Разработка конструкции и технологии изготовления панелей биологической защиты от воздействия смешанного ионизирующего (n-y) излучения капсул для хранения взрывоопасных материалов. Дипломная (ВКР). Другое.
👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Разработка конструкции и технологии изготовления панелей биологической защиты от воздействия смешанного ионизирующего (n-y) излучения капсул для хранения взрывоопасных материалов
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Разработка
конструкции и технологии изготовления панелей биологической защиты от
воздействия смешанного ионизирующего (n-γ) излучения капсул для хранения
взрывоопасных материалов
Проблема обеспечения радиационной безопасности населения
остро стоит во многих развитых странах мира. В настоящее время не существует
материала, который бы на 100 % защищал от ионизирующих излучений. Поэтому
актуальна задача выбора материала, обладающего наилучшими показателями
радиационной стойкости.
При конструировании защитных конструкций из
традиционно используемых материалов толщина, а, следовательно, габариты и масса
получаются внушительными. При выборе наиболее радиационно-стойкого материала
толщина защиты уменьшится. Необходимо разработать конструкцию, которая
обеспечивала бы защиту объектов (или окружающей среды).
Отсюда вытекает задача разработки технологии
изготовления такой конструкции.
Подобрав материал, и разработав конструкцию, а также
технологию ее изготовления, можно обеспечить защиту населения и окружающей
среды от опасных ионизирующих излучений.
Во всем мире, как за рубежом, так и в России, особенно
после терактов 11.09.2001 г., проявляется повышенный интерес к проблемам
ядерного и радиационного терроризма. Для ядерного терроризма нужно иметь
технические средства, а для этого необходимо похитить или изготовить атомную
бомбу.
Во всех случаях приобретение готового устройства или
материалов для его изготовления является непростой задачей, несмотря на
привлекательность для террористов получить одновременно механическое
разрушающее и радиологическое действие, которое существует не только в момент
взрыва, но и за счет загрязнений радиоактивными веществами продолжает
действовать и после взрыва. Вероятность того, что водородная или атомная бомба
попадёт в руки террористов, ничтожно мала.
Однако радиологическая составляющая действия ядерного
оружия может быть легко реализована без атомной бомбы в силу доступности и
распространенности радиоактивных веществ, широко используемых в науке и
технике, медицине и различных производствах.
В медицине используется более 300 разновидностей
радиоактивных изотопов, их активность колеблется от 5 до 120 кюри, и среди них
такие сильнорадиоактивные изотопы как кобальт-60 и цезий-137. В случае нештатного
использования некоторых радиоактивных изотопов (например, изотопа америция) уже
через 6 минут в двухкилометровой зоне потребуются меры для защиты населения.
Основную опасность представляют так называемые «горячие» частицы, размером от
20 до 100 микрон. Они легко разносятся ветром, а попав в лёгкие человека,
застревают там на много лет. Лёгочная ткань рядом с такой частицей находится
под постоянным действием излучения. В результате происходят мутации клеток и, в
конечном счёте, малигнизация.
К тому же следует иметь в виду, что для биологических
объектов зависимость «доза/эффект» - нелинейная и безпороговая. Это значит, что
любая, сколь угодно малая доза ионизирующего излучения вызывает у человека тот
или иной эффект.
Контроль за радиоактивными изотопами в медицине или,
например, за РТГ (радиационные тепловые генераторы), которые являются
автономными источниками электроэнергии и содержат капсулу стронция-90, вовсе не
столь тщательный, как в ракетных войсках стратегического назначения. Нет
никакой гарантии, что во всех странах и во всех учреждениях исключён
несанкционированный доступ к подобным радиоактивным материалам. Медицинская
радиологическая аппаратура имеется по всему миру, в том числе и в слаборазвитых
странах.
