книги из ГПНТБ / Федюшин Б.К. Ядерные излучения тел различной формы. Основы теории
.pdfпоглощения вследствие образования |
пар электрон-позитрон. |
При этом |
|
° = °л + °«, |
(3.2) |
где os — коэффициент истинного рассеяния; аа — коэффициент истинного поглощения при эффекте Комптона. С помощью (3.1 ) и (3.2) получим, что
|
Р = °* + |
( т + а « + *) = |
- f |J.a, |
(3.3) |
|
где |
^ — коэффициент |
рассеяния; |
^ |
— коэффициент |
поглоще |
ния |
гамма-излучения |
в веществе |
(§ 6). Коэффициенты т, а и х |
||
согласно |
§ 6 |
представляют |
собоймакроскопические |
сечения |
||||
соответствующих процессов |
и |
по |
(1.17) |
равны |
|
|||
|
|
^ Л Ч Л |
= Л ^ Л ( е ) , |
|
|
|||
|
|
o = |
yVa, = |
WZ/2 (s), |
|
(3.4) |
||
|
|
x = |
A/a p =yVZ 2 / 3 (s), |
|
|
|||
где N— число атомов в 1 см3 |
химического элемента, |
опреде |
||||||
ляемое |
(1.10); s — энергия |
|
падающего |
гамма-фотона; Z — |
||||
порядковый |
номер химического |
элемента; cph, ос и ар |
— соот |
|||||
ветственно поперечные сечения фотоэффекта, эффекта Комп тона и образования пар электрон-позитрон, отнесенные к атому химического элемента и зависящие согласно § 4 как от энер гии гамма-фотона, так и от вещества.
Явный вид функций (3.4) хорошо известен из квантовой теории излучения. Поскольку /Да) и /2 (s) убывают с энергией падающего гамма-фотона, а /З(Е), наоборот, возрастает, то для каждого химического элемента существует такая энергия гт падающего гамма-фотона, при которой коэффициент ослабле
ния (3.3) имеет минимальное значение |
\іт. |
Так |
например, для |
|||
железа sm = 9 Мэв, а |
для |
свинца ет = |
3,4 |
Мэв. |
гамма-фотона |
|
Коэффициенты |
(3.1) |
для |
различных |
энергий |
||
и для различных |
химических элементов или берутся из таблиц, |
|||||
или снимаются с графиков, или определяются по способу пересчета со свинца или с какого-нибудь другого химического элемента. Для химических соединений или механических сме
сей |
будем |
иметь, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
N- |
|
* |
п |
N- |
|
" |
N- |
(3-5) |
||
|
^ = 2 Т ' Ф |
с = 2 а ' Ж ' |
xs=2xnvp |
||||||||||
|
|
І- 1 |
|
|
( = 1 |
|
|
|
і=1 |
|
|
|
|
где |
Ni— число |
атомов |
і-го |
химического элемента в 1 см3 |
|||||||||
химического соединения |
или |
механической смеси, |
определяе |
||||||||||
мое (1.8); ІѴ; —число атомов |
в |
1 см3 |
і-то |
химического |
эле |
||||||||
мента, определяемое |
(1.10); |
п — число |
химических |
элементов |
|||||||||
в рассматриваемом веществе; |
х,-, ah |
•/.,. — соответственно |
коэф |
||||||||||
фициенты |
фотоэлектрического |
поглощения, |
комптоиовского |
||||||||||
80
рассеяния и поглощения вследствие образования пар электронпозитрон для 1-го химического элемента. С помощью (1.8) и (1.10) получим из (3.5), что
|
^ e ± - . , f , |
. - P J V ^ |
- |
Р І |
^ |
|
|
|
(M) |
|||||
|
|
/ = 1 |
|
|
j = l |
|
|
|
1=1 |
|
|
|
|
|
где р — плотность |
химического |
соединения |
или |
механической |
||||||||||
смеси; |
at—весовая |
|
доля г-го химического |
элемента |
в |
рас |
||||||||
сматриваемом веществе; |
рг — плотность |
і-го |
|
химического |
эле |
|||||||||
мента. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким |
образом |
определение |
коэффициента |
ослабления |
||||||||||
гамма-излучения |
в |
веществе |
для |
диапазона |
энергий |
гамма- |
||||||||
фотона |
от |
0,1 до |
10 Мэв |
не |
представляет |
затруднений. |
Для |
|||||||
энергий гамма-фотона в диапазоне от 0,1 |
