Методические указания по проведению расчета доз щиты от ионизирующих излучений

1. Ионизирующие излучения. Потоковые характеристики поля излучения

Ионизация — это процесс превращения нейтральных атомов и молекул среды в положительные и отрицательные ионы. К последним относятся и свободные электроны. Наи­меньшая энергия ионизации для большинства атомов со­ставляет 5—20 эВ (1 эВ = 1,6 · 10^-19 Дж).

Ионизирующее излучение — это любое излучение, взаи­модействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Ионизирующие из­лучения способны прямо или косвенно ионизировать среду.

Непосредственно ионизирующее излучение состоит из за­ряженных частиц (α- и β-частицы, протоны, мезоны и др.), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества.

Косвенно ионизирующее излучение состоит из незаря­женных частиц (нейтронов) или фотонного (рентгеновского и γ-) излучения, взаимодействие которых со средой приво­дит к возникновению непосредственно ионизирующего излу­чения. В частности, быстрые нейтроны образуют в веществе протоны отдачи, фотонное излучение создает вторичные час­тицы — электроны и позитроны.

Ионизирующее излучение (корпускулярное или фотон­ное), состоящее из частиц одного вида одинаковой энергии, называется моноэнергетическим. Излучение, состо­ящее из частиц одного вида различных энергий, называется немоноэнергетическим (β-излучеиие, тормозное рентгеновское излучение и др.). Если излучение состоит из частиц различного вида, то его называют смешанным.

Различают также направленное и ненаправленное (рас­сеянное) излучения. Если все частицы имеют одинаковое направление движения, то излучение называют мононаправленным,

Полем ионизирующего излучения называют область про­странства, каждой точке которой соответствуют физические величины, являющиеся характеристиками поля излучения.

Характеристики поля определяют пространственно-вре­менное распределение излучения в рассматриваемой среде. Дифференциальные характеристики поля описывают также энергетическое и угловое распределения излучения. На практике часто используют интегральные потоковые харак­теристики поля излучения — флюенс частиц, поток частиц, плотность потока частиц, флюенс энергии, интенсивность излучения (примечание: под частицами понимаются и фо­тоны).

Выделим вокруг данной точки пространства сферу с площадью центрального 'поперечного сечения AS. Пусть в объем этой сферы проникает AN частиц любой энергии и в любом направлении. Уменьшая размеры сферы, перейдем в пределе при ΔS→0 к бесконечно малым величинам dN и dS.

Флюенс частиц Ф — это отношение числа частиц dN, проникающих в объем элементарной сферы, к площади по­перечного сечения этой сферы dS:

Единицей измерения флюенса частиц в системе единиц СИ является м^-2. Обычно флюенс выражают в част./м² или част./см², указывая вид излучения.

Поток частиц ψ — отношение числа частиц dN, падаю­щих на данное сечение сферы за малое время dt, к этому интервалу времени:

Поток частиц изменяется в с^-1 или част./с.

Плотность потока частиц φ — отношение флюенса частиц dФ за малый промежуток времени dt к этому промежутку времени:

Для мононаправленного излучения плотность потока равна числу частиц, пересекающих в единицу времени площадку единичной площади, расположенную перпендикулярно на­правлению распространения излучения.

Единица измерения плотности потока частиц в СИ: м^-2·с^-1. Обычно величину φ выражают в част./(см²·с).

Если в каждой точке поля плотность потока не изме­няется во времени (стационарное поле излучения), то

Интенсивность излучения (плотность потока энергии) J — суммарная энергия частиц, проходящих через единичное сечение (площадку) в единицу времени. Для моноэнергетического излучения с энергией каждой частицы Е интен­сивность . Если излучение немоноэнергетическое, то ин­тенсивность определяется интегрированием произведения по всем энергиям частиц.

Единица интенсивности излучения в СИ — ватт на квадратный метр, 1 Вт/м² = 1 Дж/(м²·с). Часто использу­ют единицу 1 МэВ/(см² ·с).