Выражения (8) и (9) записаны для барьерной геометрии, когда взаимодействие излучения с веществом происходит только в слое (барьере), толщиной d.
Соответствующие ФН (для мононаправленного или изотропного источника) также должны быть рассчитаны в барьерной геометрии. Для мощности дозы в бесконечной среде на расстоянии d от источника будем иметь следующее выражение
D d D0 d exp d BD E0 , d |
(10) |
|
|
|
|
Факторы накопления (дозовые, энергетические, числовые) для различных энергий фотонов, различных типов источников (точечный изотропный, плоский мононаправленный и т. д.) большого набора вещества защиты и ее толщины приведены в специальной литературе в таблицах.
ФН в барьерной геометрии можно рассчитать, зная ФН для бесконечной геометрии ( Bi ) и соответствующий коэффициент - поправка на
барьерность,
i |
Bi |
|
|
|
|
(11) |
|
||
|
Bi |
|
|
|
т.е ФН в барьерной геометрии Bi |
Bi, i . |
|
||
Теперь можно переписать выражение (9) следующим образом |
||||
D x D0 x exp d BD E0 , d . |
(12) |
|||
6. РАСЧЕТ ЗАЩИТЫ ОТ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПО КРАТНОСТИ ОСЛАБЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ДОЗЫ
Универсальные таблицы Н.Г. Гусева для расчета защиты от фотонного излучения точечных изотропных источников нашли широкое применение при решении практических задач. Успех использования универсальных таблиц обусловлен удобством их представления и возможность таблиц решать большой круг задач.
В таблицах дается зависимость толщины защиты из различных материалов (воды, бетона, железа, свинца, вольфрама, урана) от энергии точечных изотропных моноэнергетических источников фотонов и кратности ослабления по дозе для бесконечной геометрии защиты.
Таким образом, при определении по универсальным таблицам необходимой толщины защиты данного материала x, (см), надо знать энергию γ-излучения Eγ , (Мэв), и кратность ослабления k .
Кратность ослабления γ-излучения представляет собой отношение измеренного (или рассчитанного) амбиента эквивалентной дозы H * (10) (или мощности амбиентного эквивалента дозы) без защиты к пределу дозы ПД (мощности дозы, рассчитанной исходя из значений ПД), указанному в НРБ99, в той же точке за защитным экраном толщиной x, определяется по формуле
11
k H * (10) |
H * (10) |
||||
|
ПД |
|
H |
|
(2) |
|
расч.ПД |
||||
Для определения по универсальным таблицам толщины защиты в барьерной геометрии при d 2 надо требуемую для барьерной геометрии
кратность ослабления излучения кбар умножить на поправку или нижнюю строку в универсальных таблицах [10] и для полученной кратности
ослабления к кбар определить толщину защиты по универсальным
таблицам. Учет барьерности особо существен в области небольших энергий фотонов источника.
Толщина защиты из некоторых материалов от фотонного излучения с энергией 0,662 МэВ и поправки на барьерность приведены в таблице 3 [10].
Таблица 3. Толщина защиты, см, для энергии фотонов 0,662 МэВ [10]
Кратность |
|
материал |
|
|
Свинец |
Железо |
Бетон |
||
ослабления, k |
||||
( 11,34 г/см3) |
( 7,89 г/см3) |
( 2,3 г/см3) |
||
2 |
0,75 |
2,9 |
11,3 |
|
5 |
1,7 |
5,4 |
19,8 |
|
8 |
2,1 |
6,6 |
23,8 |
|
10 |
2,3 |
7,2 |
25,6 |
|
20 |
3,0 |
8,8 |
30,9 |
|
поправка, Д |
0,984 |
0,883 |
0,815 |
|
|
|
|
|
7. РАСЧЕТ ЗАЩИТЫ ОТ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПО СЛОЯМ ОСЛАБЛЕНИЯ
Слой ослабления ∆1/k показывает толщину защиты, которая ослабляет
дозу (плотность потока энергии, плотность потока частиц и т.д.) |
в |
k раз. |
Наиболее широко в расчетах применяют слои половинного |
|
1/ 2 и |
десятичного ослабления. Толщине защите ∆½ соответствует кратность ослабления излучения, равная 2, толщине ∆1/10 – равная 10.
Если пользоваться для расчетов защиты значением слоев половинного ослабления ∆½, то для требуемой кратности ослабления излучения защитой κ
можно определить необходимое |
число слоев половинного ослабления n из |
выражения k 2n . Соотношение |
между значениями k и n приведены в |
таблице 4. Тогда толщина защиты |
d 1/ 2n . |
Таблица 4. Соотношение между числом слоев половинного ослабления n и кратностью ослабления излучения защитой κ.
