Метод конкурирующих линий для расчёта защиты от излучения немоноэнергетических источников фотонов
Метод конкурирующих линий сводит расчёты защиты для немоноэнергетических источников к расчёту защиты от моноэнергетических источников по рассмотренным выше методам универсальных таблиц или слоёв ослабления.
Расчёт ведётся по каждой энергетической линии спектра как по отдельному моноэнергетическому источнику фотонного излучения. Затем значения полученных толщин защиты сравниваются между собой и определяется окончательная толщина защиты, необходимая для ослабления всех линий спектра.
Пример расчёта защиты от немоноэнергетических источников фотонного излучения по методу конкурирующих линий подробно рассматривается на практических занятиях.
Лекция 7 защита от нейтронов
Нейтронное излучение не имеет заряда и также является проникающим видом излучения. Однако, формирование защиты от нейтронов является более трудной задачей, чем защита от фотонных излучений.
Характеристики источников нейтронов
Основными характеристиками нейтронных источников являются: ядерная реакция, приводящая к образованию нейтронов, выход нейтронов, энергетический спектр, угловое распределение нейтронного излучения и интенсивность сопутствующего γ-излучения.
Нейтроны были открыты при облучении ядер бериллия α-частицами:
Впоследствии эту реакцию стали использовать для получения нейтронов в нуклидных источниках. В состав таких источников помимо бериллия должен входить радионуклид, являющийся α-излучателем. Сам источник представляет собой спрессованную смесь α-излучателя с порошком металлического бериллия. Помимо бериллия в качестве конвертора излучения, на котором будет происходить реакция (α, n) могут выступать другие вещества, например, бор. В качестве α-излучателей чаще других применяются полоний, радий и плутоний. Размеры таких источников обычно невелики и для большинства задач их можно принять точечными. Срок службы источника по реакции (α, n) может быть ограничен малым периодом полураспада α-излучателя (например, у полония период полураспада составляет 138,4 суток).
Источники с использованием радия в качестве α-излучателя дают нейтроны не только за счёт реакции (α, n), вызванных α-излучением самого радия. α-активными оказываются и его продукты деления. Положительным фактом является также большой период полураспада радия (1600 лет). Однако такие источники имеют достаточно высокий выход γ-излучения – порядка 104 γ-квантов на один нейтрон (против 0,5 γ-квант/нейтрон у полониевых и плутониевых источников).
Выход нейтронов для источников по реакции (α, n) составляет от 0,3·10‑4 нейтрон/α-распад у полоний-борных источников до 4,6·10‑4 нейтрон/α‑распад у радий-бериллиевых источников. Эти значения справедливы при бесконечно большом отношении массы вещества мишени (конвертора) к массе α-излучателя.
Энергетический спектр нейтронов, создаваемых источниками на основе реакции (α, n) является непрерывным, что объясняется различными потерями энергии α-частиц за счёт ионизации вещества на пути от источника до мишени.
Кроме источников нейтронов на основе реакции (α, n) применяются фотонейтронные источники, в основе которых лежит реакция (γ, n). Такая реакция возможна, когда энергия γ-излучения оказывается больше энергии связи нейтрона в ядре-мишени. Таким образом, в качестве излучателя γ-квантов необходимо использовать нуклиды с высокой энергией γ-излучения, а в качестве мишени – ядра с низкой энергией связи. Последнему условию соответствуют лишь несколько первых элементов таблицы Менделеева. В качестве мишени используются ядра дейтерия или бериллия, имеющие порог фотоядерной реакции, соответственно, 1,665 и 2,227 МэВ. Бериллий при этом применяется в элементарном виде, а дейтерий – в виде тяжёлой воды D2O. В качестве источников γ-квантов используются нуклиды Na24, Mn56, Ga72, Y88, In116, Sb124, La140. Нейтроны, образованные в фотонейтронных источниках, могут считаться моноэнергетическими в рамках многих задач, однако следует иметь в виду, что в реальности существует некоторый разброс нейтронов по энергиям, в частности, за счёт рассеяния нейтронов в веществе мишени. Сечение реакции (γ, n) ниже, чем у реакции (α, n), поэтому выход нейтронов у фотонейтронных источников также оказывается ниже.
Кроме нуклидных источников для получения нейтронов могут использоваться ускорители и ядерные реакторы. В первом случае также используется реакция (γ, n), но источником γ-квантов здесь будут служить реакции на мишенях ускорителей. В качестве конверторов здесь могут использоваться нуклиды с достаточно большой энергией связи по сравнению с фотонейтронными источниками. Во втором случае источником нейтронов будет служить реакция деления ядерного топлива.