до |
1,02 Мэв |
|
надо 4 |
||||||||||
считать |
(в |
3.1) -/. = 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
§ 24. Теория гамма-излучения |
|
|
|
|
||||||||
поверхностно-радиоактивного тела [1,3, |
5—8, |
10, 20—25] |
||||||||||||
Теория |
гамма-излучения поверхностно-радиоактивного |
тела |
||||||||||||
развита |
в |
ряде работ, а |
также в |
работах |
и |
лекциях |
автора. |
|||||||
Согласно |
последним |
эта |
теория |
выглядит |
|
следующим |
|
обра |
||||||
зом. Рассмотрим какое-нибудь тело, поверхность которого покрыта тонким слоем вещества, содержащего радиоактивный изотоп. Этот изотоп претерпевает или альфа-распад, или бетараспад, сопровождаемый моноэнергетическим гамма-излучени ем. Обозначим толщину радиоактивного слоя через d(x', у', z'), где х', у', z' — координаты точки на поверхности тела. Такое тело называется поверхностно-радиоактивным, или радиоак
тивно-зараженным по поверхности. |
|
|
||
Сделаем сначала два предположения. |
Во-первых, предпо |
|||
ложим, |
что максимальная |
толщина |
радиоактивного |
слоя |
гораздо |
меньше минимальных |
линейных |
размеров тела, |
т. е. |
На основании (3.7) можно приближенно положить толщину радиоактивного слоя равной нулю, т. е. считать в даль- ' нейшем
d = 0. |
(3.8) |
Во-вторых, предположим, что |
тело является выпуклым, |
т. е. отрезок прямой, соединяющий любые две точки поверх ности тела, лежит целиком внутри тела. К выпуклым телам относятся, например, шар и сфероид. Сделанные два предпо ложения носят фундаментальный характер и лежат в основе теории гамма-излучения поверхностно-радиоактивного тела, которая излагается в дальнейшем. Заметим, что обобщение
81
всех последующих |
рассуждений |
на случай нескольких радио |
||||
активных |
изотопов |
или полиэнергетического |
гамма-излучения |
|||
одного радиоактивного |
изотопа |
не представляет трудностей, |
||||
так |
как сводится к простому суммированию. |
|
||||
|
Пусть |
в момент |
t = |
0 поверхность тела, |
изображенного |
|
на |
рис. 9, |
заражается веществом, |
содержащим |
радиоактивный |
||
изотоп. Начальная поверхностная плотность заражения состав-
ляет |
п0 — п0(х', у', z'} атомов В |
момент t поверхностная плот- |
ность |
заражения |
|
|
/і = п0е-ХІ |
(3.9) |
по закону радиоактивного распада, причем \ — постоянная распада радиоактивного изотопа. По определению удельная поверхностная активность составляет
а - |
dn |
• = А По е~х ', |
(3.10) |
а величина |
dt |
|
|
|
|
|
|
dQ = BadS= |
s\n0e-"dS |
(3.11) |
|
представляет собой мощность элементарного поверхностного
источника моноэнергетического |
|
гамма-излучения с |
энергией |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
гамма-фотона е. Этот источ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ник, расположенный на эле |
||||||||
|
|
MV |
|
|
|
менте |
dS |
поверхности |
тела, |
|||||
|
|
|
|
|
можно |
считать |
точечным |
и |
||||||
|
|
/ * |
Ѵч |
|
|
изотропным, так как э л е м е н т а |
||||||||
|
|
|
|
|
|
бесконечно мал, но число на |
||||||||
|
|
|
|
\dS' |
|
ходящихся на нем . атомов |
||||||||
|
|
|
|
^у^- z |
радиоактивного |
изотопа |
доста |
|||||||
|
|
|
|
точно велико. Если поверхно |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
\ |
|
|
|
стно-радиоактивное тело нахо |
||||||||
dS |
|
|
|
дится в какой-то однородной |
||||||||||
|
|
|
|
изотропной |
среде, |
например |
||||||||
|
|
|
|
|
|
в воздухе, то элемент мощ |
||||||||
|
|
Рис. |
9 |
|
|
ности |