12
n |
k |
n |
k |
n |
k |
n |
k |
1 |
2 |
2,58 |
6 |
3,32 |
10 |
7 |
128 |
1,58 |
3 |
2,81 |
7 |
4 |
16 |
8 |
256 |
2 |
4 |
3 |
8 |
5 |
32 |
9 |
512 |
2,32 |
5 |
3,17 |
9 |
6 |
64 |
10 |
1024 |
8. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ДОЗЫ
Для измерения мощности дозы на рабочем месте могут быть использованы дозиметры ДРГ-01Т1, ДКГ-03Д «Грач», ДКС-АТ1121 и дозиметр-радиометр ДРБП-03. Краткое описание дозиметров и их технические характеристики приведены ниже.
Электронный прямопоказывающий дозиметр ДРГ-01Т1,
выполненный на основе 4-х газоразрядных счетчиков СБМ-20 и одного (двух) счетчиков СИ-34Г. Дозиметр предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения в диапазоне от 10 мкР/ч до 10 Р/ч при основной погрешности измерений ± 15 %. Диапазон энергий гаммаизлучения от 0,05 - 3,0 МэВ. Габаритные размеры (масса) – 175х90х55 мм
(600 г).
Рис. 1. Дозиметр ДРГ-01Т1
Дозиметр ДКГ-03Д «Грач»
Дозиметр представляет собой высокочувствительный недорогой дозиметр, выполненный на основе газоразрядного счетчика. Дозиметр предназначен для измерения мощности амбиентного эквивалента дозы Н*(10) гамма-излучения в диапазоне от 0,1 мкЗв/ч до 1,0 мЗв/ч, амбиентного эквивалента дозы Н*(10) гамма-излучения с энергиями 0,05 - 3,0 МэВ в диапазоне от 1,0 мкЗв до 100 Зв.
Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения ±[15+2,5/Н*(10)]%, где Н*(10) – измеренное значение, мкЗв/ч (мкЗв).
Дозиметр имеет звуковую сигнализацию (щелчки), частота которых
13
пропорциональна мощности дозы.
Энергетическая зависимость чувствительности в диапазоне энергий от 0,05 - 3,0 МэВ составляет ± 25 %. Габаритные размеры (масса) – 111х28х73
мм (200 г).
Рис. 2. Дозиметр ДКГ-03Д «Грач»
Дозиметр ДКС-АТ1121 (и его модификации: дозиметры ДКС-
АТ1121А, ДКС-АТ1123, ДКС-АТ 1123А) выполнен на основе органического сцинтилляционного детектора (полистирол с добавками тяжелых металлов). Дозиметр предназначен для измерения мощности амбиентного эквивалента дозы Н*(10):
1.непрерывного рентгеновского и гамма-излучения в диапазоне от 0,05 мкЗв/ч до 10 Зв/ч в диапазоне энергий от 0,015 до 10 МэВ при основной погрешности ± 15 %.
2.импульсного (только для ДКС-АТ1123) рентгеновского и гаммаизлучения в диапазоне от 1 мкЗв/ч до 10 Зв/ч в диапазоне энергий от 0,015 до 10 МэВ при основной погрешности ± 30 %.
3.амбиентного эквивалента дозы Н*(10) непрерывного и импульсного
(только для ДКС-АТ1123) рентгеновского и гамма-излучения с энергиями 0,015 - 10 МэВ.
Дозиметр оснащен звуковой и визуальной индикацией превышения порогового уровня. Энергетическая зависимость чувствительности по 137Cs для энергий 15 - 60 кэВ составляет ± 35 %, для энергий 60 кэВ – 3 Мэв составляет ± 25 %, для энергий 3 – 10 Мэв составляет ± 50 %.
Рис. 3. Дозиметр ДКС-АТ1121
14
Радиометр-дозиметр ДРБП-03 с блоком детектирования БДГ-01
выполняет функции дозиметра. Выполнен на основе газоразрядного счетчика и предназначен для измерения мощности амбиентного эквивалента дозы Н*(10) в диапазоне от 0,1 мкЗв/ч до 3 Зв/ч, амбиентного эквивалента дозы Н*(10) в диапазоне от 1 мкЗв до 10 Зв для энергий гамма-излучения в диапазоне от 0,05 до 3 МэВ при основной погрешности измерений ± 20 %.
Радиометр с блоком детектирования БДБА-02 на основе газоразрядного счетчика предназначен для измерения:
1.плотности потока альфа-частиц в диапазоне от 0,1 до 700 с-1см-2 при основной относительной погрешности не более ± 20 %.
2.плотности потока бета-частиц в диапазоне от 0,1 до 700 с-1см-2 для энергий бета-излучения 0,15 - 3,5 МэВ при основной относительной
погрешности не более ± 20 % Радиометр-дозиметр имеет функцию звуковой сигнализации скорости
счета импульсов на головные телефоны.
Рис. 4. Дозиметр ДРБП-03
Целью данной работы является расчет защиты от фотонного излучения различными методами.
