Коэффициент защиты от радиации

Приложение 1к СП 2.6.1.2573-2010

Расчет радиационной защиты ускорителя

Расчет радиационной защиты ускорителя электронов включает три этапа:

— расчет мощностей доз в расчетных точках без радиационной защиты,

— определение необходимых кратностей ослабления полученных мощностей доз, с учетом категории помещений,

— выбор материалов и расчет толщин радиационной защиты, обеспечивающих необходимые кратности ослабления.

Набор необходимых исходных данных и формулы, используемые для расчета мощностей доз в заданных точках без радиационной защиты, различаются для различных видов ускорителей. При проведении расчетов радиационной защиты различают три вида ускорителей электронов:

— ускорители технологического и научного назначения, работающие в режиме непрерывного излучения (промышленные ускорители);

— ускорители, работающие в импульсном режиме (импульсные ускорители);

— ускорители для установок медицинского назначения (медицинские ускорители).

Для проведения расчета мощностей доз без радиационной защиты используются следующие исходные данные:

1) Для промышленных ускорителей:

— максимальная энергия ускоренных электронов , МэВ;

— максимальный ток пучка электронов , мА,

— материал защиты;

— материал мишени;

— форма и размеры пучка излучения, взаимодействующего с облучаемым объектом;

— доля пучка электронов, теряемая на разных узлах ускорителя, атомный номер материалов ускорителя;

— режим работы ускорителя (продолжительность облучения за смену, число рабочих смен в сутки, в год, средняя продолжительность облучения за год).

2) Для импульсных ускорителей:

— максимальная энергия ускоренных электронов , МэВ;

— длительность импульса и частота следования импульсов;

— максимальный средний ток электронов (заряд ускоренных электронов в секунду);

— материал защиты;

— материал мишени;

— форма и размеры пучка излучения, взаимодействующего с облучаемым объектом;

— доля пучка электронов, теряемая на разных узлах ускорителя, атомный номер материалов ускорителя;

— режим работы ускорителя (суммарный заряд ускоренных электронов за рабочую смену, за сутки, за год).

3) Для медицинских ускорителей:

— максимальная энергия электронов для режима облучения электронами и режима облучения тормозным излучением, , МэВ;

— мощность дозы тормозного излучения в изоцентре;

— мощность дозы тормозного излучения вне изоцентра;

— отношение мощности дозы нейтронов к мощности дозы тормозного излучения в изоцентре;

— размеры пучка излучения и возможные его направления;

— расстояние до изоцентра;

— режим работы ускорителя (рабочая нагрузка за неделю, равная произведению средней дозы за время облучения одного пациента на число пациентов в неделю, число смен в сутки, чисто рабочих дней в неделю, в год).

Для установок различных типов могут использоваться и другие исходные данные, приведенные в их технической документации или полученные в результате измерений, например: мощность дозы тормозного излучения от мишени, от разных частей ускорителя, в разных направления#, мощность дозы в смежных с ускорителем помещениях и т.п.

Необходимо учесть, что кроме мишени электроны при ускорении могут поглощаться в узлах ускорителя, создавая дополнительные источники тормозного излучения. Это тем более важно, что в промышленных облучательных установках ускоритель и рабочая камера с мишенью могут размещаться в разных помещениях.

Рассчитывается средняя за рабочую смену мощность эквивалентной дозы тормозного и нейтронного излучения (если оно есть).

Средняя мощность дозы тормозного излучения в расчетной точке определяется по формуле:

, (1)

где: — средняя мощность дозы на расстоянии 1 м от источника излучения в направлении на расчетную точку, ,

— угол между направлением пучка электронов и направлением на расчетную точку,

— расстояние от источника до расчетной точки, м.

Источниками излучения являются все места взаимодействия электронов с веществом.