дозы |
гамма-излучения |
||||||
|
|
|
|
в |
точке, |
расположенной |
вне |
|||||||
|
|
|
|
|
|
тела, |
согласно |
(1.54), |
(1.55), |
|||||
(1.57), |
определению |
КОБЭ |
ИЗ § 8,(1.50), определению |
коэффи |
||||||||||
циентов |
поглощения |
и |
ослабления из § 6, (1.103), (3.11) |
|||||||||||
и рис. 9 в общем случае |
составляет |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
аРт= |
4 Чг0 + |
г) |
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.12) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где АГТ — коэффициент |
пропорциональности |
(1.55), |
равный |
|||||||||||
9,09 р'™* , или 1,46-10~5 Pj^gg \ н-дВ —коэффициент поглощения
гамма-излучения радиоактивного изотопа в воздухе; fj-0 и н- — коэффициенты ослабления этого гамма-излучения в веществе
82
тела и в окружающей среде; Вд(\>.йг0, |
рг) — дозовый фактор |
накопления для точечного изотропного |
источника моноэнер |
гетического гамма-излучения, находящегося на поверхности тела и расположенного в гетерогенной среде, состоящей из поверхностно-радиоактивного, тела и .окружающей его одно родной изотропной среды. Формула (3.12) полностью соответ ствует изложенному в §§ 6, 8, 10. Заметим, что элемент мощ ности дозы гамма-излучения (3.12) определяется, строго говоря, в воздушной микрополости, которая окружает точку, расположенную'вне тела. Это несколько напоминает опреде ление векторов электромагнитного поля в вакуумных микро полостях, окружающих точку среды.
Мощность дозы гамма-излучения в точке, расположенной . вне тела, равна
|
К т и в В Е Х в - х ' |
f f |
пйе-»°г°-*гВд{^гй, |
v-r)dS |
р" |
и |
J J |
W+T? |
' |
s
где S—поверхность тела; a доза гамма-излучения точке по определению составляет
[ d A à }
в этой'
Д,- JР,^'"••(.--*-'<) ^ - ' • ' • - " ^ |
ЗЛ4)( |
|
О |
5 |
|
Формулы (3.13) и (3.14) носят самый общий хакактер. Сде лаем теперь третье предположение. Будем считать, что про хождением гамма-излучения радиоактивного изотопа через тело можно пренебречь. Это можно, очевидно, сделать при выполнении условия
|
|
|
|
|
|
/т.п |
|
|
( З Л 5 ) |
г Д е |
На — коэффициент |
поглощения гамма-излучения |
радиоак |
||||||
тивного изотопа в |
веществе тела. Условие (3.15) заменяется |
||||||||
на |
практике |
менее |
строгим условием |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
/ ш . п » - ^ - . |
|
(3.16) |
|
|
Очевидно, |
при |
выполнении |
(3.15) |
выполняется |
(3.16), но |
|||
не наоборот. Если разбить интеграл в (3.13) и (3.14) |
согласно |
||||||||
рис. 9 на интегралы AS |
и (S — AS), |
то по сделанному пред |
|||||||
положению |
и |
(3.16) |
вторым |
интегралом можно пренебречь, |
|||||
так |
что (3.13) |
и (3.14) |
примут |
соответственно вид |
|
||||
|
|
|
|
|
|
^ ^ ' B ^ r . r t ä S |
( З І 7 ) |
||
|
|
|
|
|
|
Д 5 |
|
|
|
83
и
|
|
е |
^г |
Вд{\і.г, Ы,)dS |
|
(3.18) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где А 5 — ч а с т ь поверхности |
тела, |
вырезаемая телесным |
углом |
||||
с вершиной |
в точке, расположенной |
вне |
тела, |
и называемая |
|||
облучающей |
поверхностью. |
В (3.17) |
и |
(3.18) |
Вд(\ъг, |
JJ. 0 )— |
|
дозовый фактор накопления для точечного изотропного источ
ника .моноэнергетического |
гамма-излучения, находящегося |
на облучающей поверхности |
AS в гетерогенной среде, состоя |
щей из поверхностно-радиоактивного тела и окружающей его однородной изотропной среды. Аргумент р.0 указывает, что рассматриваемый фактор накопления зависит от вещества тела.
