Расчет параметров технических средств защиты от рентгеновского излучения.

Наиболее распространенными средствами защиты от рентгеновского излучения являются экраны, ослабляющие действие гамма- или рентгеновского излучения на организм человека, которые устанавливаются между источником излучения и рабочим местом, удаленном на расстояние R от точки наблюдения.

Эффективность экранирования излучения определяется кратностью ослабления (К_p) интенсивности излучения, определяемой по формуле:

, (1)

где I - сила анодного тока в рентгеновской трубке, мА;

m = τ/36 (здесь τ - реальное время пребывания персонала (группы А) в помещении за неделю, ч; 36 часов - проектная рабочая неделя);

R - расстояние от анода рентгеновской трубки до облучаемого объекта, м;

ПДД – предельно допустимые дозы (табл.2) (для персонала (группы А) ПДД=3,95^.10^-4 P/c);

P_λ - лучевая отдача рентгеновской трубки, которая равна мощности экспозиционной дозы, создаваемой при работающей трубке на расстоянии 1 м от анода трубки при силе тока в 1 мА. Лучевая отдача трубки Р_λ может быть определена по графику (рис.1).

Кратность ослабления интенсивности излучения зависит от материала экрана и его толщины. Зная кратность ослабления рентгеновского излучения K_p и напряжение на рентгеновской трубке U_max, (кВ), можно определить толщину защитного экрана (экранирующего анод рентгеновской трубки).

Таблица 3.Толщина защитного экрана из свинца (мм) при различных значениях напряжения на рентгеновской трубке (U_max, кВ) и различных значениях К_p.

Показатель Кp	Umax, кВ
	75	100	125	150	175	200	250	300
0,001	-	-	0,5	0,5	1	1	1,5	2
0,01	0,75	1	1,25	1,5	2	2,25	3,5	6
0,1	1,25	1,5	1,75	2,25	2,75	3,5	5,75	11,5
1	2	2,5	2,75	3,25	3,75	5	8,5	16,5
2	2,25	2,75	3	3,5	4,25	5,5	9,5	18
3	2,5	2,75	3,25	4	4,5	5,75	10	19
5	2,75	3	3,5	4,25	5	6	10,5	20
10	2,75	3,25	3,75	4,5	5,25	6,5	11,5	21,5
20	3	3,5	4	4,75	5,75	7	12	23,5
30	3	3,5	4,25	5	6	7,5	13	24,5
50	3,25	3,75	4,5	5,25	6,5	7,75	13,5	25,5
100	3,5	4	4,75	5,5	6,75	8,25	14	27

Пример 1. Максимальное анодное напряжение на рентгеновской трубке U_max = 125 кВ, сила тока в рентгеновской трубке I = 8 мА, расстояние от анода рентгеновской трубки до облучаемого объекта R = 8 м. Рассчитать требуемую кратность ослабления мощности дозы излучения и определить толщину металлического экрана из свинца, обеспечивающего уменьшение мощности дозы рентгеновского излучения до нормативного значения (ПДД = 3,95·10^-4 Р/с), если известно, что фактическое время пребывания персонала (группы А) в помещении за неделю τ = 36 часов.

Решение:

1. Согласно графику (рис.1) при данной величине максимального анодного напряжения U_max = 125 кВ лучевая отдача рентгеновской трубки будет: Р_λ = 0,0135 (Р · м²)/(с · мА).

2. Поскольку реальное время пребывания персонала (группы А) в помещении за неделю – 36ч, то m = 1.

3. Для расчета требуемой кратности ослабления мощности дозы излучения за экраном воспользуемся формулой (1), тогда: К_p = (2,5 · 0,0135· 8 · 1)/(8² · 3,95 · 10^-4) ≈ 11.

4. Далее по табл.3 находим толщину защитного экрана из свинца, обеспечивающего уменьшение мощности дозы рентгеновского излучения до нормативного значения:

при U_max = 125 кВ и К_p = 11, толщина экрана d ≈ 3,775 мм.

Эффективность существующих защитных технических средств можно оценить также по экспозиционной и эффективной дозам облучения, сопоставляя их с величиной допустимой дозы.

Напряжение на пластинах развертки современных мониторов > 1 кВ, при этом образуется мягкое рентгеновское излучение при выбивании ускоренным пучком электронов вторичных электронов из анода. Кроме того, электроны, эмитированные катодом и ускоренные вторым анодом, ударяясь о линзу кинескопа, создают тормозное излучение.

Мощность экспозиционной дозы тормозного излучения , ( ) можно оценить с помощью следующей формулы:

, (2)

где - коэффициент перевода силы тока , мА, в число электронов в пучке за 1 с;

- сила анодного тока ЭЛТ, мА;

- максимальная энергия кванта рентгеновского излучения, МэВ,

- линейный коэффициент истинного поглощения в воздухе, зависящий от энергии тормозного излучения, см^-1;

- энергетический эквивалент рентгена, МэВ/(Р^. см³);

- расстояние от мишени до облучаемого объекта, см.