По данным интернет-портала «Washington ProFile» в США находится более 2 млн. единиц радиоактивных
материалов, которые могут быть использованы для создания грязной бомбы. Они
хранятся на 21 тысяче объектов. За период с октября 2008 по март 2009 г. было
заявлено о 107 случаях хищений и пропаж. В Европе радиоактивные материалы
хранятся на примерно 30 тысячах объектов; при этом ежегодно бесследно исчезают
около 70 радиоактивных источников.
Поэтому существенную опасность представляет так
называемая грязная бомба: когда обычную взрывчатку смешивают с радиоактивными
изотопами. Даже нет нужды, чтобы изотопы были пригодны для создания атомной
бомбы, достаточно любого высокорадиоактивного материала. Например, хлорид цезия
(похожую на тальк пудру) весьма несложно распылить взрывом. Разлёт
радиоактивной пыли будет на несколько километров. А современный город
практически невозможно полностью очистить от радиоактивной пыли.
При подрыве заряда взрывчатого вещества контейнер с
изотопами разрушается и, за счёт ударной волны, радиоактивное вещество
распыляется на достаточно большой площади. Размер бомбы может быть различным в
зависимости от количества исходного материала. Одним из вариантов «грязной
бомбы» может быть намеренный подрыв установки невоенного назначения,
использующей радиоактивные материалы.
Следует отметить, что для того, чтобы площадь
оказалась достаточно большой при разумных геометрических размерах «грязной
бомбы», в качестве заряда придется использовать атомную бомбу.
Помимо «грязных бомб», рассматривалось также
механическое распыление радиоактивного материала. В фантастической литературе
данный вариант был впервые описан Робертом Хайнлайном в рассказе «Никудышное
решение» (англ. Solution
Unsatisfactory) в 1940 году.
Однако сама возможность перехода от грязной бомбы к
чистой оказалась гораздо проще. В начале 60-х ЦРУ проводила эксперимент со
студентами, в котором было предложено найти наибольшее количество информации в
библиотеке о том, как сделать атомную бомбу. Паре студентов удалось найти почти
полное описание исследований Манхэттенского проекта. Собственно единственным
условием было подразумевающееся наличие 50 кг чистого урана-235.
Идею кобальтовой бомбы высказал в 1950 году Лео Силард
в качестве примера оружия, способного превратить континенты на долгое время в
нежилые земли.
Созданный взрывом высоко в стратосфере, изотоп 60Со
способен рассеиваться на больших площадях, заражая их. Такие бомбы никогда не
испытывались и не изготавливались из-за отложенности и непредсказуемости
эффекта их действия.
Взорванная в центре густонаселенного города «грязная
бомба» не вызывает таких больших разрушений, какие бывают при использовании
ядерного оружия. Взрыв такой бомбы, помимо прочего, произведет «наводящее ужас
и деморализующее воздействие на людей».
Самым распространенным предположением остается то, что
те, кто кочет создать грязную атомную бомбу, будут пытаться это сделать просто
потому, что это гораздо легче, чем создать обычную. Скорее всего, взрыв грязной
бомбы не убьет десять тысяч человек, но при взрыве в густонаселенной местности,
например, в городе, точно убьет несколько сот человек и посеет панику среди
выживших. Поэтому почти все ученые называют грязную атомную бомбу «оружием
чистого террора».
По мнению экспертов, проблема предотвращения
использования грязной бомбы является крайне актуальной. Можно лишь радоваться
тому, что до сих пор грязная бомба не была применена. Ведь реальных и
сколько-нибудь надёжных способов предотвратить использование грязной бомбы
человечество пока не придумало. И нет способа проще, чем взрыв грязной бомбы,
для создания массовой паники среди населения.
Террористический акт с радиационным воздействием может
быть проведен внезапно, быстро, скрытно и в непредсказуемом, неожиданном месте.