Формулы (3.17) и (3.18) носят общий характер, но имеют довольно существенный недостаток: они не учитывают вклада в дозу, вносимого рассеянным в окружающей среде гамма-
излучением, |
источники которого расположены на |
поверхности |
(S — AS). |
|
|
Если имеется выпуклая полость, заполненная |
однородной |
|
изотропной |
средой, например воздухом, а стенки |
этой полости |
с внутренней стороны поверхностно-радиоактивны, то инте грирование в (3.17) или (3.18) должно производиться по всей внутренней поверхности S0 полости. В рассматриваемом слу чае (А — коэффициент ослабления гамма-излучения радиоактив ного изотопа в среде, заполняющей полость; |І0 —коэффициент ослабления этого гамма-излучения в веществе стенок полости, причем влияние сред, окружающих стенки полости извне, на дозовый фактор накопления не учитывается. Этим влия
нием |
можно пренебречь на практике при выполнении |
условия |
|||
Л т і п ^ — , |
где Ашіп — минимальная |
толщина |
стенок |
полости. |
|
|
Ri |
|
|
|
|
Чтобы |
не |
учитывать это влияние |
в теории, |
необходимо счи |
|
тать стенки полости бесконечно толстыми. Если имеется |
поверх |
||||
ностно-радиоактивное тело, окруженное однородной изотропной средой, то влияние сред, находящихся за ней, на дозовый
фактор |
накопления |
тоже |
не учитывается, |
так как |
последний |
|
зависит |
от (І-Г и |А0 |
по определению. Этим |
влиянием |
на |
прак |
|
тике можно пренебречь |
при выполнении |
условия |
й т , |
- п > — , |
||
где Amin — минимальные линейные размеры окружающей среды. Очевидно, чтобы не учитывать это влияние в теории, необхо димо считать окружающую среду бесконечной. Таким обра зом, для случая поверхностно-радиоактивного тела Вд([хг, ц0 ) есть дозовый фактор накопления для точечного изотропного источника моноэнергетического гамма-излучения, находяще гося на облучающей поверхности AS в бесконечной гетеро генной среде, состоящей из самого тела и окружающей его
84
бесконечной однородной |
изотропной среды'5 , Га |
для случая |
|||
поверхностно-радиоактивной полости Вд(\хг, |
|л0) есть дозовый |
||||
фактор накопления для |
того |
же |
источника, |
расположенного |
|
на облучающей поверхности |
S0 |
в бесконечной |
гетерогенной |
||
среде, состоящей из однородной изотропной среды, заполняю
щей полость, и бесконечно толстой однородной |
изотропной |
||||
оболочки**. |
Заметим, что |
для |
поверхностно-радиоактивных |
||
полостей (3.16), как |
указывалось |
выше, нужно |
только для |
||
того, чтобы |
считать |
стенки |
полости бесконечно толстыми. |
||
Впредположении справедливости элементарной теории
ослабления (3.18) примет вид
. д т = « т ^ ' 0 - « - Ч J j 3 « - ^s = Д ф > |
( З Л 9 ) |
А5
где интеграл 6 = и([л) является функцией параметра (х; коэф фициент ß = B(t) введен для краткости.
