Обама _Лаб Номер 5

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра «экология, безопасность жизнедеятельности и электропитания»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Защита от ионизирующего излучения

Выполнил

Студент гр. МИТ2301 _____________________ Обама Х.С.

Проверила _____________________ Федоркина И.А.

Цель: применить теоретические знания при расчете в представленных задачах.

Ход работы:

Теория:

Общие сведения

Воздействие на человека ИИ может быть внешним, внутренним или смешанным (внешним и внутренним), поэтому меры защиты в зависимости от интенсивности и вида могут быть различны. Во всех случаях комплекс защитных мероприятий должен обеспечить снижение суммарной дозы от всех источников до уровня, не превышающего предельно допустимой дозы или предела дозы для соответствующей категории людей.

Защита от α-излучения. Защита от внешнего α-излучения не является проблемой, так как пробег даже самых высокоэнергетических α-частиц незначителен (в воздухе не превышает 10 см).

Установлен ряд эмпирических соотношений между пробегом α-частиц (см) в воздухе и их энергией (МэВ). Так, для расчетов в воздухе применяют формулу Гейгера (при t = 15 °С и давлении 760 мм рт. ст.):

(1.1)

А для любого вещества с атомной массой А формулу Брэгга:

(1.2)

где:

Rα – максимальный пробег, см;

ρ – плотность вещества, г/см3;

Еα – энергия α-частиц, МэВ.

Защита от β-излучения.Для защиты персонала от внешнего β-излучения все операции с β-радионуклидами ведутся за экраном или в защитных шкафах. Расчет толщины защитного экрана не представляет сложной задачи, но необходимо иметь в виду, что при прохождении β-частиц через вещество возникает тормозное излучение, которое может существенно увеличить дозу излучения.

Для выбора экрана необходимо брать вещество с малым атомным номером Z.

Наиболее подходящими для этой цели являются оргстекло, различные пластические массы, алюминий, а при малой энергии β-частиц применяют железо и медь. На практике чаще всего толщина защитного экрана берется равной максимальному пробегу β-частиц R_макс.

Пробег β-частиц в воздухе зависит от энергии частиц и составляет от десятков до нескольких сот сантиметров. Для определения максимального пробега β-частиц в веществе в зависимости от их энергии предложены различные эмпирические формулы.

Защита от гамма-излучения. Защита от воздействия гамма-излучения может быть осуществлена временем, расстоянием и поглощающими экранами.

При расчете защиты будем пользоваться формулами для точечных источников гамма-излучения, т. е. источников, размеры которых малы по сравнению с расстоянием от них до облучаемого объекта.

Рассмотрим основные методы расчета физической защиты. Приближенный расчет защиты по слоям половинного ослабления. В практических расчетах для приближенного быстрого определения толщины защиты от гамма-излучающих источников конкретных радионуклидов можно использовать значения слоя половинного ослабления гамма-квантов в геометрии широкого пучка. Например, для 27 Сo и 88 Rа значения Δ1/ 2 можно принять равными:

для свинца – 1,3 см

для железа – 2,4

для бетона – 6,9 см (экспериментальные данные).

Расчет защиты от сложного гамма-спектра (метод конкурирующих линий) В случае немоноэнергетического источника гамма-излучения расчет толщины защитного экрана усложняется и проводится в следующей последовательности:

1. Из сложного гамма-спектра выделяют несколько энергетических интервалов с определенным значением энергии гамма-квантов и соответствующим процентным содержанием по гамма-излучению. Линии гамма-квантов с малой энергией и небольшим процентным вкладом в общее гамма-излучение в расчете защиты не учитывают.

2. Для определенных значений энергии гамма-квантов E1, E2, …, En зная их процентное содержание, находят соответствующие кратности ослабления К1, К2, К3, …, Кn.

3. По универсальным таблицам для каждой энергии в зависимости от расчетной кратности ослабления находят толщины защиты d1, d2, d3, …, dm.