Все эти обстоятельства в той или иной степени нашли отражение в существенном
повышении требований к обеспечению в стране радиационной безопасности, в том
числе и по предотвращению радиационного терроризма. В частности, одним из
важнейших требований Законов Российской Федерации «Об использовании атомной
энергии» и «О радиационной безопасности населения» является создание единой
системы планирования, координации, контроля и реализации комплекса технических
и организационных мер, направленных на:
• предотвращение хищений радиоактивных и делящихся
материалов (РДМ) и их порчи;
• предотвращение попадания РДМ в среду обитания
населения.
В настоящее время этими проблемами также серьезно
занимаются многие международные организации: Международное агентство по
атомной энергии (МАГАТЭ), Всемирная таможенная
организация, Интерпол, Международная электротехническая комиссия и др.
В настоящее время существуют специальные службы по
борьбе с терроризмом, одной из обязанностей которых является обезвреживание
взрывных устройств. Для безопасного хранения и транспортировки взрывоопасных
устройств и веществ, используются специальные взрывозащитные контейнеры.
Контейнеры обеспечивают полное отсутствие бризантного,
фугасного и осколочного воздействия на лиц, находящихся в непосредственной
близости от контейнеров, при взрыве в них взрывных устройств или взрывчатых
веществ различной массы в любой осколочной оболочке. Конструктивное исполнение
корпусов контейнеров гарантирует, также, отсутствие прорыва газообразных
продуктов, образующихся при взрыве. Но при перевозке или хранении «грязной
бомбы», они не обеспечивают защиту окружающей среды и населения от
проникновения радиации.
Поэтому необходима дополнительная защита таких
контейнеров радиационно-стойким материалом от воздействия смешанного
ионизирующего излучения.
Для того чтобы правильно подобрать материал защиты от
радиации, необходимо четкое и полное понимание терминов «радиация» и
«радиоактивность».
Радиация, или ионизирующее излучение - это частицы и
гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на
вещество создавать ионы разных знаков. Радиацию нельзя вызвать с помощью
химических реакций. Примечание. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение не
включают в понятие «ионизирующее излучение».
Радиоактивность - неустойчивость ядер некоторых
атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям
(распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения.
Различают несколько видов радиации.
Альфа-частицы - относительно тяжелые, положительно
заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия.
Бета-частицы - это просто электроны или позитроны.
Гамма-излучение - фотонное излучение, возникающее при
изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц.
Гамма-излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет,
однако обладает гораздо большей проникающей способностью.
Нейтроны - электрически нейтральные частицы со спином
1/2 и массой, превышающей массу протона на 2,5 электронных масс. В свободном
состоянии нейтрон нестабилен и имеет время жизни около 16 минут.
Рентгеновское излучение подобно гамма-излучению, но
имеет меньшую энергию. Солнце - один из естественных источников рентгеновского
излучения, но земная атмосфера обеспечивает от него надежную защиту. Заряженные
частицы очень сильно взаимодействуют с веществом, поэтому, с одной стороны,
даже одна альфа-частица при попадании в живой организм может уничтожить или
повредить очень много клеток, но, с другой стороны, по той же причине,
достаточной защитой от альфа- и бета-излучения является любой, даже очень
тонкий слой твердого или жидкого вещества - например, обычная одежда (если,
конечно, источник излучения находится снаружи).
Следует различать радиоактивность и радиацию.
Источники радиации - радиоактивные вещества или ядерно-технические установки
(реакторы, ускорители, рентгеновское оборудование и т.п.) - могут существовать
значительное время, а радиация существует лишь до момента своего поглощения в
каком-либо веществе.
.1 Ионизация, проникающая способность и защита
Расстояние, на которое ионизирующее излучение может
проникать в вещество, называется его проникающей способностью. Оно зависит от
энергии излучения и свойств вещества, через которое излучение проникает.
Альфа-частица - это ядро атома гелия, она имеет
двойной положительный заряд и четыре единицы массы. Масса α-частицы равна 4,002777 а.е.м. Распад,
в основном, претерпевают радионуклиды тяжелых элементов. Энергия α-частиц (Еα), испускаемых естественными и
искусственными радионуклидами, колеблется в пределах 4,0 - 9,0 МэВ. Так, у 239Рu Еа = 5,15 МэВ, у 210Ро - 5,30 МэВ, у
226Ra - 4,78 МэВ. Скорость движения α-частиц порядка 10-2 м/сек.