Дозовый |
фактор |
накопления |
в (3.17) и (3.18) зависит, |
строго |
||||||||
говоря, |
не |
только |
от |
и р.0, |
но |
и |
от формы |
и |
размеров |
|||
поверхностно-радиоактивного тела, от |
формы и размеров |
окру |
||||||||||
жающей |
его |
однородной изотропной |
среды, а также от формы, |
|||||||||
размеров |
и свойств |
тех |
сред, которые за ней расположены. |
|||||||||
Найти |
этот |
фактор |
накопления |
в аналитическом |
виде |
можно |
||||||
только |
путем |
решения |
кинетического уравнения для |
точечного |
||||||||
изотропного |
источника |
моноэнергетического гамма-излучения, |
||||||||||
находящегося в гетерогенной среде. Эта среда состоит из
поверхностно-радиоактивного тела |
заданной формы, |
размеров |
|
и свойств с заданным |
пространственно-временным распределе |
||
нием поверхностных |
источников |
моноэиергетического |
гамма- |
излучения, из окружающей тело однородной изотропной среды заданной формы, размеров и свойств, а также из сред, распо ложенных за ней, форма, размеры и свойства которых тоже заданы. В большинстве случаев окружающую тело однород ную изотропную среду можно считать бесконечной, что упро щает и конкретизирует поставленную задачу на определение дозового фактора накопления. Однако эта задача даже при сделанном упрощении относится к числу труднейших задач математической физики как с теоретической, так и с вычисли тельной стороны. К ее решению трудно привлечь, по-види
мому, |
существующие |
электронные цифровые |
вычислительные |
||||||
машины из-за недостаточного объема |
машинной |
памяти. |
Воз |
||||||
можно, что некоторое |
приближенное |
выражение |
для дозового |
||||||
* |
Это |
более строгое |
определение |
Вд(\>.г, і^), |
введенного в |
(3.17) |
|||
и (3.18), для поверхностно-радиоактивного |
тела. |
|
|
|
|||||
** |
Это |
определение |
Вд(^г, |
^ ) |
для |
поверхностно-радиоактивной, |
|||
полости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
85
фактора накопления в (3.17) и (3.18), справедливое для поверх ностно-радиоактивных тел любой формы и размеров, располо женных в однородных изотропных бесконечных средах, будет получено в результате решения задачи о точечном изотроп ном источнике моноэнергетического гамма-излучения, нахо
дящегося на плоской границе раздела двух |
полубесконечных |
|||||
однородных изотропных сред |
с коэффициентами |
ослабления [х0 |
||||
и [).. Эта задача, |
вероятно, |
будет |
решена |
сначала |
в своем |
|
простейшем варианте, когда |
одной |
из сред |
является |
вакуум, |
||
т. е. абсолютно |
поглощающая среда ( ^ 0 = с о ) |
в |
согласии |
|||
с третьим предположением. Однако, по нашему мнению, слож
нейшая |
задача на определение дозового |
фактора |
накопления |
|||
в (3.17) |
и |
(3.18) |
не представляет |
особого |
значения |
для прак |
тики, так |
как на |
практике можно |
поступать иначе. |
|
||
Согласно теории прохождения гамма-излучения через веще ство, разработанной Спенсером и Фано, дозовый фактор нако
пления |
для точечного изотропного источника моноэнергетиче |
|||||
ского гамма-излучения в бесконечной |
однородной |
изотропной |
||||
среде дается формулой |
Тэйлора |
|
|
|
||
|
Вд(у,г) ^А1е~а^г |
+ Аге-а^г, |
|
(3.20) |
||
где Аг, |
Л 2 = ( 1 — А і ) \ аъ |
а2 |
— дозовые |
коэффициенты |
Тэйлора, |
|
которые |
берутся из таблиц |
и зависят |
как от энергии |
гамма- |
||
фотона, |
так и от среды. Согласно другой теории |
прохождения |
||||
гамма-излучения через вещество, разработанной Хиршфельдером, дозовый фактор накопления совпадает с энергетическим и для рассматриваемого источника гамма-излучения в одно
родной |
изотропной |
среде |
радиуса г имеет вид |
|
|
|
|||||
|
|
Вд(ѵ.г) |
= |
В1(р.г) |
= |
Ц - а ц г |
+ р ^ г 2 , |
|
|
(3.21) |
|
где |
а |
и 3 — положительные |
коэффициенты |
Хиршфельдера, |
|||||||
которые |
берутся |
из таблиц |
