Зд-поперечное сечение активации; Ла-общее число атомов активируемого вещества; X-постоянная радиоактивного распада. Активность через время t после окончания облучения выразится формулой

- x t

3,7 - 101

- x -It (\-e )e .

(76)

Если время облучения и выдержки мало по сравнению с периодом полураспада, т. е. It <<:[ 1 и >.о С 1, то

Qt = Qo =

nv GnN,

(76a)

3,7 101

Ha медленных нейтронах с некоторыми ядрамиадут реакции (п, р) и {п, а). Например, N* (и, р)0иЦп, а)НЗ; В=(п, a)LF.

Особое место среди реакций под действием нейтронов занимает реакция деления. При попадании нейтрона в ядро тяжелого элемента может произойти деление на два ядра сравнимой величины. При этом освобождается несколько нейтронов. В большинстве случаев для возбуждения реакции деления бомбардирующему нейтрону необходимо иметь достаточно большую кинетическую энергию (например, для U 1 Мэв), но в ряде случаев для возбуждения деления оказывается достаточной энергия связи нейтрона. В последнем случае ядро может делиться под действием тепловых нейтронов. К ядрам, которые делятся под действием тепловых нейтронов, относятся U, U, Ризэ ц некоторые другие изотопы тяжелых элементов. В результате реакции деления освобождается около 200 Мэв, из них примерно 160 Мэв в виде кинетической энергии осколков, а остальное приходится на долю нейтронов, у-излучения, сопровождающего деление, и на радиоактивный распад осколков. Подавляющая часть осколков радиоактивна и в результате нескольких р-распадов превращается в устойчивые ядра.

Периоды полураспада продуктов деления варьируют в пределах от долей секунды до десятков лет. Поэтому активность про дуктов деления очень быстро уменьшается в первое время, пока не распадутся короткоживущие продукты деления, а затем процесс убыли активности затягивается на длительное время.

То, что реакция деления возбуждается нейтронами и вместе с тем освобождает их, позволяет осуществить цепную реакцию и создавать ядерные реакторы, в которых реакция деления сама себя поддерживает. Цепная реакция деления является основой всей современной атомной промышленности.

Задачи.

1. Параллельный пучок нейтронов, проходя через слой свинца толщиной 5 см, ослабляется иа 30%- Определить: а) эффективное поперечное сечение

свинца по отношению к иейтронам данной энергии; б) длину свободного про-бега в свинце для нейтронов этой энергии. Решение.

g-P-jr =[0,7:- р. -а NaX = ir\ 0,7; 0.6,02. 10 116-6.02-10 .

- In 0,7- 207 11,36 6,02 10 5

= 2,16 10* ел .

б) Ответ: 14 см.

2. Поперечное сечение рассеяния тепловых нейтроноп у берн.тлня, водорода, тяжелого водорода и кнсюрода соответственно равно; 7; 3,8; 0.8 и 4,2 барна. Определить длину свободного пробега н транспортную длину пробега в бериллии, тяжелой воде и обычной зоде. Плотность Be !,82 г/см\

Решение.

Для Be

1 9.02 /0=------=.2 см; =

Ла<8

1,82.6,02 - Ю -7. 10-2 = -А=1,3 ,.

Для тяжелой воды

ffi + Ns 1

ltr =

Ла. - cos 61) + Na. 2(1 - fosGs)

- = 5,2 f.i/;

= 5,9 CM.

Для обычной воды;

/ S=2,5 см; ltr= 4,6 C.St.

3. Определить среднее число столкновений, необходимое для замедления нейтрона с энергией 2 Мэв до тепловых скоростей (0,025 эв) в воде, тяжелой воде, бериллии и углероде (считать что сечения рассеяния у Н, D и О соответственно равны 20, 4 м 4 барна).

Решение. Для водорода, тяжелого водорода и бериллия среднее из.менение логарифма: энергии g соответственно равно 1, 0,726 и 0,209 (см. стр. 52). Для углерода и кислорода с соответственно равен 0,158 н 0,120 (=

Для воды

2jjj.i+i?0j± = о 92. 2 20 -f 4

Для тяжелой воды

2 4 . 0,726 + 0,120 . 4

=--=

Для воды / = 20, для тяжелой воды /=35, для бериллия / = 87, для углерода /=115. г . J

4. Поперечные сечения рассеяния нейтронов разных энергий для водооода и кислорода представлены в таблице. Определить макроскопические сечеипя рассеяния воды при этих энергиях.

