быть определен экспериментально для данных конкретных условий. Чаще, однако, при проектировании защиты для работы с радиоактивными веществами приходится рассчитывать толщины защитных экранов, задаваясь определенными количествами вещества с заданной активностью в некоторых заданных геометрических условиях. Пользуясь коэффициентами ослабления у-лучей, приведенными в справочниках, которые относятся к узким параллельным пучкам, и формулами (49), (99) и (100), мы получим ослабление первичных лучей без учета рассеянного излучения. При поглощении у-лучей толстыми широкими экрана.ми роль рассеянного излучения возрастает с увеличением толщины экрана и формула (49) должна быть дополнена предэкспонен-циальным множителем.

Одну приближенную формулу с предэкспоненциальным множителем (53) мы уже рассматривали, но она применима лишь к легким материалам и для не очень мягких у-лучей. Для среды, где проникающая способность первичных у-лучей больше, чем у вторичных, действительна такая приближенная формула:

/ = /оЛ- (101)

где k - константа, зависящая от геометрии источника, энергии фотонов и материала поглотителя.

В средах, где проникающая способность первичных у-лучей меньше, чем у вторичных, приближенная формула имеет такой вид:

для плоского источника у-лучей и

(102)

(103)

для то-ечного источника у-лучей,

где [i - коэффициент ослабления параллельного пучка лучей для энергии, соответствующей максимальной проникающей способности; Н - некоторая постоянная. Значения Е энергии, соответствующей максимальной проникающей способности, приведены для ряда элементов в табл. 3. Учитывая монотонность изменения с порядковым номером, можно, пользуясь этой таблицей, найти Е для любого элемента. В табл. 4 приведены значения (х и Я для некоторых веществ.

Отношение мощности дозы за экраном к мощности дозы первичных у-лучей в той же точке называют фактором накоп-

Таблица 3

Энергии, соответствующие минимальным коэффициентам ослабления

Таблица 4

Величины Н a ДЛ некоторых веществ

лен И я. На основе формул (101) и (102) и результатов экспериментальных исследований получены значения фактора накопления для некоторых веществ в диапазоне энергий у-лучей до 10 Мэв и до толщин, соответствующих ослаблению первичных лучей в ео раз. Эти значения фактора накопления приведены в табл. 5.

Зависимость кратности ослабления доз (у) от кратности ослабления первичных лучей {х) может быть приближенно представлена формулой

\gya\gx + b. (104)

Коэффициенты а и 6 этого уравнения для различных материалов и энергий представлены ъ табл. 6.

1 Термин фактор накопления можно считать установившимся. В руководстве А. В. Бибергаля и др. [2] этот термин (Build up factor [5, 6] переводится как множитель возрастания ). Некоторые называют его предэкспоненциальным множителем . В справочнике Н. Г. Гусева [3] он называется <множителем Фано . Наконец, в книге Физика ядерных реакторов [4] он переводится как фактор накопления . 6 Защита от радиоактивных излучений

Таблица 5

0.5 1

2 3 4 6 8 10

0,5 1

2 3 4 6

5,11 6 8 10

Факторы накопления для некоторых веществ

Вода

77,6 24,0 12,4 8.63 6,94 5,33 4.50 3.82

Алюминий, бетон, кирпич

4,24 9,47

3.31 6,57 2,61 4,62

2.32 3,78 2,08 3,22 1,85 2,70 1,68 2,37 1,55 2,12

3,09 2,88 2,38 2,12 1,94 1,72 1,56 1,42

1,42 1,69 1,76 1,68 1,56 1,46 1,40 1.30 1,23

Железо

5,98 5,39 4,08 3,44 3,03 2,58 2,23 1,95

Свинец

1,69 2,26 2,51 2,43 2.25 2.08 1.97 1,74 1,58

2.00 3.02 3,66 3.75 3,61 3,44 3,34 2,89 2.52

44,7

19,5

12.8

9.97

7,34

6.05

5,07

2,27 3,74 4,84 5,30 5,44 5,55 5,69 5,07 4,34

2,65 4,81 6,86 8 44 9,80 11.74 13,80 14,05 12.54

Таблица 6

Е Мэв

Вода

Алюминий, бетон, кирпич

Железо

Свпнеа

0,256

5,11 6 8 10

0.690 0.735 0.814 0,855 0,875 0.887

0,900 0,909 0,914

-0,768 -0,643 -0.494 -0,411 -0.351 -0.309

-0,256 -0.228 -О,179

Таким образом, можно наметить такую последовательность расчета защиты: 1) исходя из удельной активности и количества радиоактивного вещества рассчитать мощность дозы в точке или в точках, подлежащих экранированию (см. гл. 4, § 2); 2) в зависимости от условий работы (длительность пребывания, наличие других вредных воздействий и пр.) с учетом некоторого запаса на неопределенность исходных данных, установить допустимую мощность дозы от у-лучей и соответствующую ей кратность уменьшения дозы; 3) в зависимости от выбранного для защиты материала по формуле (104) перейти к кратности ослабления первичных лучей; 4) по формулам (99) или 100) определить толщину экрана. Толщину экрана можно также определить по таблице толщин защиты в широком пучке гамма-лучей, приведенной в литературе [3, 8].