Для мягкого излучения (в диапазоне от 10^-3 до 10² МэВ) эту формулу можно упростить, т.к. это излучение обладает значительно меньшей проникающей способностью, поэтому ошибки расчета менее значительны. Учитывая, что произведение выражение для , А/кг, будет иметь вид:

, (3)

где - коэффициент линейного поглощения материала экрана, см ^-1;

- толщина экрана (стекла ЭЛТ), см.

Величину в диапазоне энергии можно вычислить по формуле:

, (4)

где - плотность материала экрана.

Для перевода мощности экспозиционной дозы в мощность поглощенной дозы , Гр/с, используют формулу:

(5)

где - коэффициент поглощения, Гр^. кг/Кл.

Мощность эквивалентной дозы ,Зв/с,

, (6)

- взвешивающий коэффициент. Для рентгеновского излучения взвешивающий коэффициент ; максимальное время работы в неделю за дисплеем =36 часов или с/нед., тогда эквивалентная доза в неделю, Зв/нед. равна:

(7)

Согласно НРБ-99 дозовый предел эффективной дозы для группы А лиц из персонала ПДД=20 мЗв/год, тогда при числе рабочих недель в году = 50 рассчитываем недельный дозовый предел: он составит 0,4 мЗв/нед. C этой величиной сравниваем .

Пример 2. Проверить обеспечивает ли защиту от ионизирующего излучения экран (стекло ЭЛТ) толщиной d = 2 мм, если сила анодного тока ЭЛТ составляет I = 2,5 мА, а расстояние от видиотерминала до оператора R =60 см, плотность стекла - 2,5 г/см³.

Решение:

1. По формуле (4) определяем коэффициент линейного поглощения материала экрана см ^-1.

2. Мощность экспозиционной дозы определяем по формуле (3):

А/кг.

3. Переведем мощность экспозиционной дозы в мощность поглощенной дозы. Для этого воспользуемся формулой (5): Гр/с.

4. Учитывая, что для рентгеновского излучения взвешивающий коэффициент мощность эквивалентной дозы, определяемая по формуле (6), будет: Зв/с.

5. Тогда эквивалентная доза в неделю равна:

Зв/нед = 0,21·10^-2 мЗв/нед. Таким образом, сравнивая эту величину с ПДД = 0,4 мЗв/нед, делаем вывод о том, что экран (стекло ЭЛТ) обеспечивает защиту от ионизирующего излучения.

Задача 1.

Рассчитать требуемую кратность ослабления мощности дозы излучения и определить толщину металлического экрана (свинец), обеспечивающего уменьшение мощности дозы рентгеновского излучения до нормативного значения. τ = 36 часов, ПДД = 3,95·10^-4 Р/с. Остальные исходные данные приведены в таблице 4.

Таблица 4.Исходные данные к задаче 1.

Номер варианта	Максимальное анодное напряжение U, кВ	Ток на мишени I, мА	Расстояние до объекта R, м
1	150	8	7
2	150	15	8
3	125	15	8
4	100	20	8
5	100	15	7
6	100	10	6
7	75	30	8
8	75	15	8
9	75	10	7
10	75	10	5
11	150	10	8
12	125	10	8
13	100	15	8
14	100	10	7
15	75	25	8
16	75	10	8
17	75	15	7
18	75	10	6
19	150	8	8
20	150	10	7
21	125	10	7
22	100	10	8
23	75	20	8
24	75	20	7
25	75	15	6

Задача 2

Проверить в какой степени обеспечивает защиту от ионизирующего излучения экран (стекло ЭЛТ) толщиной d, если сила анодного тока ЭЛТ составляет I, а расстояние от видиотерминала до оператора R. Плотность стекла - 2,5 г/см³. Варианты заданий приведены в табл.5.

Таблица 5.Исходные данные к задаче 2.

Номер варианта	Сила анодного тока, I, мА	Толщина экрана, d, мм	Расстояние от ВДТ до оператора, R, см
1	2	2,5	60
2	2,5	2,6	40
3	4	2,4	50
4	1	2	80
5	2,5	2,4	70
6	3	2,5	40
7	2,5	2,2	50
8	3,5	2,3	60
9	1,5	2,1	70
10	2	2,3	40
11	1	2,6	40
12	2,5	2,5	80
13	1,5	2,6	60
14	3,5	2,5	40
15	2	2,6	50
16	2	2,2	70
17	3	2,6	70
18	1	2,5	50
19	2,5	2,3	60
20	2	2,4	80
21	4	2	70
22	1,5	2,2	60
23	3,5	2,1	80
24	3	2,4	50
25	1	2,3	60