Мощность дозы тормозного излучения на расстоянии 1 м от источника излучения принимается по техническим данным ускорителя, либо рассчитывается по формулам:

1) Для промышленных ускорителей:

, (2)

где: — мощность дозы на расстоянии 1 м от источника излучения под углом к направлению пучка электронов при токе пучка 1 мА, ,

— ток пучка электронов, мА,

— продолжительность облучения за смену, ч,

— продолжительность смены, ч,

— кратность ослабления дозы излучения в конструкционной защите, входящей в состав ускорителя.

2) Для импульсных ускорителей:

, (3)

где: — суммарный заряд ускоренных электронов за смену, Кл.

3) Для медицинских ускорителей:

. (4)

где: — рабочая нагрузка, равная произведению средней дозы за 1 процедуру на число процедур облучения в неделю, Зв в неделю,

— расстояние от источника излучения до изоцентра, м,

— коэффициент выхода излучения из облучаемого объекта в направлении ,

— продолжительность работы всех смен персонала группы А в неделю, ч

(5)

где: — значение из таблицы 2 для выбранных энергии электронов и материала мишени, .

Средняя за рабочую смену мощность дозы нейтронов на расстоянии 1 м от мишени определяется по формулам:

1) Для промышленных ускорителей:

,

где: — коэффициент выхода фотонейтронов на 1 электрон (определяется по табл. 6, либо по формуле: ),

— коэффициент перевода плотности потока нейтронов в мощность эквивалентной дозы (),

— кратность ослабления мощности дозы нейтронов в конструктивной защите ускорителя.

Подставляя вышеприведенные выражения для f и , окончательно получаем выражение:

, (6)

2) Для импульсных ускорителей:

, (7)

3) Для медицинских ускорителей:

, (8)

где: — отношение мощности эквивалентной дозы нейтронов в изоцентре к мощности дозы тормозного излучения.

Необходимая кратность ослабления излучения в защите определяется по формуле:

, (9)

где: — проектная мощность дозы, мкЗв/ч.

Значения проектной мощности дозы за радиационной защитой ускорителя рассчитываются исходя из пределов дозы (ПД) для соответствующих категорий облучаемых лиц и возможной продолжительности их пребывания в смежных помещениях или на прилегающих территориях с использованием соотношения:

, (10)

где: — коэффициент перехода от мЗв к мкЗв,

— предел дозы, мЗв в год,

2 — коэффициент запаса,

— максимальная доля времени, проводимого людьми в данном помещении,

— коэффициент сменности, учитывающий возможность двухсменной работы ускорителя,

1700 — стандартизованная продолжительность работы персонала за год при односменной работе, часов в год.

В таблице 1 приведены рекомендуемые значения проектной мощности дозы для указанных условий.

Определив необходимую кратность ослабления мощности дозы излучения и эффективную энергию тормозного излучения (), выбирают материал защиты и, с помощью таблиц 3 — 5, находят необходимую толщину радиационной защиты для получения заданной кратности ослабления. Эффективную энергию тормозного излучения () в зависимости от энергии электронов () определяют следующим образом:

,

(11) ,

,

.

Таблица 1.

Проектная мощность дозы () за стационарной защитой ускорителя электронов для помещений и территории различного назначения

Таблица 2

Мощность поглощенной дозы тормозного излучения в воздухе,

Таблица 2. (Продолжение)

Таблица 2. (Продолжение)

Таблица 2. (Продолжение)

______________________________

* — угол между направлениями пучка электронов и направлением выхода тормозного излучения из мишени

Расчет ослабления нейтронов в защите может проводиться методом длин релаксации. Для бетона длина релаксации нейтронов () равна 16 см. Кратность ослабление мощности эквивалентной дозы фотонейтронов в защите из бетона можно оценить с использованием соотношения:

, (12)

где: — кратность ослабления мощности дозы фотонейтронов,

— толщина радиационной защиты из бетона, см,

— длина релаксации фотонейтронов в бетоне, см.

Толщину радиационной защиты выбирают так, чтобы полученная кратность ослабления мощности эквивалентной дозы была не меньше величины, рассчитанной с использованием выражения (9).

Источник

Рейтинг
Ufactor
Добавить комментарий