При определении необходимой кратности уменьшения дозы нужно руководствоваться предельно допустимыми дозами с учетом всех условий работы. Так, например, при наличии нескольких излучателей в данном помещении или в окружающих помещениях защита должна обеспечивать понижение мощности дозы, обусловленной всеми источниками, до допустимого уровня. При этом нужно также учитывать мощность дозы от рассеянного излучения. При проектировании защиты для новых предприятий или капитальной реконструкции полагается предусмотреть пятикратный запас по мощности дозы. Если по условиям работы облучение будет не длительным, допустимая мощность дозы может быть соответственно повышена.

§ 2. ЗАЩИТА ОТ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Если по условиям работы нет надобности экранировать ис-. точник у-излучения со всех сторон, можно ограничиться экрани;

рованием одной или нескольких сторон, обращенных к персоналу. При этом нужно, однако, предусмотреть дополнительную защиту от рассеянного излучения. Существенную роль играют лищь лучи, рассеянные под углами, близкими к 90° и большими, вплоть до 180°. Действительно, защита от лучей, рассеянных под углами меньшими, чем 90°, обеспечивается, как правило, защитой от прямого излучения. Энергия рассеянных фотонов оказывается значительно меньшей, чем первичных. При рассеянии под углом 90° максимальная энергия фотонов равна 0,511 Мэв, а рассеянных под углом 180°-0,256 Мэв. Действительно, согласно формуле (40),

h v 1

(105)

1+2-

-sin

При ф = 180° предельное значение hv, когда /zv-oo, будет

равно Р** ф=90° предельное значение hV равно

Шос. Интенсивность рассеянного излучения зависит от геометрических условий, величины и материала рассеивателя. Экспериментальный материал по интенсивности рассеянного излучения в настоящее время еще недостаточный.

В литературе приведены экспериментальные данные по излучению Со°, рассеянному под углом 90°. Если на некий рассеи-ватель попадает излучение из единицы телесного угла (стерра-диан), то в точке, лежащей на перпендикуляре, восстановленном от рассеивателя к направлению первичных лучей, доза, создаваемая рассеянными лучами, составляет примерно 0,5% от дозы, создаваемой первичными лучами из этого источника. Таким образом, определив телесный угол, под которым первичные лучи попадают на рассеиватель, мы можем заменить рассеянные лучи некоторым фиктивным препаратом с меньшей интенсивностью. Далее определяем необходимую кратность уменьшения дозы и, исходя из этого, толщину защиты, использовав для определения жесткости формулу (105).

Нужно иметь в виду, что иногда может оказаться более выгодным вместо защиты от рассеянного излучения ослабить прямое излучение, выходящее в сторону, не обращенную к персоналу, и тем самым уменьшить интенсивность рассеянного излучения. Хотя защитный экран при этом должен стать более толстым, но поверхность его будет меньшей, и в определенных конкретных условиях такая защита может оказаться более легкой и компактной.

Кроме рассеянных у-лучей к вторичному излучению относятся электроны, вырываемые из поверхности экрана. Вследствие большой ионизирующей способности электронов, непосредственно у поверхности экрана на расстоянии порядка пробега электрона мощность дозы будет несколько повышена. Электроны вылетают из некоторого эффективного слоя, толщина которого зависит от пробега электронов в данной среде. Очевидно, что число вылетающих электронов при одинаковой интенсивности у-лучей пропорционально толщине эффективного слоя и числу электронов, вырываемых в единице объема вещества экрана. При изменении плотности материала экрана без изменения химического состава увеличению толщины эффективного слоя будет соответствовать уменьшение числа электронов, образующихся в единице объема, причем их произведение останется неизменным. Однако для экранов разного химического состава это произведение будет различным. Опыт показывает, что это произведение (следовательно, и число вторичных электронов) больше у веществ с большим порядковым номером. Наименьшим выход вторичных электронов оказывается у веществ с промежуточными атомными номерами, таких как железо, медь, цинк и т. п. По этой причине для уменьшения вторичного электронного излучения рекомендуется экраны из тяжелых элементов покрывать слоем вещества с промежуточным атомным весом толщиной порядка пробега электронов.

§ 3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ у-ЛУЧЕИ

Одним из наиболее распространенных материалов для защиты от у-лучей является свинец. Однако во многих случаях по ряду соображений и в первую очередь по экономическим соображениям от него приходится отказываться.

С точки зрения минимального веса защитных экранов выгоднее всего выбирать материал большой плотности с большим атомным весом. Преимущества большого атомного веса особенно сильно сказываются при экранировании источников со сравнительно мягким излучением. При мягком излучении роль фотоэффекта в процессе ослабления увеличивается, а массовый коэффициент фотоэлектрического ослабления, как мы знаем,

24,6

приблизительно пропорционален отношению ~-, т. е. при-

мерно Z-.

Особенно выгодно применять такой материал, как свинец, когда источник должен быть окружен экраном со всех сторон, например для контейнеров. Действительно, если даже массовый коэффициент ослабления у легкого и тяжелого веществ одинаковый, то отношение толщин стенок обратно пропорционально отношению плотностей. Отношение объемов примерно разно отно-