Расчет мощности дозы ИИИ.

Лекция : Расчет мощности дозы ИИИ 1.Контроль мощности дозы в помещениях радиационно-ядерных объектов объектов. 2.Контроль радиоактивных газов и аэрозолей в помещениях АЭС. 3.Радиационный контроль газоаэрозольных выбросов и водных сбросов. 1.3. Дозные поля от источников различных форм Далеко не всегда источники радиации имеют плоскую или «точечную» форму. Часто они образуют в пространстве довольно сложную конфигурацию, причем радиационное поле создают радионуклиды с различными (и сложными) схемами распада. Более того, для создания равномерного поля доз в объеме облучаемого тела приходится прибегать к размещению препаратов – источников γ-излучения – на поверхности цилиндра. Например, источник, содержащий 10000 кюри 60Со при диаметре и высоте цилиндра в 20 см, дает в центре мощность дозы 300000 р/час. Табл.3. (Продолжение) Расчет дозового поля от протяженных и многочисленных источников многокомпонентных излучений – весьма сложная задача. Мы ограничимся несколькими примерами. Рис. 2. Изодозы линейного источника (меридиональная плоскость). В приведенных ниже формулах размерность мощности экспозиционной дозы определяется размерностью гамма-постоянной Кγ, т.е. выражается в рентгенах в час. Линейный коэффициент ослабления в защите обозначен , линейный коэффициент ослабления в источнике - s. Многократное рассеяние в защите или источнике учитывается фактором накопления: где константы Аi и αi находятся из таблиц. Расчетные формулы для определения мощности экспозиционной дозы от источников различных форм после защиты даны с учетом многократного рассеяния в защите. Значения i равны: при i=1: 1=(1+α1) при i=2: 2=(1+α2) Положение источника обозначается буквой S, положение точки детектирования – буквой Р. Все размеры в формулах даны в сантиметрах. Рис.3 и Рис.4. Изодозы (меридиональная плоскость) линейного источника На Рис. дано несколько примеров построения изодоз для линейных препаратов радия. Рис .2 изображает изодозы в рентгенах в час для платиновой иглы 60 мм длиной и толщиной 5 мм; активная длина препарата 50 мм, количество радия 5 мг. На Рис.3 представлены изодозы для платиновой иглы 19 мм длиной, толщина платины 0,5 мм, количество радия 1 мг, активная длина препарата 10 мм . На Рис.4 представлены изодозы от цепочки из трех игл, общей длиной 10 см с содержанием радия 30 мг. На Рис.5 изображены изодозы в плоскости, перпендикулярной оси препарата, иглы длиной 32 мм, содержащей 1 мг радия; толщина платиновых стенок 1 мм. На Рис. б приводятся изодозы для двух параллельно расположенных платиновых игл; содержание радия 1 мг, толщина стенок 2 мм, расстояние между осями 3 см. Рис. 5. Изодозы линейного источника (экваториальная плоскость): а) Одна игла; б) Две иглы Табл.3. (Продолжение). Доза от альфа-излучения Пробег α-частиц в воздухе описывается соотношением: 3 3/2 Rв  aV  kE , -28 где Rв – пробег, см; а =9,67*10 ; V – скорость α- частицы, см/сек; k – численный коэффициент, зависящий от температуры и давления; Е – энергия α-частиц, МэВ. При 15оС и 760 мм рт. ст. k=0,318 и см . Табл.4. Пробеги α-частиц в воздухе, алюминии и биологической ткани в зависимости от энергии частиц. В любом другом веществе пробег с точностью + можно оценить по формуле: где Ах – атомный вес; ρх – плотность. В Табл. приведены пробеги α-частиц в некоторых веществах. Из приведенных данных по пробегу α-частиц видно, что слой биологической ткани 100 мкм полностью поглощает α-частицы с энергиями до 8 МэВ. Поэтому при внешнем облучении организма α-частицами радиоактивных изотопов требуются лишь тонкие защитные экраны, которые оказываются достаточными для защиты организма от воздействия α-частиц при внешнем облучении. Однако при работе с α-источниками необходимо принимать меры, исключающие возможность попадания α-излучателей на кожу человека или внутрь организма. Дозу от α-излучателя, попавшего, например, на кожу руки (что вполне возможно, если экспериментатор имеет привычку работать без перчаток и не любит мыть руки) можно рассчитать по формуле: (при попадании α -излучателя внутрь организма, множитель 0,5 следует заменить на 1). 