При прохождении через вещество энергия α-частицы. в основном, расходуется на
ионизацию и возбуждение атомов поглощающей среды (ионизационные потери),
которые при Еа>0,1 МэВ можно выразить формулой
где Еа - кинетическая энергия альфа-частицы; е - заряд
электрона; z - заряд α-частицы: Z - порядковый номер поглотителя: n - число атомов в 1 см3 вещества; В - коэффициент торможения:
mo - масса покоя электрона: V - скорость частицы.
Когда альфа-частица проходит в непосредственной
близости от электрона (рисунок 1.1), она притягивает его и может вырвать с
нормальной орбиты. Атом теряет электрон и таким образом преобразовывается в ион.
Так α-частицы обычно ионизируют вещество.
Рисунок 1.1 - Ионизация вещества альфа-частицами
К концу пробега энергия альфа-частицы уменьшается
настолько, что она уже не способна производить ионизацию и, присоединив к себе
два электрона, превращается в атом гелия. Ионизация атома требует
приблизительно 30-35 электрон-вольт энергии. Поэтому полная ионизация для α-частиц составляет несколько сот тысяч
пар ионов. Например, альфа-частица с энергией 7 МэВ образует
Чем
больше энергия α-частицы, тем больше ее пробег и больше образованных
пар ионов.
Альфа-частицы с одинаковой энергией
(моноэнергетические) в поглотителе проходят практически одно и то же расстояние
- т.е. число α-частиц почти на всем пути пробега постоянно и резко падает до
нуля в конце пробега. Пробег α-частиц практически прямолинеен из-за
их большой массы, которая препятствует отклонению α-частицы от прямолинейного пути под
действием электрических сил атома. Несмотря на высокие значения энергий α-частиц, их проникающая способность и
пробег крайне малы (таблица 1.1).
Биологическая ткань* (ρ=1000 кг/м3)
* Состав биологической ткани в массовых долях: H - 0,1; O - 0,75; C -
0,11; N - 0,026; Ca - 0,000031; P -
0,0018; S - 0,0018; K - 0,003; Na -
0,0016; Cl - 0,0018; Mg - 0,00018
В живой человеческой ткани пробег частицы менее 0,7
мм. Альфа-излучение, воздействующее на незащищенную часть тела, не может
проникнуть даже через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками, и не
причиняет вреда организму. Поэтому альфа-излучение опасно только тогда, когда
альфа-частицы попадают внутрь организма (с воздухом, питьевой водой и пищевыми
продуктами) и напрямую воздействуют на клетки органов, вызывая их повреждения.
Значительную роль в решении этой задачи играют
средства индивидуальной защиты (СИЗ) органов дыхания, пищеварения и кожных
покровов человека.
Взаимодействие легких заряженных частиц с веществом
рассмотрим на примере β-частиц. Бета-частицы представляют собой поток
электронов или позитронов. Электрон и позитрон имеют одинаковую массу и
одинаковый заряд, но различаются знаком заряда. Масса электрона равна 0,000549
а.е.м. В отличие от α-частиц, β-частицы имеют сплошной, непрерывный,
энергетический спектр.
В зависимости от энергии бета-частиц различают мягкое
и жесткое β-излучение. Бета-частицы, имеющие энергию до нескольких
десятков кэВ, называют мягким β-излучением, а имеющие большую
энергию - жестким β-излучением.
Процесс прохождения бета-частиц через вещество более
сложный, чем процесс прохождения альфа-частиц. Энергия расходуется на
ионизационные и радиационные потери, на рассеяние β-частиц. Ядерные реакции протекают
только при больших (более 20 МэВ) энергиях электронов.
