Тормозное излучение

При прохождении бета-частиц через вещество часть их энергии расходуется на образование тормозного фотонного излучения (т.н. радиационные потери). Это излучение будет являться проникающим и может потребовать создания дополнительной защиты.

Расчёт толщины защиты от тормозного излучения может быть произведён по одной из рассмотренных в лекции 6 методик, считая тормозное излучение моноэнергетическим с энергией, равной эффективной энергии тормозного излучения. Фактически, тормозное излучение немоноэнергетическое. Эффективной энергией немоноэнергетического пучка фотонного излучения считают такую энергию моноэнергетического пучка фотонного излучения, относительное ослабление которого в поглотителе определённого состава и определённой толщины – такое же, как и у рассматриваемого немоноэнергетического излучения. Для пучка тормозного излучения в качестве эффективной принимают энергию, равную половине максимальной энергии бета-частиц спектра рассматриваемого источника.

Энергия тормозного излучения, возникающего при торможении бета-частиц от нуклидных источников, обычно ниже порога фотонейтронных реакций. По этой причине задача защиты от третичного фотонейтронного излучения обычно не ставится. Однако стоит иметь в виду, что такое излучение может возникать при работе ускорительной техники.

Для моноэнергетических электронов с начальной энергией Е₀ в однородной среде с зарядом ядра Z энергия тормозного излучения, приходящаяся на один электрон, равна:

для β частиц, обладающих непрерывным спектром в неоднородной среде:

где n_i – выход β-частиц i-той энергетической группы на один распад ядра, E_i – максимальная энергия β-спектра этой группы, МэВ, m – число групп, Z_ЭФФ – эффективный атомный номер вещества.

Мощность эквивалентной дозы тормозного излучения найдётся следующим образом:

где А – активность источника, Бк, Е_ТОРМ – энергия тормозного излучения, приходящаяся на один электрон, Дж/электрон, γ – коэффициент передачи энергии, м^-1 (справочная величина для заданного вещества и эффективной энергии тормозного излучения), Е_ЭФФ – эффективная энергия тормозного излучения, МэВ, R – расстояние от источника, м, ρ – плотность материала, кг/м³.

Далее определяется требуемая кратность ослабления и расчёт защиты производится по табличному методу или по методу слоёв ослабления. Пример расчёта защиты от тормозного излучения рассматривается на практических занятиях.

Альбедо излучений

Явление отражения излучения от различных поверхностей получило название альбедо. Слово «альбедо» в переводе с латинского языка означает «белизна». Альбедные явления имеют достаточно широкое распространение, и неучёт отражённого от поверхностей объектов излучения может привести к получению заниженных величин характеристик полей излучения.

Поле обратно рассеянного от поверхности излучения зависит от многих параметров – энергии излучения, углового распределения падающего потока, геометрии источника, формы отражающей поверхности, материалов рассеивателя и среды, из которой приходит излучение.

В ряде случаев на поверхность падает поток излучения одного вида, а выходит с поверхности поток излучения другого вида (например, падающим является поток нейтронного излучения, а с поверхности обратно выходит поток захватного гамма-излучения). Такие явления получили название квазиальбедо (мнимое альбедо).

Характеристики альбедо часто вычисляются по эмпирическим формулам, либо при помощи таблиц. Достаточно большой раздел, посвящённый вычислению альбедо фотонного, нейтронного и электронного излучения приводится в справочнике [11].

Основной характеристикой альбедо является коэффициент отражения a излучения от поверхности, равный отношению величины интенсивности отражённого потока излучения I_- к величине интенсивности падающего потока излучения I₊:

В отдельную группу задач альбедо выделяют задачи, связанные с расчётом рассеяния излучений в воздухе вблизи границы раздела с землёй. Эта группа задач получила название скайшайн («свечение неба»). Такие задачи имеют место при определении параметров полей излучения вблизи расположенных на поверхности земли радиационно-опасных объектов, создающих мощные потоки излучений – например, ядерно-технических установок. В данном случае рассматривается поток излучения, попадающего в детектор, находящийся на поверхности земли, в случае когда первичный пучок излучения не направлен в сторону детектора.

В случае, когда фиксируемое детектором вторичное излучение по своему виду отличается от вида излучения, первоначально испущенного источником, то, аналогично квазиальбедо, такие явления называют квазискайшайном.

Помимо отрицательной стороны альбедных явлений (например, повышение уровня облучения персонала за счёт излучения, отражённого от стен помещений) есть и положительные стороны – например, возможность определения характеристик отражателя и даже его состава (например, по результатам анализа захватного фотонного излучения, возникающего при квазиальбедо при облучении поверхности нейтронами).

Теоретические основы альбедных явлений рассматриваются в дисциплине «Введение в теорию переноса ионизирующих излучений».