2.3 Доза от бета-излучения 2.3.1 Параллельный пучок Мощность дозы в поле β-излучателя пропорциональна его активности и зависит от энергии β-спектра, формы и размеров препарата и глубины погружения в среду. Например, 2 доза на одну β-частицу, падающую на см данной области среды при переходе от одного из 35 самых мягких среди наиболее распространенных β-излучателей – S (максимальная энергия β144 спектра 0,169 МэВ) к самому жесткому – Pr (максимальная энергия 3 МэВ), изменяется от -8 -8 15*10 рад до 2,8*10 рад. В пучке электронов, получаемом с помощью ускорителя, мощность дозы может быть очень высока. При напряжении 3000 кВ и силе тока 4 мА в пучке сечением 2 7 100 см можно получить мощность дозы 10 р/с. При определении дозы от источника β-излучения учитывают ряд особенностей, связанных с природой β-частиц, прежде всего - непрерывность спектра β-излучения. В связи с этим в расчетные формулы вводят не табличные значения максимальной энергии β-спектра, а ее среднее значение: Еср=0,4Еmax. Учитывая значительные поглощение β-частиц в воздухе, не следует пренебрегать ослаблением потока Ф для β-излучения до достижения объекта, в котором следует определить поглощенную дозу . При расчете доз от β-излучателей с достаточной точностью можно считать толщину облучаемого объекта равной толщине слоя полного поглощения β-частиц Rmax. Для расчета дозы β-излучения в любой точке объекта облучения необходимо знать плотность потока и спектр β-частиц в заданной точке или усредненную по действующему в заданной точке β-спектру величину потери энергии. Тогда поглощенная доза ( в рад) на глубине х: Dβ  x   1,6 ∗10−8 Φβ x∗ ∆Eβ x∗ t , где Фβ - плотность потока β-частиц на глубине х; ∆Еβ(х) – потери энергии, усредненные по действующему на глубине х спектру β-частиц. Энергия β-излучения Епогл с интенсивностью J, поглощенное веществом, в слое, равному максимальному пробегу β-частиц, определяется выражением: Епогл= JSt =0.4EmaxФSt. оскольку масса m слоя вещества с площадью S, полностью поглотившая βизлучение в слое Rmax, равна: Табл.5. Максимальные пробеги β-частиц в воздухе, в воде (или биологической ткани) и алюминии. ∆m= SRmax, То поглощенную дозу можно определить: Dпогл=It/Rmax=0.4EmaxФ t/Rmax Выражая поглощенную дозу в радах, получим: Замечание. Сравним число β-частиц и γ-квантов с одинаковой энергией, необходимых для создания 2 мощности дозы в 1 рад за 1 сек. Пусть Еβ=Еγ=1 МэВ. Для мягкой биологической ткани ’e=0,003 см /г, 2 Rβ=0,48 г/см . Тогда Таким образом, на расстоянии, существенно меньшим полного пробега β-частиц в воздухе, доза от источника β-излучения в десятки раз больше, чем от источника γ-излучения одинаковой энергии и активности. 2.3.2 Точечный источник Мощность дозы от точечного источника β-излучения в воздухе на расстоянии r от источника (для одной линии β-спектра) с учетом поглощения излучения в воздухе: Подставив в эту формулу активность источника в милликюри, максимальную энергию βспектра Еmax в МэВ, расстояние r препарата до объекта облучения в см, время t в час, -1 коэффициент линейного поглощения β-излучения в воздухе  в см и выражая дозу в рентгенах (точнее, в физических эквивалентах рентгена), получим Формула для поглощенной дозы в радах в гомогенной среде на расстояниях r