Ионизационные потери бета-частиц, так же как и для α-частиц, связаны с ионизацией и
возбуждением атомов поглотителя, но вероятность взаимодействия β-частиц с веществом меньше, чем для
а-частиц, так как β-частицы имеют в два раза меньший заряд и во много раз
меньшую массу (в 7000 раз) по сравнению с α-частицами. При ионизации β-частицы выбивают орбитальные
электроны, которые могут производить дополнительную (вторичную) ионизацию.
Полная ионизация представляет собой сумму первичной и вторичной ионизации. На 1
мкм пути в веществе β-частица создает несколько сот пар ионов. Замедленный
электрон останется свободным или захватится атомом и окажется в связанном
состоянии, а позитрон аннигилирует.
Рисунок 1.2 - Ионизация вещества бета-частицей
Ионизационные потери зависят от числа электронов в
атомах поглотителя. Число электронов в 1 см3 вещества можно вычислить из
соотношения
n = ρ·NA(Z/A) = 6,023·1023·p·(Z/A), (1.2)
где NA -
число Авогадро; А - атомный вес; ρ - плотность поглотителя; Z - атомный номер элемента поглотителя.
Следовательно, ионизационные потери
(dE/dx)ион≈ ρ·Z/A. (1.3)
При изменении Z отношение Z/А
изменяется от 0,5 для легких веществ до 0,4 для свинца, т.е. для различных
элементов отношение Z/А изменяется
незначительно (за исключением водорода, у которого Z/А =1), что позволяет считать это отношение приблизительно
постоянным. Поэтому, выражая измеряемую толщину поглощающего слоя не в
сантиметрах, а в единицах ρ·м, т.е. в кг/м2, можно заключить, что
величина поглощения β-излучения данной энергии будет приблизительно
одинаковой для всех веществ.
Бета-частицы, пролетая вблизи ядра атомов поглотителя,
тормозятся в поле ядра и меняют направление своего движения. Уменьшение энергии
в результате торможения электрона в поле ядра поглотителя (радиационные потери)
связано с испусканием тормозного излучения.
Примерно половина кинетической энергии бета-частиц
тратится на энергию тормозного излучения.
Теория тормозного излучения на сегодняшний день
разработана недостаточно, чтобы количественно определить энергию тормозного
излучения при прохождении через вещество бета-частиц больших энергий.
Для бета-частицы с энергией до 3 МэВ приближенно можно
считать, что энергия тормозного излучения (Еторм) на один акт распада
пропорциональна квадрату энергии бета-частиц и атомному номеру Z вещества.
При торможении бета-частиц, обладающих непрерывным
спектром, энергия тормозного излучения на акт распада может быть определена по
формуле
Еторм=1,23·10-4(Z´+3)· МэВ/распад, (1.4)
где
1,23·10-4 - коэффициент пропорциональности; -
максимальная энергия бета-частиц в МэВ; Z´ -
эффективный атомный номер вещества, который может быть определен по следующей
формуле
где ai -
весовая доля вещества с атомным номером Z в химическом соединении.
При торможении моноэнергетических электронов энергия
тормозного излучения в МэВ на электрон может быть определена
Еторм=5,77·10-4Z· МэВ/электрон, (1.6)
где
5,77·10-4 - коэффициент пропорциональности; Z´ -
эффективный атомный номер; -
энергия бета-частиц в МэВ.
Так
как масса β-частиц невелика, то для них характерен эффект
рассеяния. Рассеяние β-частиц происходит при соударениях с орбитальными
электронами атомов вещества поглотителя. При рассеянии энергия β-частицы теряется большими порциями, в отдельных
случаях до половины. Рассеяние зависит от энергии β-частиц и от природы вещества поглотителя, с
уменьшением энергии β-частиц и с увеличением атомного номера вещества
поглотителя рассеяние увеличивается.
