Материал: Романцов В.П., Романцова И.В., Ткаченко В.В. Сборник задач по Дозиметрии и защите от ионизирующего излучения

персонала, если в новых условиях работать предполагается один час в день?

5.20.Точечный изотропный источник 226Ra находится за барьером из бетона толщиной 30 см, который обеспечивает допустимые уровни облучения персонала. Следует ли увеличивать толщину защиты, если увеличиваются в два раза: активность источника, время работы и расстояние до источника?

5.21.Для обеспечения допустимых условий облучения с точечным изотропным источником 137Cs приходилось работать за защитным слоем бетона толщиной 31 см. После приобретения удлиненного механического манипулятора появилась возможность работать на расстоянии 3 м от источника. Нужно ли использовать защиту при работе с манипулятором, если первоначально источник находился на расстоянии 60 см от человека?

5.22.С точечным изотропным источником, имеющим среднюю

энергию -излучения 0,8 МэВ, работают на расстоянии 3 м за железной защитой толщиной 7,7 см, что обеспечивает допустимые уровни облучения персонала. На сколько сантиметров должна быть увеличена железная защита, если работать придется на расстоянии 50 см от источника?

5.23.В свинцовом сейфе хранится точечный изотропный источник с общим керма-эквивалентом 2,1 102 нГр м2/с и эффективной энергией испускаемых фотонов 0,8 МэВ. Какой толщины должна быть передняя стенка сейфа, чтобы на расстоянии 1 м мощность воздушной кермы была не более 7 нГр/с?

5.24.Установка, предназначенная для облучения животных, содержит точечный изотропный источник 137Cs с гамма-эквивалентом

3 103 г-экв. Ra. Рассчитать толщину свинцового экрана, который необходимо установить, чтобы исследователь (персонал гр. А) мог находиться в помещении по два часа в день в течение года на расстоянии 1 м от источника. Считать облучение передне-задним.

5.25. Требуется заказать контейнер для хранения точечного изотропного источник 60Со активностью 5 1010 Бк. Мощность воздушной кермы на поверхности контейнера не должна превышать 90 нГр/с. Рассчитать необходимую толщину защитной стенки контейнера, предполагая, что материал контейнера а) железный; б) свинцовый. Источник и детектор находятся на одной прямой перпендикулярно поверхности стенки на расстоянии 50 см друг от друга.

66

5.26.Определить кратность ослабления -квантов со средней энергией 1 МэВ защитой из 2 см свинца и 5 см железа. Источник точечный изотропный.

5.27.Рассчитать дозовый фактор накопления для точечного

изотропного источника -квантов с энергией 2 МэВ в гетерогенной защите, состоящей последовательно из 61 см воды и 3,95 см свинца. Источник и детектор помещены на одной нормали к барьеру вплотную к защите с противоположных сторон. Провести расчеты как по формуле Бродера (5.6), так и по уточненной формуле Бродера (5.9), принять параметр CH 2 O Pb = 1,3 и релаксационный коэф-

фициент H 2 O Pb = 2. Сравнить полученные результаты.

5.28. Рассчитать дозовый фактор накопления -квантов с энергией 2 МэВ в гетерогенной защите, состоящей последовательно из 3,95 см свинца и 61 см воды для точечного изотропного источника. Источник и детектор помещены на одной нормали к барьеру вплотную к защите с противоположных сторон. Провести расчеты как по формуле Бродера (5.6), так и по уточненной формуле Бродера (5.9), принять CPb-H 2 O = 0,78 и Pb-H 2 O = 0,45. Результаты срав-

нить с данными, полученными в задаче 5.27.

5.29. Точечный изотропный источник, представляющий собой смесь продуктов деления с общим керма-эквивалентом 5 нГр м2/с (эффективная энергия -квантов смеси 0,6 МэВ), хранится в свинцовом сейфе, стенки которого обиты с внешней стороны железом толщиной 5,05 см. Определить мощность воздушной кермы на расстоянии 1 м от источника. Толщина свинцовой стенки 3,75 см, источник находится в центре сейфа. Принять релаксационный коэффициент Pb-Fe = 0,08 и параметр СPb-Fe = 0,75.

5.30.Чему равна кратность ослабления мощности дозы от точечного изотропного источника с энергией -квантов 1 МэВ, находящегося за гетерогенной защитой, состоящей последовательно из 2,6 см свинца, 6,4 см железа и 6,1 см алюминия?

5.31.Точечный изотропный источник 60Со находится за гетерогенной защитой, состоящей из 63,5 см воды и 7,1 см железа. Изменится ли фактор накопления, если защитные слои поменять места-

ми? Параметры CH 2 O-Fe = CFe-H 2 O = 1; релаксационные коэффици-

енты H 2 O-Fe = 2, Fe-H 2 O = 0,8.

67

5.32.Сколько часов в неделю можно работать с точечным изотропным источником 137Cs+137mBa активностью 2 1010 Бк, находящимся за защитой из 1,7 см свинца и 17 см бетона, чтобы годовая эффективная доза не превысила 20 мЗв? Персонал гр. А находится на расстоянии 0,8 м от источника, геометрия облучения считается передне-задней.