9.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Ознакомиться с описанием лабораторной работы.
2.Приготовить установку к работе.
3.Получить у преподавателя защитные материалы, дозиметр и источник.
4.Измерить мощность экспозиционной (эквивалентной) дозы без защиты на расстоянии 0,5 м от источника.
5.Вычислить требуемую кратность ослабления k0,5 от источника гамма-
излучения 137Cs (Т1/2= 30 лет, E 0.662 МэВ). Для этого рассчитать допустимое значение мощности эквивалентной дозы на рабочем месте
15
исходя из установленных в НРБ-99 ПД для студентов, работающих с
ИИИ, и с учетом времени работы студента с источником в год (2000 ч/год). Использовать двукратный запас при расчете H расч.ПД .
6.Рассчитать необходимую толщину защиты из свинца, железа, меди, алюминия, бетона и кирпича различными методами. Результаты занести в таблицу 5. В скобках указать используемый метод расчета.
7.Определить слой половинного ослабления и оценить необходимое количество слоев ослабления из свинца, железа, бетона. Результаты занести в таблицу 5.
8.Сравнить расчетные значения толщины защиты, полученные разными методами. Сделать выводы.
9.Поместить пластины защиты из разных материалов рассчитанной толщины (в рассчитанном количестве) между источником и детектором и измерить мощность дозы на расстоянии 0,5 м от источника. Результаты измерений занести в таблицу 5.
10.Сравнить измеренные значения с рассчитанным допустимым значением мощности дозы на рабочем месте. Сделать выводы о том,
удалось ли снизить мощность дозы в k раз?
11.После проведения работы пластины, дозиметр и источник сдать преподавателю.
12.Сделать общие выводы по проведенной работе.
Таблица 5. Результаты расчетов и измерений
материал |
свинец |
железо |
бетон |
медь |
алюми- |
|
ний |
||||||
|
|
|
|
|
Мощность дозы без защиты на 0,5 м, мкЗв/ч
Расчетное
допустимое значение мощности дозы, мкЗв/ч
Измеренная на 0,5 м мощность дозы с защитой, мкЗв/ч
Толщина защиты при k0,5 _____,
см
Слой половинного ослабления 1/ 2 , см
Количество слоев (суммарная толщина)
16
10.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Перечислите и опишите процессы взаимодействия фотонов с веществом.
2.Определение макроскопического и микроскопического сечения взаимодействия фотонов с веществом. Единицы измерения.
3.Линейный и массовый коэффициенты ослабления. Определение и единицы измерения.
4.Запишите закон ослабления фотонного излучения при прохождении его через вещество. Объясните каждый параметр.
5.Определение и физический смысл фактора накопления.
6.Перечислите, как подразделяют факторы накопления. Запишите формулы.
7.Для каких целей вводят поправку на барьерность?
8.Какие методы расчета защиты от фотонного излучения использованы в данной работе, в чем они заключаются?
9.Чему равна плотность потока гамма-излучения на расстоянии x от точечного изотропного источника? Указать единицы измерения.
10.Какие классы нормативов установлены в НРБ-99. Какой норматив использован в данной работе?
17
ЛИТЕРАТУРА
1.Авотин Ю.П. Практикум по радиоактивности. М.: Высшая школа, 1974.
2.Беспалов В.И. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. – Томск: Дельтаплан, 2006. – 368 с.
3.Вяземский В.Д. и др. Сцинтилляционный метод в радиометрии, М.: Атомиздат, 1974.
4.Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П. Защита от ионизирующих излучений: Учебник для вузов. Под общей редакцией Н.Г. Гусева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Атоиздат, 1980. – 461 с.
5.ГОСТ 27451-87 "Средства измерений ионизирующих излучений. Общие технические условия".
6.ГОСТ 29.074-91 "Аппаратура контроля радиационной обстановки. Общие требования".
7.Иванов В.И. Курс дозиметрии: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. И доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. 400 с.
8.Ильин Л.А., Кириллов В.Ф., Коренков И.П. Радиационная безопасность и защита. Справочник. – М.: Медицина, 1996. – 336 с.
9.Кутьков В.А., Ткаченко В.В., Романцов В.П., Безруков Б.А., Долженков И.В., Алексеев А.Г. Основы радиационного контроля на АЭС. Учебное пособие/ Под ред. В.А. Кутькова и В.В. Ткаченко. – Москва – Обнинск:
концерн «Росэнергоатом», ИАТЭ, 2005. – 268 с.
10.Машкович В.П., Кудрявцева А.В. Защита от ионизирующих излучений: Справочник, 4-е изд., перераб. и доп., М.: Энергоатомиздат, 1995. 496 с.
11.Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). СП 2.6.1.758-99. Минздрав России, 1999.
12.Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). СП 2.6.1.799-99.
18