В
результате рассеяния в поглотителе путь β-частиц не является прямолинейным, как для α-частиц, и истинная длина пути в поглотителе может в
1,5 - 4 раза превосходить их пробег. Слой вещества, равный длине пробега β-частиц, имеющих максимальную энергию, полностью
затормозит β-частицы, испускаемые данным радионуклидом [8].
Таблица
1.3 - Максимальный пробег моноэнергетических электронов в различных веществах
Стекло “пирекс” (ρ=2700 кг/м3), г/см2
При выборе материалов для защиты от бета-частиц
необходимо учесть, что при прохождении бета-частиц через поглотитель возникает
тормозное излучение. Из формул (1.5) и (1.6) видно, что энергия тормозного
излучения увеличивается с ростом атомного номера поглотителя Z. Поэтому для защиты от
бета-излучения лучше применять легкие материалы (алюминий, плексиглас,
полистирол, люцит и др.).
Для защиты от бета-частиц (электронов) высоких энергий
используют экраны из свинца, но внутренняя облицовка экранов должна быть
изготовлена из материалов с малым Z, чтобы уменьшить первоначальную энергию электронов, а следовательно, и
энергию тормозного излучения, возникающего в свинце (в нашем случае этой
«облицовкой» может служить корпус взрывозащитного контейнера).
Гамма-излучение (гамма-кванты) - коротковолновое
электромагнитное излучение с длиной волны меньше 2·10-10 м, Из-за малой дайны
волны волновые свойства гамма-излучения проявляются слабо, и на первый план
выступают корпускулярные свойства, в связи с чем его представляют в виде потока
гамма-квантов (фотонов). Являясь одним из трех основных видов радиоактивных
излучений, гамма-излучение сопровождает распад радиоактивных ядер, так как в природе
практически не встречаются вещества, излучающие только γ-кванты. Из всех видов радиоактивных
излучений гамма-излучение обладает самой большой проникающей способностью.
Гамма-излучение возникает не только при радиоактивных распадах ядер, но и при
аннигиляции частиц и античастиц, в ядерных реакциях, при торможении быстрых
заряженных частиц в веществе (тормозное излучение), при распаде мезонов и
входит в состав космического излучения. Гамма-излучение отличается от
рентгеновского излучения природой происхождения, длиной электромагнитной волны
и частотой.
Особенностью γ-квантов при прохождении через
вещество является то, что они сравнительно редко сталкиваются с электронами и
ядрами, но зато при столкновении, как правило, резко отклоняются от своего
пути, т,е, практически выбывают из пучка. Вторая отличительная особенность
гамма-квантов состоит в том, что они обладают нулевой массой покоя и,
следовательно, не могут иметь скорости, отличной от скорости света, а это
значит, что γ-кванты в среде не могут замедляться. Они либо поглощаются,
либо рассеиваются, причем в основном на большие углы [9].
Поглощение и рассеяние гамма-квантов в веществе
происходит в результате следующих процессов: фотоэффекта, эффекта образования
пар, ядерного превращения и комптон-эффекта.
Процесс фотоэлектрического поглощения гамма-кванта
(фотоэффект) заключается в вырывании электрона из атома. При этом энергия
гамма-кванта переходит в кинетическую энергию вырванного электрона за вычетом
энергии связи в той оболочке атома, с которой вырван электрон. Вероятность
фотоэффекта, при данной энергии γ-кванта, в тяжелых поглотителях (с
большим атомным номером Z),
увеличивается с ростом атомного номера поглотителя пропорционально Zm, где m лежит в пределах 3÷5.
Рисунок 1.3 - Ионизация вещества гамма-излучением
(фотоэффект)
Процесс образования пар состоит в том, что вблизи
атомного ядра исчезает гамма-квант, а вместо него возникает пара (позитрон и
электрон). Этот процесс становится возможным только при энергии гамма-кванта
большей чем 1,02 МэВ, что соответствует сумме энергии масс покоя электрона и
позитрона. При этом процессе гамма-квант полностью выбывает из потока
излучения. Вероятность процесса образования пар при данной энергии γ-кванта увеличивается с ростом
атомного номера поглотителя пропорционально Z2.
