Лекция 3 поля излучения точечного, линейного, поверхностного источника излучения

При проектировании защиты перед проектантом встаёт две задачи. Первая задача – определение уровня (мощности дозы или плотности потока) ионизирующего излучения, создаваемого в интересующей точке источником излучения. Вторая задача – исходя из имеющегося уровня излучения и требований нормативов, определить, какая толщина защиты из выбранного материала будет необходима для снижения уровня излучения до допустимого значения.

В рамках данной лекции рассматриваются основные геометрии источников излучения и определяются характеристики полей их излучения.

Поле излучения источников, как было рассмотрено в Лекции 1, характеризуется радиометрическими величинами. Поэтому ниже для каждого источника будут приводиться значения плотности потока, как характеристики интенсивности излучения в точке детектирования. Доза облучения будет зависеть дополнительно от величины энергии, переданной излучением веществу, которая определяется энергией излучения и поглощающей способностью (линейным коэффициентом ослабления излучения) вещества. От плотности потока излучения можно перейти к мощности поглощённой дозы по следующему соотношению:

где φ – плотность потока излучения, ; E₀ – энергия одной частицы или фотона, Дж/част; µ – линейный коэффициент ослабления излучения для вещества, в котором происходит поглощение энергии излучения, м^-1; ρ – плотность этого вещества, кг/м³.

В качестве исходной характеристики источника излучения удобнее будет рассматривать не его активность, т.к. она отображает лишь количество радиоактивных распадов, а производительность источника S, частиц/с (или квантов/с), которая характеризует число частиц, испускаемых источником в единицу времени. Эта величина связана с активностью следующим соотношением:

η,

где η – выход частиц или квантов на один распад ядра, частиц/распад или квантов/распад, а A выражена в Бк.

На рисунках буквой S будет обозначаться источник излучения, а буквой D – точка детектирования – точка, в которой производится определение характеристики поля излучения, и в которой будет располагаться облучаемый объект (его размеры в данном рассмотрении принимаем точечными). Расстояние от источника излучения до точки детектирования обозначено буквой r. Для неточечных источников излучения расстояние определяется от геометрического центра источника.

Поле излучения точечного источника

Точечным называют такой источник излучения, все линейные размеры которого много меньше, чем расстояние до точки детектирования D и средней длины свободного пробега данного вида излучения (частиц или квантов). «Много меньше» означает, что эти размеры как минимум в 10 раз меньше указанных расстояний. На рисунке 2 приведена схема взаимного расположения точечного источника излучения и точки детектирования с указанием расстояния между ними.

Рисунок 2. Точечный источник излучения.

Для такого источника плотность потока излучения составит:

Мощность эквивалентной дозы γ-излучения для точечного источника может быть определена по следующей формуле:

где Г_H – гамма-постоянная по мощности эквивалентной дозы для радионуклида, являющегося источником гамма-излучения,

Гамма-постоянные по мощности дозовой величины являются характеристиками источников γ-излучения. Физический смысл этих величин следующий: гамма-постоянная по мощности дозовой величины для радионуклида равна мощности данной дозовой величины, создаваемой точечным источником γ-излучения, в состав которого входит 1 Бк данного радионуклида, на расстоянии 1 м от источника. Эта величина учитывает такие характеристики данного радионуклида, как энергия γ-квантов и выход γ-квантов на один распад ядра. Эти характеристики приводятся в справочных изданиях – обычно для мощности эквивалентной дозы и мощности воздушной кермы.

Величина, стоящая в числителе выражения для мощности дозы, иногда имеет отдельное обозначение g_H и называется гамма-эквивалентом источника по мощности эквивалентной дозы.

Гамма-эквивалент источника излучения по мощности дозовой величины представляет собой произведение гамма-постоянной по мощности данной дозовой величины на активность источника излучения. Например, для рассматриваемого случая:

Ранее часто применялась величина радиевого гамма-эквивалента, обозначавшаяся в мг-экв. Ra – эта величина показывает, какой массе государственного эталона радионуклида Ra²²⁶ соответствует рассматриваемый источник излучения.

Точечная геометрия для расчёта источников излучения является наиболее удобной и при наличии возможности следует преобразовывать источники излучения именно к такой расчётной геометрии. Однако следует иметь в виду, что при снижении соотношения , где l_max – максимальный линейный размер рассматриваемого источника, м, до значений 10 и меньше, возникает существенная погрешность такого приближения. В этом случае необходимо рассматривать модели, учитывающие один или несколько геометрических размеров источника. Такие модели будут рассмотрены ниже.