или вычисляются |
по |
формулам |
||||||
и зависят только от энергии |
гамма-фотона. |
|
|
|
|||||||
Заметим, что выражение (3.21) было получено |
для |
широ |
|||||||||
кого |
параллельного |
пучка |
моноэнергетического |
гамма-излуче |
|||||||
ния, |
прошедшего |
через |
однородный |
плоский экран толщины |
|||||||
г = h, т. е. с учетом так |
называемого |
барьерного, |
или |
крае |
|||||||
вого эффекта. Однако сравнение результатов численных рас
четов по (3.21), по (3.20) |
и по методу |
Монте-Карло |
показы |
|||||||
вает, что (3.21) можно применять, |
если |
точечный изотропный |
||||||||
источник |
моноэнергетического |
гамма-излучения |
находится |
|||||||
в однородной изотропной среде радиуса |
г, |
состоящей |
из лег |
|||||||
ких |
или средних |
веществ, и испускает |
гамма-фотоны с энер |
|||||||
гией |
в несколько |
Мэв. |
Дозовые |
факторы |
накопления |
(3.20) |
||||
и |
(3.21) |
можно назвать гомогенными в |
отличие от |
входящих |
||||||
в |
(3.17) |
и (3.18), которые |
можно |
назвать гетерогенными. Оче- |
||||||
86
видно, гомогенные факторы в отличие от гетерогенных изве стны в аналитическом виде.
Предположим, что в (3.18) неизвестный гетерогенный фак тор накопления заменяется известным гомогенным с помощью
(3.21) или (3.2Q). Тогда |
по формуле (3.18) можно определить |
дозу гамма-излучения |
вне поверхностно-радиоактивного тела |
заданной формы или |
внутри поверхностно-радиоактивной |
полости заданной формы, если известна начальная поверхност
ная плотность |
заражения. |
Эту дозу гамма-излучения |
можно |
|||||||
назвать |
гомогенной, хотя |
предложенное |
название |
вряд ли |
||||||
может |
считаться |
удачным. |
|
|
|
|
|
|||
|
Как |
будет |
относиться |
гомогенная доза гамма-излучения, |
||||||
определенная |
по |
(3.18) |
с |
гомогенным |
фактором накопления, |
|||||
к |
истинной дозе |
гамма-излучения, |
определенной |
по |
(3.18) |
|||||
с |
гетерогенным |
фактором |
накопления? |
Качественный |
ответ |
|||||
на |
поставленный |
вопрос |
не представляет |
затруднений. |
Рас |
|||||
смотрим сначала поверхностно-радиоактивное тело, находя
щееся в |
однородной изотропной бесконечной |
среде. Если |
|
h)^!-1» т 0 > |
очевидно, гомогенная доза гамма-излучения больше |
||
истинной, а если ^ 0 < > , т о |
наоборот. Случай Ро~>Р |
представляет |
|
наибольший практический |
интерес. Если окружающая среда — |
||
воздух, то почти всегда можно пользоваться элементарной
теорией ослабления, так как для |
подавляющего |
большинства |
||
поверхностно-радиоактивных тел, |
расположенных |
в воздухе, |
||
и поверхностно-радиоактивных |
полостей, заполненных |
возду |
||
хом, выполняется условие г «С |
|
благодаря которому |
(3.18) |
|
превращается в (3.19). |
|
|
|
|
Все сказанное, разумеется, |
справедливо без учета |
вклада |
||
в дозу от рассеянного в окружающей среде гамма-излучения,
источники |
которого |
находятся |
на |
части |
поверхности |
тела |
||
(5 —AS). |
Для поверхностно-радиоактивной полости, |
|
запол |
|||||
ненной |
однородной изотропной средой, картина будет такая же, |
|||||||
причем |
случай | А 0 > | А |
опять представляет |
наибольший |
интерес |
||||
для практики. |
|
|
|
|
|
|
||
Таким |
образом, в |
практически |
интересном случае, |
когда |
||||
( J . 0 > I A , использование |
гомогенных |
дозовых |
факторов |
накопле |
||||
ния дает |
завышенные |
значения дозы гамма-излучения по срав |
||||||
нению с истинным. Отсюда следует, что для поверхностнорадиоактивных тел неучитываемый вклад в дозу от рассеянного в окружающей среде гамма-излучения, источники которого находятся на части поверхности тела (5 — А 5 ) , в какой-то степени компенсируется. Однако величину этого вклада, степень его компенсации, а также отношение гомогенной и истинной доз гамма-излучения можно определить в настоящее время только опытным путем.