Ядерный фотоэффект заключается в том, что под
действием гамма-квантов достаточно большой энергии (порядка нескольких МэВ)
могут произойти ядерные реакции типа (γ, n) и (γ, p) и др. Поперечное сечение этих реакций по сравнению с
реакциями других процессов незначительно.
Рисунок 1.4 - Схема образования электронно-позитронной
пары
Комптон-эффект или комптоновское рассеяние заключается
во взаимодействии гамма-квантов с электроном атома. Этот процесс сопровождается
изменением энергии и направления движения гамма-кванта. Энергия, которую теряет
гамма-квант, переходит к электрону отдачи, на котором происходит рассеяние.
Величина этой энергии зависит от угла отклонения гамма-кванта от
первоначального его направления.
Рисунок 1.5 - Схема комптоновского рассеяния
При комптоновском рассеянии гамма-кванты рассеиваются
во всех направлениях, а электроны отдачи двигаются преимущественно «вперед». Если
размеры поглощающей среды достаточно велики, то может происходить многократное
рассеяние γ-квантов, которое каждый раз сопровождается изменением
направления и уменьшением энергии. Когда энергия рассеянного гамма-кванта
уменьшится до величины, при которой наиболее вероятен процесс
фотоэлектрического поглощения, то гамма-квант поглощается в результате
фотоэффекта. Вероятность процесса комптон-эффекта при данной энергии γ-квантов пропорциональна Z поглотителя.
Из вышеприведенного видно, что первые три процесса
связаны с поглощением γ-квантов, а последний - с рассеянием их. Рассеянные
гамма-кванты меняют свое направление, то есть отклоняются от первоначального
пути и обладают энергией меньшей, чем первичные гамма-кванты. Процесс изменения
числа квантов и их энергии при прохождении через вещество называется
ослаблением гамма-излучения.
При прохождении моноэнергетического фотонного
излучения через легкое вещество одновременно может иметь место не более двух
эффектов взаимодействия: фотоэффекта и комптон-эффекта, либо комптон-эффекта и
образования пар. Для немоноэнергетичного фотонного излучения осуществляются
одновременно все три типа взаимодействия. Интервалы энергий фотонов, в которых
один из трех процессов взаимодействия с веществом является доминирующим, приведены
в таблице 1.4.
Таблица 1.4 - Интервалы энергий фотонов, в которых
один из трех процессов взаимодействия фотонов с веществом является доминирующим
В дозиметрии используют так называемые
"узкие" и "широкие" пучки фотонного излучения. Примером
узкого пучка (коллимированного) может служить γ-излучение, выделенное с помощью
диафрагмы (рисунок 1.6). Диафрагма ограничивает попадание рассеянного излучения
в детектор. Узкий пучок используют, например, для градуировки дозиметрических
приборов, в установках дефектоскопии металла и т.п.
Рисунок 1.6 - Геометрия узкого пучка гамма-излучений: где 1 - источник
излучения; 2 - диафрагма; 3 - поглотитель; А - измерительный прибор
Ослабление интенсивности монохроматического
гамма-излучения в условиях узкого пучка будет следовать закону
Ix=I0e-μx, (1.7)
где I0 -
интенсивность гамма-излучения, измеренная прибором «А» в отсутствие
поглотителя; Ix - интенсивность гамма-излучения,
измеренная прибором «А» при наличии поглотителя толщиной х; μ
- линейный коэффициент
ослабления гамма-лучей, который характеризует относительное изменение
интенсивности на единицу толщины поглощения; его можно представить как сумму
компонент
μ= μф+ μк+ μп+ μя, (1.8)
где μф, μк, μп, μя - линейные коэффициенты ослабления
гамма-излучения за счет фотоэффекта, комптон-эффекта, образования пар и
ядерного эффекта. Каждый из этих коэффициентов по-разному зависит от атомного
номера поглотителя и энергии фотонного излучения. Коэффициент μя мал по сравнению с остальными
коэффициентами, поэтому в дальнейшем его опускаем.
Для легких материалов с некоторым приближением можно
считать, что коэффициент и. пропорционален плотности вещества и не зависит от
порядкового номера материала Z, то
есть массовые коэффициенты ослабления излучения равны.
Используя
закон ослабления гамма-излучения в узком пучке, можно экспериментально
определить линейные коэффициенты ослабления гамма-лучей в различных
поглотителях. Для этого снимают кривую ослабления интенсивности гамма-излучения
в зависимости от толщины поглотителя и строят график. По оси абсцисс
откладывают толщину поглотителя в см, а по оси ординат - соответствующее
значение .
Слой
половинного ослабления связан с коэффициентом μ следующим соотношением .
Кроме слоя половинного ослабления, вводится понятие слоя десятикратного
ослабления d1/10, то есть слоя, который дает ослабления
интенсивности излучения в 10 раз.
Тогда
аналогично слою d1/2 связь между d1/10 и μ будет .
Значения слоев d1/2 и d1/10 зависят так же, как и коэффициент ослабления
гамма-излучения μ
от энергии излучения и защитного
материала (рисунок 1.7).
В
таблице 1.5 даны численные значения линейных коэффициентов ослабления для
различных энергий и материалов в .
Рисунок 1.7 - График изменения слоя десятикратного
ослабления d1/10 для различных энергий
гамма-квантов Е и материалов, полученных в условиях узкого пучка
Таблица 1.5 - Величины линейных коэффициентов
ослабления гамма- излучения различных энергий для различных материалов
В большинстве случаев в практике расчета ослабления
фотонного излучения используют широкий пучок (рисунок 1.8), т.е. пучок фотонов,
где присутствует рассеянное излучение, которым пренебречь нельзя.
Рисунок 1.8 - Прохождение гамма-излучений в широком
пучке: где 1 - источник излучений; 2 - поглотитель; А - измерительный прибор
Наибольшее отклонение от экспоненциального закона
ослабления широкого пучка наблюдается для тех энергий фотонов и тех веществ,
для которых комптоновское рассеяние преобладает над фотоэффектом и эффектом
образования пар. Вследствие наличия рассеянного
Дипломная (ВКР). Другое.
Реферат по теме Перспективы развития телекоммуникации
Курсовая работа по теме Проектирование локальной сети
Курсовая работа: Повышение эффективности деятельности малого инновационного предприятия. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Пути и средства оптимизации патриотического воспитания младших школьников
Сочинение О Стих Цветаевой Второе Путешествие
Характеристика Условий Труда Реферат
Дипломная Работа По Ребрендингу Фирменного Стиля
Реферат: Каменная куница
Сочинение по теме "Решительный, цельный, русский характер" Катерины
Контрольная работа по теме Роль бухгалтерского учета в организации жизнедеятельности фирмы
Реферат Великие Княжества Владимирское Xii Xiv Вв
Реферат: Heart Of Darkness Essay Essay Research Paper
Сочинение На Тему Формы Выражения Вежливости
Реферат: Податкова система України етапи її становлення
Реферат по теме Совместное действие температуры и влажности. Экологические системы, биоценоз, биоциклы
Сочинение по теме Батюшков К.Н.
Реферат На Тему Специфика Реализации Полномочий Органов Управления Вуза
Дипломная работа: Сбытовая политика на промышленном предприятии
Эссе На Тему Проблема Трансформации Данных Отечественного Учета В Формате Мсфо
Дипломная Работа На Тему Организация Товариществ Собственников Жилья Как Направление Реформы Жилищно-Коммунального Хозяйства
Курсовая работа: Предпринимательские риски и их классификация
Реферат: Elements Of Music Sonata Essay Research Paper
Реферат: Computer Viruses Past Present And Future Essay