10 МэВ), тонкой (до 60 мкм) фольгой, хирургическими перчатками, одеждой и обувью.

Альфа-излучающие нуклиды опасны прежде всего как источники внутреннего облучения. Обычно их опасность на два порядка превосходит опасность внутреннего облучения бета-, гамма-излучателями.

Поэтому при работе с открытыми альфа-источниками необходимо предотвращать попадание радиоактивных веществ вовнутрь организма, что достигается использованием средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Бета-частицы, проходя через вещество, в результате взаимодействия с его атомами, теряют энергию на ионизацию, возбуждение и тормозное излучение. Бета-излучающие нуклиды имеют непрерывный спектр излучения от 0 до E_βmax. Для большинства радионуклидов E_βmax не более 5 МэВ. В диапазоне этих энергий бета-частицы теряют свою энергию в основном на ионизацию и а образование тормозного фотонного излучения, имеющего также непрерывный спектр. Ослабление потока бета-частиц в веществе носит характер близкий к экспоненциальному закону. Для определения защиты от внешнего потока бета-частиц используют их максимальный пробег R_βmax (г/см²) в веществе с граничной энергией E_βmax. Например, для алюминия он равен R_βmax = 0,52 г/см² при E_βmax = 0,09 МэВ, где E_βmax - граничная энергия бета-частиц, МэВ.

Для грубых оценок используют формулы:

• для алюминия - R_βmax = 2,5·E_βmax;

• для воздуха - R_βmax = 4,5 E_βmax.

В отсутствие защиты плотность потока бета-частиц для точечного непоглощающего источника может быть определена по соотношению

φ₀ = (А·n_β)/(4π·R²), част./см²с

где A - активность, Бк;

n_β - абсолютный выход частиц на 1 распад ядра;

R - расстояние от источника, см.

При наличии поглотителя плотность потока в толщине d определяется как

φ(d) = φ(0)·exp(-μ_m·d),

где φ(d) - плотность потока бета-частиц после поглотителя, част./см²с;

d - толщина поглотителя, г/см²;

μ_m – массовый коэффициент ослабления бета-частиц, см²/г.

Величина μ_m определяется как μ_m = 15,5·E_βmax^-1,41,см²/г.

Допустимые уровни плотности потока для бета-частиц определяются по таблицам НРБУ-97. Это позволяет по формуле для φ(d) не только рассчитать плотность потока частиц в воздухе, но и оценить защиту "временем, количеством и расстоянием". В справочниках приведены значения мощности поглощенной дозы от бета-частиц на различной глубине биологической ткани при контактном загрязнении кожи радиоактивными веществами, а также удельные эквивалентные дозы бета-частиц, что позволяет рассчитывать допустимые плотности потоков бета-частиц, соответствующие установленной эквивалентной дозе. Пользуясь формулой для μ_m можно оценить толщину защиты, ослабляющую плотность потока бета-частиц в необходимом соотношении. Например, довести плотность потока до допустимого уровня.

Вообще-то защита от внешнего облучения бета-частиц не затруднена, так как имеет место небольшой пробег в среде. В биологической ткани пробег составляет 40…70 мкм, слой толщины эпидермиса. Но при достаточно больших потоках может быть лучевой ожог кожи и поражение при попадании вовнутрь и на раневую поверхность.

Биологический эффект облучения бета-частицами усугубляется воздействием фотонного тормозного излучения, образующегося при торможении бета-частиц в самом источнике или окружающей среде. Для основных радионуклидов вклад тормозного излучения крайне мал по сравнению основным гамма-излучением. Однако для нуклидов ⁸⁶Rb, ¹⁴⁰Ba, ¹⁴⁰La, ¹⁵⁶Eu, ¹⁷⁰Tm, ¹⁹⁸Au имеет смысл его рассматривать. Тормозное излучение имеет непрерывный спектр энергий от 0 до максимальной энергии тормозящихся частиц E_βmax. При торможении бета-частиц, обладающих непрерывным спектром, интенсивность тормозного излучения можно оценить по формуле

I_β = 1,23·10^-4 · (Z_эфф+3) · ·n_βi) МэВ,

где Z_эфф - эффективный атомный номер вещества, в котором происходит торможение бета-частиц;

n_βi - выход бета-частиц i-ой энергетической группы на один распад ядра;

E_βmaxi - граничная энергия парциального i-го спектра, Мэв;

m - число парциальных бета-спектров нуклида.

Мощность экспозиционной дозы тормозного излучения определяется как

P_экс = (A·I_β·μ_km·E_эфф)/(4·ρ_i·R²),

где μ_km - массовый коэффициент передачи энергии тормозного фотонного излучения в воздухе;

E_эфф - эффективная энергия тормозного излучения, которую в рассматриваемой здесь задаче принимают равной половине максимальной энергии тормозящихся бета-частиц E_max.

Величину мощности дозы от тормозного излучения можно рассчитывать по универсальным таблицам расчета толщины защиты в зависимости от кратности ослабления и энергии фотонов.