Если подставить (3.21) в (3.18) и использовать результаты двукратного дифференцирования интеграла (3.19) по пара-
87
метру jj., то для случая теории Хиршфельдера получим, что гомогенная доза гамма-излучения
|
|
|
|
d іі |
, 0 , d2 ii |
(3.22) |
|
Если подставить (3.20) в (3.18), |
то для случая теории Спен |
||||||
сера и Фано получим с помощью |
интеграла |
(3.19), |
что гомо |
||||
генная доза |
гамма-излучения |
|
|
|
|
||
|
Ді-^^-Ѵ-е-^ІАіЬ |
|
+ |
ЬМ |
|
(3-23) |
|
где |
'Vi = '^(^І); ф2=ф(н-а)". |
И - і ^ ^ І + Лі); |
Н-а = |
Р-(1+ая ). |
|||
Таким образом, необходимо прежде всего вычислить инте |
|||||||
грал |
(3.19). |
Если этот |
интеграл |
известен, |
то определение |
||
гомогенной |
дозы гамма-излучения |
не представляет |
затрудне |
||||
ний в рамках существующих теорий прохождения гамма-
излучения через |
вещество. |
|
|
Интеграл (3.19) показывает, |
что на |
поверхности тела или |
|
на внутренней |
поверхности |
полости |
доза гамма-излучения |
обращается в бесконечность. Поэтому теория гамма-излучения поверхностно-радиоактивного тела применима для определения
доз |
только в тех точках, |
которые |
расположены достаточно |
|||
„далеко" от поверхности тела или внутренней полости. |
Усло |
|||||
вие |
„далекости" |
имеет |
вид /z>rfm a x , |
где h — расстояние |
точки |
|
•от |
поверхности |
тела |
или |
внутренней поверхности полости. |
||
Рассмотрим теперь вопрос об интенсивности гамма-излуче ния поверхностно-радиоактивного тела, изображенного на рис. 9. Выберем внутри тела произвольную точку О и поместим в ней начало прямоугольных координат. Если тело симметрично,то, разумеется, удобнее всего выбрать начало координат в центре •симметрии тела. Проведем одну из осей, например ось апликат, так, чтобы она проходила через точку М, расположенную вне тела. Это всегда можно сделать не нарушая общности рассмотрения. Поместим в точку M элементарную площадку
dS', характеризуемую единичным вектором внешней нормали /г. Эта площадка может быть ориентирована произвольным обра
зом |
|
относительно координатных осей. |
В частности, |
она может |
||||
•быть |
перпендикулярной |
к |
оси |
апликат, что и |
изображено |
|||
на |
рис. 9. При этом |
ѣ — k, |
где k — орт оси апликат. |
|||||
|
В |
зависимости |
от |
ориентации |
элементарной |
площадки |
||
по |
отношению к осям |
координат |
ее |
гамма-облучение будет |
||||
либо двухсторонним, либо односторонним, если рассматривать
только прямое гамма-излучение. При двухстороннем |
гамма- |
||||
облучении одна часть S, поверхности тела 5 облучает |
одну |
||||
сторону |
элементарной площадки, а другая часть S2 — другую |
||||
сторону, |
причем, очевидно, |
5 1 - г - 5 2 = 5. |
Когда гамма-облуче |
||
ние |
одностороннее, то вся поверхность тела 5 облучает только |
||||
одну |
сторону элементарной |
площадки. |
Одностороннее |
гамма- |
|
SS
облучение будет, в частности, если элементарная площадка перпендикулярна к оси апликат. Этот случай рассматривается далее. Если учитывать рассеянное в окружающей среде гаммаизлучение, то облучение будет двухсторонним при любой, ориентации элементарной площадки относительно координат ных осей.