5.33.На расстоянии 2 м от точечного изотропного источника 60Со мощность воздушной кермы равна 1 мкГр/с. Какой толщины должна быть защита из бетона, при которой персонал гр. А может работать по 20 часов в неделю в течение года на расстоянии 2 м от источника? Слой половинного ослабления в геометрии широкого пучка для бетона принять равным 8 см.

5.34.Точечный изотропный источник 137Cs+137mBa активностью

5 1010 Бк находится за защитным слоем свинца толщиной 4,3 см. Допустимо ли работать персоналу гр. А по 36 часов в неделю в течение года, находясь на расстоянии 1,5 м от источника? Считать геометрию облучения изотропной, доза распределяется равномерно

втечение года.

5.35.Точечный изотропный источник 60Со активностью 8 107 Бк находится за защитой из железа толщиной 7,1 см. На каком минимальном расстоянии от источника должен работать персонал гр. А 30 часов в неделю, чтобы не превышались допустимые уровни облучения? Считать, что облучение происходит в геометрии ПЗ, доза равномерно распределяется в течение года.

6.ЗАЩИТА ОТ НЕЙТРОНОВ

1.В связи с отсутствием у нейтронов заряда они проходят без столкновений в конденсированных средах сравнительно большие для элементарных частиц расстояния, измеряемые сантиметрами.

Вероятность того или иного взаимодействия нейтрона с ядром (упругое и неупругое рассеяние, радиационный захват, захват с испусканием заряженных частиц, деление) определяется энергией

нейтрона n и сечением процесса . Полное макроскопическое сечение взаимодействия нейтрона с ядром tot (иногда индекс опус-

где s – сечение рассеяния, представляющее сумму упругого el (elastic) и неупругого (inelastic) сечений: s = el + in;

a – сечение поглощения (absorption), Σa = Σc + Σn,p + Σn,α + ··· , где c – сечение радиационного захвата (capture), иногда исполь-

зуют обозначение Σn,γ или γ, остальные сечения относятся к различным ядерным реакциям;

f – сечение деления.

Полное сечение взаимодействия характеризует ослабление потока нейтронов веществом. Сечения нейтронных реакций сложным образом зависят от энергии нейтронов и значительно различаются для разных элементов и даже изотопов одного элемента.

Ослабление узкого коллимированного пучка нейтронов тонким

где N0 – число нейтронов, падающих на 1 см2 поверхности вещества перпендикулярно к поверхности;

Nх – число не испытавших взаимодействия нейтронов, проходящих через 1 см2 поверхности, перпендикулярной исходному

где 1, 2 , . . . – полные микроскопические сечения14 отдельных химических элементов, входящих в состав сложного вещества, см2 (соотношение между макроскопическим и микроскопическим сечениями определяется формулой (2.8));

n1, n2, . . . – концентрации ядер отдельных элементов, находящихся в 1 см3 вещества.

Величина l = 1/ называется средней длиной свободного пробега

нейтронов в веществе, тогда, используя l, формулу (6.2) можно за-

2. Поскольку явления, происходящие при взаимодействии нейтронов с ядрами вещества, существенно зависят от энергии

14 Микроскопическое сечение рассеяния называется эффективным нейтронным сечением, оно характеризует вероятность взаимодействия в расчете на одно ядро.

69

нейтрона, оказалось целесообразным разделять нейтроны на группы по энергиям. Границы энергетических групп нейтронов весьма условны: тепловые ( n < 1 эВ), медленные (1 эВ < n < 100 эВ), про-

межуточные (100 эВ < n < гран.), быстрые ( n > гран.). В зависимости от решаемых задач энергия границы гран. между промежуточными и быстрыми нейтронами обычно выбирается в пределах 0,3 2 МэВ. От выбора значения гран. зависит, какой вклад в полную мощность дозы дадут различные группы нейтронов.

3. При проектировании защиты от нейтронов существенны следующие положения.

–Процесс поглощения эффективен только для медленных и резонансных нейтронов, поэтому быстрые нейтроны должны быть замедлены.

–Средние потери энергии при упругом рассеянии максимальны при столкновениях нейтронов с ядрами водорода и минимальны при столкновениях с тяжелыми ядрами.

–Нейтроны с энергией n > 0,5 МэВ могут испытывать неупругое рассеяние, т.е. такое, после которого рассеивающее ядро остается в возбужденном состоянии. Энергия возбуждения выделяется

ввиде гамма-излучения.

–Вероятность потери энергии в неупругом рассеянии возрастает с увеличением заряда ядра и энергии нейтрона.

–Сечения поглощения тепловых нейтронов для различных веществ изменяются в широких пределах (~ 10 порядков), поэтому выбором соответствующих материалов можно обеспечить быстрое поглощение тепловых нейтронов в защите.

–Захват тепловых нейтронов сопровождается испусканием за-

хватного -излучения, которое необходимо учитывать при расчете защиты.

– Под воздействием облучения нейтронами многие материалы становятся радиоактивными.

Таким образом, защита от нейтронов должна иметь в своем составе как легкое вещество (вода, полиэтилен, графит) для замедления быстрых и промежуточных нейтронов посредством упругого рассеяния, так и тяжелые элементы (железо, свинец) для замедления быстрых нейтронов в процессе неупругого рассеяния и ослабления захватного гамма-излучения. В защиту могут быть введены

70