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

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

qs R

r 2

R2

dx

 

qs R

ln x

 

 

r 2 R2

 

qs R

ln

 

r R

.

2 r

 

 

 

x

 

 

2r

 

r R

 

 

2r

 

r R

 

 

 

 

r R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3. Элемент излучающей поверхности ds сферического поверх-

ностного

 

 

источника

 

(рис.

О.6)

можно

записать

в виде

ds

=

2 R2 d(cos )

 

(см.

 

решение

 

задачи

4.2).

 

Тогда

 

 

 

 

d

=

qs

ds

 

qs

d (cos ) . При изменении от 0 до π cos изменяется от

4 R 2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 до 1, следовательно, плотность потока в центре сферы равна =

 

qs

1

 

 

 

 

 

 

 

qs. Чтобы найти мощность воздушной кермы

 

 

2

 

d (cos ) =

K a ,

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

необходимо воспользоваться формулой (4.1), где в выражении для

плотности потока поверхностная мощность источника qs

 

заменена

на поверхностную активность Аs:

 

 

 

= 4 ГК (qs Аs) =

4 ГК Аs.

Ka

 

Таким образом, видно, что

 

 

в центре сферы не зависит от радиуса

 

K a

сферы и полной активности источника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4. а). Точка Р расположена сбо-

 

 

L1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

ку от источника (рис. О.7). Рассмот-

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

рим элемент dl линейного источни-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ка, находящегося на расстоянии l

от

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точки

O (отрезок

 

ОА).

 

Плотность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

потока -квантов d в точке Р,

 

со-

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

здаваемую

элементом dl

 

излучаю-

 

 

 

 

 

dl

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щей

 

поверхности,

 

можно записать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

qL dl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

как

 

4 (l 2

r 2 ) ,

 

 

 

а

плот-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ность потока от всего линейного

 

 

Рис. О.7 к задаче 4.4

 

 

 

 

 

 

источника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

L1

 

 

dl

 

 

 

q

 

L2

 

 

dl

 

 

q

 

 

 

 

L

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

2

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.

 

 

=

 

 

l

2

r

 

l

2

r

2

=

 

 

L

arctq

1

arctg

 

 

2

 

 

 

 

 

 

4

 

0

 

 

 

4

0

 

 

4 r

 

 

 

r

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

 

 

2 dx

 

2

 

1 arctg

x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

x

 

 

 

a

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

136

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

L1

= L2, то =

 

2L

 

 

 

 

 

 

 

 

qL

arctg

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

.

 

 

dl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 r

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

б). Точка Р находится на оси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

источника (рис. О.8). Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. О.8 к задаче 4.4

 

 

 

 

 

 

d

 

qL dl

 

, а полная плот-

 

 

 

 

 

 

 

4 (l r)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qL

2L

 

dl

 

 

 

 

 

qL L

 

 

 

 

 

ность потока

 

 

 

 

 

 

 

 

24.

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

0

(l

r)

 

 

 

2r(r 2L)

 

 

 

в). Плотность потока в точке Р (рис. 4.2), находящейся на высоте h над плоскостью, в которой расположен линейный источник,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qL

2L

 

 

 

dl

 

 

 

 

 

 

выражается

интегралом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Введя новую

4

r 2

 

h2

(R l)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qL

2L R

 

dx

 

 

переменную x = l + R, получим =

 

 

 

 

 

 

. После ин-

4

 

r 2 h2

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

тегрирования получим формулу (4.4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5.

Для бесконечно длинного источника с линейной мощностью

qL плотность потока -квантов на расстоянии r от источника равна

 

 

 

 

 

 

 

qL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qL

 

dl

 

 

 

 

l

 

qL

 

 

qL

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

arctg

 

=

 

 

 

 

 

 

 

=

 

(см. за-

4

 

2

r

2

4 r

r

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

4 r

2

 

2

4r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дачу 4.4). В центре полуокружности радиусом r (рис. О.9) плотность

 

 

 

 

 

qL

 

 

qL

 

потока -квантов

 

 

d

(линейный элемент dl r d ).

4r

4r

 

 

 

 

 

 

0

 

 

Мощность

 

воздушной

кермы в

обоих случаях будет одинакова:

 

 

AL

 

ГK AL

 

 

 

 

Ka 4 ГK

 

 

 

 

 

.