4. Наибольшая толщина защиты соответствует главной линии спектра. Обозначим эту толщину через dr. Линия спектра, соответствующая следующей толщине защиты, называется конкурирующей линией спектра. Обозначим эту толщину защиты через dk. Тогда выбор толщины защиты d определяют, исходя из следующих условий:

если Δ, 1/ 2 1/ 2 то Δ, rk k d ddd − =+ ≺

если Δ, 1/ 2 то, rk r d ddd − = ≺

если 0, 1/ 2 то Δ. d dddrk r −= =+ (1.3)

Защита от нейтронов

Все источники нейтронного излучения испускают быстрые нейтроны, которые, взаимодействуя с ядрами поглощающей среды, испытывают упругое и неупругое рассеяние. Вероятность того или иного процессов различна и зависит от энергии нейтронов и вещества, через которое проходят нейтроны.

Наряду с упругим рассеянием нейтроны с энергией свыше 0,5 МэВ испытывают и неупругое рассеяние, причем для быстрых нейтронов с энергией выше 10 МэВ неупругое рассеяние становится столь же вероятным, как и упругое.

Точные методы расчета защиты от нейтронного излучения математически сложны. Нами будут рассмотрены простейшие методы. Ослабление плотности потока моноэнергетических нейтронов узкого пучка (мощности поглощенной дозы) в зависимости от толщины защиты d описывается формулой:

(1.4)

где ϕ – плотность потока нейтронов за защитой, нейт/(см²*с);

ϕ0 – плотность потока нейтронов в отсутствии защиты, нейт/(см²*с);

∑ – полное макроскопическое сечение поглотителя, см;

d – толщина защиты, см.

Плотность потока ϕ0 – величина, измеренная или рассчитанная исходя из мощности нейтронного источника (внешнего выхода нейтронов) q:

(1.4)

где q – мощность источника, нейт/с в угле 4;

R – расстояние от источника, см.

Полное макроскопическое сечение ∑ складывается из макроскопического сечения рассеяния ∑_S и макроскопического сечения поглощения∑_a

(1.5) и равно ∑ = σ * n_a,где n_a – количество атомов поглотителя в единице объема

(1.6)

σ – полное макроскопическое сечение взаимодействия нейтронов с ядрами поглотителя, см^–1, зависящее от энергии нейтронов, состава вещества поглотителя и других факторов. Оно состоит из макроскопического сечениярассеянияσ_S и макроскопического сечения поглощения σ_a:

σ = σ_S + σ_a(1.7)

Под макроскопическим сечением поглощения здесь понимается сумма сечений всех возможных взаимодействий нейтронов со средой защитного экрана (n, ), (n, a), (n, p), (n, f), в результате которых нейтрон поглощается или захватывается. Тогда

При расчете ослабления плотности потока быстрых нейтронов через вещество, состоящее из легких элементов, пользуются макроскопическим сечением рассеяния ∑_S, и, наоборот, при ослаблении потока нейтронов за счет поглощения нейтронов средой пользуются макроскопическим сечением поглощения ∑_a.

Если упругим или неупругим рассеиванием нельзя пренебречь, то при расчетах пользуются полным макроскопическим сечением ∑.

Нетрудно определить слой половинного ослабления нейтронов:

(1.9)

Если принять ϕ за предельно допустимую плотность потока нейтронов ϕ = ϕ_дпп, тогда кратность ослабления К_осл определяется соотношением:

(1.10)

Зная слой половинного ослабления и рассчитав число слоев n по кратности ослабления, можно найти требуемую толщину защиты d:

(1.11)

Длина релаксации нейтронов характеризует ослабление плотности потока нейтронов в e ≈ 2,718 раза в данном веществе поглотителя:

(1.12)

где L_S – среднее рассеяние, проходимое быстрым нейтроном в веществе между двумя столкновениями, см;

L_a – среднее расстояние, при прохождении которого плотность потока нейтронов уменьшается в e ≈ 2,718 раза (условно предполагают отсутствие рассеяния).

Варианты задач:

Задача 15. Для градуировки дозиметра применяется точечный изотропный радионуклид 60 Сo активностью А = 50 мКи. Определить время работы при шестидневной рабочей неделе без защиты, чтобы обеспечить предельно допустимую эквивалентную дозу для персонала категории А. Расстояние от источника до оператора R = 2 м. Ослаблением и рассеиванием гамма-излучения в воздухе пренебречь.

Решение

Во внесистемных единицах

Определим время работы с учетом уравнения:

В единицах СИ

Выразим все необходимые для расчетов величины в единицах СИ:

A=50 => мГи=

Определим время работы из уравнения:

Вывод

Таким образом, время работы без защиты для обеспечения предельно допустимой эквивалентной дозы для персонала категории А составляет примерно 1 час.