Если точка M расположена внутри полости, заполненной однородной изотропной средой, а стенки этой полости с внут ренней стороны поверхностно-радиоактивны, то гамма-облуче ние элементарной площадки всегда будет двухсторонним, если рассматривать прямое гамма-излучение. Одна часть 5, внут
ренней поверхности полости 5 0 |
облучает одну сторону,а |
дру |
|||||
гая часть S2 — другую |
сторону |
элементарной |
площадки. |
При |
|||
этом, очевидно, |
5 i - j - S2 |
= 5, а элементарная |
площадка |
имеет |
|||
|
|
|
|
|
—* |
—*• |
|
две внешние нормали |
с единичными векторами пх |
и п2, которые |
|||||
противоположно |
направлены. |
|
|
|
|
||
Определим энергию |
|
гамма-излучения поверхностно-радио |
|||||
активного тела, |
которая |
проходит за 1 сек |
через площадку |
||||
в 1 см-, расположенную в точке M перпендикулярно |
оси |
||||||
апликат. Будем |
называть указанную энергию гамма-излучения |
||||||
интенсивностью |
/, которая создается в точке M поверхностно- |
||||||
радиоактивным телом. Если площадка в 1 см- расположена
около |
тела так, что ее гамма-облучение |
является |
двухсто |
||
ронним, или она находится внутри, полости, то можно |
говорить |
||||
об энергиях гамма-излучения, |
которые |
проходят |
за 1 |
сек |
|
через |
эту площадку от частей Sx |
и S2 поверхности |
тела |
или |
|
внутренней поверхности полости. Указанные энергии гамма-
излучения мы будем называть парциальными |
интенсивностями: |
||||||
А и І2. |
|
(3.14), |
используя |
(3.11), |
(1.80), |
сказанное |
|
По аналогии с |
|||||||
в начале |
§ 11 и рис. 9, получим, что |
|
|
|
|||
, |
Х < Г х ' е |
ÇÇ noe-W'-^Bfa |
г* |
V r) cos |
BdS |
|
|
/ = - t r - J J ; |
|
Й+ |
|
' |
(3 -2 4 > |
||
|
|
s |
|
|
|
|
|
где Ѳ — угол между {г0-\-г) |
и |
п; Ві(\>.0г0, |
JA г) — энергетиче |
||||
ский фактор накопления для точечного изотропного источника
моноэнергетического |
гамма-излучения, |
находящегося |
на по |
|||||
верхности |
тела и |
расположенного |
в |
гетерогенной |
среде,, |
|||
состоящей |
из поверхностно-радиоактивного тела |
и |
окружаю |
|||||
щей |
его однородной |
изотропной бесконечной среды. |
Исполь |
|||||
зуя |
третье |
предположение, получим |
по аналогии |
с |
(3.18), что |
|||
|
, |
Х е - " е |
Г Г пйе~^В,^г, |
|
^cosBdS |
|
|
|
|
/==~Т^—}) |
7- |
|
' |
|
|
<3-25> |
|
|
|
|
Д 5 |
|
|
|
|
|
89:
