Откройте актуальную версию документа прямо сейчас
Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.
Приложение 3
Расчет биологической защиты мощных бета-установок
А. Расчет толщины барьерной защиты
Пробег бета-частиц, испускаемых радиоактивными изотопами, в конденсированных средах (твердых телах и жидкостях) зависит от максимальной энергии бета-частиц и для всех встречающихся в практике случаев составляет величину не более 1,0 + 2,0 . Вследствие этого защита персонала от собственно бета-излучения не представляет технических трудностей. Например, для полного поглощения бета-излучения источника на основе изотопов стронций-90 + иттрий-90 любой активности достаточно экрана, выполненного из органического стекла (полиметилметакрилата) толщиной 12 мм или алюминия толщиной 4 мм. Максимальные пробеги бета-частиц в для некоторых распространенных бета-излучателей приведены в приложении 2.
Однако в подавляющем большинстве случаев бета-излучению, используемому для технологических целей, неизбежно сопутствует жесткое электромагнитное излучение, интенсивность и энергия которого и определяют необходимую толщину биологической защиты. В общем случае при эксплуатации бета-установок имеют место следующие виды электромагнитных излучений:
а) тормозное излучение, возникающее при взаимодействии быстрых электронов с электрическими полями излучающих (внутреннее тормозное излучение) или посторонних (внешнее тормозное излучение) ядер.
Спектр тормозного излучения непрерывен, определяется аналитически сложными зависимостями; его форма зависит от спектра электронов (непрерывный бета-спектр или линейчатый - электронов внутренней конверсии); максимальная энергия соответствует максимальной энергии бета-частиц; интенсивность зависит от энергии бета-частиц и порядкового номера вещества, в котором тормозятся электроны; радиационная мощность тормозного излучения может составлять несколько процентов от мощности бета-излучения. Источниками тормозного излучения являются: радиоактивное вещество, конструкционные материалы бета-источника, облучателя и бета-установки; облучаемые объекты и биологическая защита;
б) гамма-излучение, сопутствующее бета-распаду основного или дочернего изотопа (в том числе при изомерных переходах), имеет линейчатый спектр; интенсивность характеризуется дифференциальными и суммарной гамма-постоянными (см. приложение 2);
в) гамма-излучение примесных радиоактивных изотопов, в том числе и радиоактивных изотопов того же элемента, к которому принадлежит основной изотоп, характеризуется теми же параметрами, что и в п. б), а также процентным содержанием (по весу, активности или мощности излучения) в основном изотопе, которое приводится в паспорте или ТУ на бета-источники.
Защита облучателей мощных бета-установок должна предусматривать защиту от всех видов внешнего излучения.
1. Безопасные условия работы с бета-источниками определяются по соотношению:
Это соотношение справедливо при условии, что выполняется экспоненциальный закон ослабления бета-частиц в защитном экране толщиной d (см), а энергия бета-частиц не превышает 10 Мэв.
- коэффициент ослабления бета-частиц в веществе ();
Q - активность (мкюри);
R - расстояние от источника (см);
t - время работы с источником (ч/неделя);
n - число бета-частиц на распад.
2. Интенсивность тормозного излучения для бета-частиц*, обладающих непрерывным спектром, определяется из соотношения:
Мэв/распад.
при торможении моноэнергетических электронов:
Мэв/распад,
где - эффективный атомный номер вещества, в котором происходит торможение электронов;
- доля общего числа атомов соединения, имеющих атомный номер ;
, - выход бета-частиц и моноэнергетических электронов на один распад ядра;
, - максимальная энергия бета-спектра и энергия электронов конверсии соответственно, Мэв;
m - число линий бета-частиц или электронов конверсии в спектре изотопа.
3. Мощность экспозиционной дозы тормозного излучения** в случае точечного изотропного источника определяется по формуле:
р/с,
где - линейный коэффициент истинного поглощения в воздухе, взятый для эффективной энергии -квантов тормозного излучения ; - энергетический эквивалент рентгена, Мэв/р;
I - энергия тормозного излучения (Мэв/распад), определяемая по вышеприведенным формулам***.
Для плоскостных бета-облучателей может быть использовано выражение для расчета мощности дозы над поверхностью эквивалентного диска.
4. Определяется кратность ослабления ; по универсальным таблицам для эффективной энергии находят необходимую толщину защиты для выбранного материала. С достаточной для практических расчетов точностью можно считать, что эффективная энергия квантов тормозного излучения равна половине максимальной энергии тормозящихся бета-частиц при Мэв и одной трети максимальной энергии, если .
Б. Расчет прохождения излучения через технологические каналы в биологической защите
Учитывая, что мощные бета-установки часто используются для облучения материалов в тонких слоях, создание непрерывного технологического процесса требует наличия в биологической защите относительно узких щелей для пропускания лент рулонных материалов или специальных транспортеров. В связи с этим возникает необходимость расчета фактической мощности дозы излучения вблизи щели либо обратная задача - определения необходимой геометрии щели для того, чтобы мощность дозы на выходе из нее не превышала допустимых значений.
Точный аналитический расчет таких систем чрезвычайно сложен и не применим в практических случаях.
Ниже предлагается полуэмпирическая зависимость, позволяющая в первом приближении решать поставленные задачи, полученная для облучателей, собранных из реальных (стронций-90 + иттрий-90) источников, при следующих допущениях:
- облучатель плоскостной прямоугольной формы;
- материал конструкций и защиты - алюминий, нержавеющая сталь, свинец;
- технологическая щель параллельна плоскости облучателя;
- ширина щели приблизительно равна ширине источника.
В случаях, соответствующих приведенным допущениям, мощность дозы, определяемая нижеприведенным выражением, несколько превышает фактическую:
,
где P - мощность дозы на оси щели на расстоянии x (см) от наружной поверхности защиты, мкбэр/с;
A - активность облучателя по стронцию-90, кюри;
- высота щели, см;
t - глубина щели, см.
______________________________
* Формула не учитывает самопоглощения бета-частиц в источнике.
** Спектральные распределения энергии излучения источников, применяемых в бета-установках, приведены в сб. "Радиационная техника" вып. 6, 1971 г., стр. 49.
*** Для расчетов можно использовать также данные справочника Л.Р. Кимеля и В.П. Машковича "Защита от ионизирующих излучений" - М., Атомиздат, 1972 и работу В.Ф. Баранова в сб. "Вопросы дозиметрии и защиты от излучений". Под ред. Л.Р. Кимеля. Вып. 7, - М., Атомиздат, 1967, стр. 41.
Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.