 

 

 

4r

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.6. Учитывая небольшой диаметр трубы по сравнению с линейными размерами трубопровода, можно рассматривать трубу как тон-

24

dx

1

 

 

 

 

.

(a x)2

a x

137

кий (линейный) источник в виде кольца. Тогда линейная активность источника АL будет связана с объ-

 

 

 

 

 

 

 

емной АV соотношением

 

 

 

 

 

 

dl

AL =

 

A

 

AV V

= π r2 AV =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 R

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

2 R

 

 

 

 

 

 

= 7,85 103 Бк/м. Элемент окруж-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

2R sin

 

d

 

 

 

 

 

 

 

ности

dl

=

 

 

R d

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

(при малых d ). Тогда в центре

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

d =

qL dl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кольца

 

, а полная

 

Рис. О.9 к задаче 4.6

4 R 2

 

 

 

 

 

 

 

плотность потока в точке О (рис.

 

 

 

qL

 

2

q L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О.9)

=

 

Rd =

. Мощность воздушной кермы в

4 R

2

 

 

 

 

0

2R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

воздухе в центре кольца, согласно формуле (4.1) (при замене qL на AL),

 

2 ГK AL

5,0 нГр/ч.

Ka

 

R

 

 

4.7.4,5 нГр/ч.

4.8.4,2 109 Бк.

4.9.35,2 мкР/ч.

4.10.1,8 107 Бк/м2.

4.11.0,8 мЗв.

4.12.3,1 нГр/ч.

4.13.Линейный керма-эквивалент keL связан с удельной (линейной) активностью AL и керма-постоянной ГК источника соотноше-

нием keL =

ke

 

 

A ГK

 

= AL ГК. Плотность потока выражается фор-

L

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мулой (4.12), а K a

формулой (4.1):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AL

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

K a = 4 ГК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arctg

 

 

 

 

 

 

= 158 мкГр/ч.

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

2

r

2

h

2

r

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.14. Поверхностный керма-эквивалент можно записать как kes = As ГК (из формулы (2.37)), где Аs – поверхностная активность источника, ГК – керма-постоянная источника. Плотность потока над центром диска выражается формулой (4.12), тогда, согласно формуле (4.1), K a = 1,02 мГр/ч.

138

4.15.1,4 часа в день.

4.16.Плотности потока d -квантов на оси источника от

элемента излучающей поверхности ds равна d

qs

ds

,

4 (x 2

R 2 )

Р3

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

H

ds

x

Р1

h1

Р2

Рис. О.10 к задаче 4.16

139

где ds – элемент боковой поверхности ds, x – расстояние от точек Р1,2,3 по оси цилиндра до элемента ds (рис. О.10). Элемент боковой по-

верхности ds = 2 R dx, тогда d

qs Rdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

2(x 2 R 2 )

 

 

 

 

 

а). Плотность потока -квантов в точке Р1

внутри цилиндра

 

q

s

R h1

dx

 

H h1

 

dx

 

 

 

 

q

s

 

 

h

 

 

H h

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arctg

1

 

arctg

1

.

 

 

2

 

x 2

R 2

 

 

x 2 R 2

 

 

2

 

 

R

 

 

R

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б). Если h1

= 0, то

qs

arctg

 

H

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в). Точка Р3 находится вне цилиндрического источника на высоте h2 от его поверхности (рис. О.10), тогда

 

qs R h2 H

dx

 

qs

H h2

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

arctg

 

arctg

 

.

2

x 2 R 2

2

R

R

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

4.17. Рассмотрим кольцевой элемент объема dV цилиндрического источника (рис. О.11): dV = ds dx, где ds ≈ 2 r dr – площадь кругового кольца, тогда dV = 2 r dr dx. Этот элемент объема dV созда-

ет в

 

точке Р

плотность потока

 

-квантов

d =

 

 

 

q

dV

=

 

 

 

 

 

4 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

=

qV

2 r dr

dx =

 

qV

 

 

r dr dx

 

. Отсюда плотность потока

 

 

 

4 2

 

 

2

r 2 (x a)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-квантов в точке Р от всего источника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qV

H

R

rdr

 

 

 

 

 

qV

H

 

1

ln (x a)2

r 2

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

r 2

(x a)2

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qV

 

dx ln (x a)2

R 2

 

ln(x a)2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

140