Глава 4

ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

§ 1. ДОЗ.Л и ЕДИНИЦЫ ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Излучение, проходя через вещество, оказывает на него воздействие; в частности, в биологических тканях под действием излучения происходят биофизические и биохимические процессы. При длительном воздействии в тканях происходят изменения, причем некоторые из них пропорциональны времени воздействия. Такого рода изменения, очевидно, будут равны произведению времени воздействия на величину изменения в единицу времени. Так как биологические или химические изменения не всегда поддаются измерению и регулировке, естественно, напрашивается метод дозирования излучения по каким-либо физическим процессам, происходящим под действием излучения. Поэтому можно ввести понятие дозы как изменение некоторой физической величины под действием излучения, а изменение этой величины в едини-

цу времени назвать мощностью дозы. Основой для определения дозы могут служить различные изменения. )£сли речь идет о потоке нейтронов или быстрых заряженных частиц, то в принципе основой для определения дозы могло бы служить количество превращенных ядер какого-либо вещества. Точно так же основой для определения дозы могло бы служить количество молекул, подвергшихся разложению или возбуждению при радиолизе воды или при воздействии лучей на фотопластинку. Нужно, однако, иметь в виду, что любой физический эффект связан с поглощением энергии облученным объектом. Поэтому наиболее рациональным определением дозы является определение, в котором в качестве основы взято количество энергии излучения, поглощенной облучаемым объектом. Конечно, в данном случае возможны различные варианты; можно рассматривать всю энергию, поглощенную облучае.мым объектом, и энергию, поглощаемую единицей объема или единицей массы. И. В. Поройков впервые предложил в основу определения для физической дозы положить поглощенную энергию, отнесенную к единице объема облучаемой среды.

Согласно рекомендации Международной комиссии по радиологическим единицам 1953 г. вводится понятие поглощенной дозы, представляющей собой количество энергии, передаваемой ионизирующими частицами единице массы облучаемого вещества. Очевидно, что поглощенная доза зависит как от свойств облучаемого объекта, так и от поля излучения, в котором находится объект. Поле излучения можно характеризовать воздействием, оказываемым на какой-либо объект, принятый в качестве стандартного. Исторически сложилось так, что роле излучения исследовалось при помощи воздушных ионизационных камер, следовательно, таким стандартны.м веществом оказался воздух, а мерой воздействия служит ионизация, производимая в воздухе. Единицей такого ионизирующего воздействия является рентген. По определению рентген - это доа рентгеновского и гамма излучений в воздухе, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия производит в 0,001293 г воздуха ноны каждого знака, несущие одну электростатическую единицу заряда.

Так как определенному воздействию [)еитгеновых или гаммс-лучей какой-либо определенной энергии на воздух соответствует вполне определенная поглощенная доза, можно рентгенами характеризовать и поглощенную дозу, устанавливая связь между количеством рентгенов и поглощенной дозой отдельно для каждого вида излучения при определенных геометрических условиях и для каждого вида облучаемых объектов. Оказывается, однако.

Под корпускулярной эмиссией в данном случае подразумеваются вторичные электроны, появляющиеся в результате одного из эффектов; фотоэффекта, комптоновского и образования пар.

2 Масса 1 см сухого воздуха при нормальных условиях р;1виа 0,001293 <?.

что в случае рентгеновых или у-лучей изменение энергии фотонов вплоть до 3 Мэв незначительно сказывается на соотношении между поглощенной энергией и числом рентгенов. Единицей поглощенной дозы служит рад (rad), равный 100 эрг поглощенной энергии на 1 г облученного вещества. Соотношение между числом рентгенов и поглощенной энергией устанавливается на основе простых рассуждений. Заряд одного иона равен 4,8-Ю- * электростатических единиц, следовательно, 1 р (рентген) соответствует образованию

-5-= 2,082 10 пар ионов

4,8 . 10-°

в 1 см воздуха при температуре 0°С и 760 мм рт. ст. В 1 см воздуха поглощается при этом 2,082 Ю- 33 эв = 6,87- Мэв = = 0,11 эрг. В 1 г воздуха при дозе в 1 р образуется

2,082 10

0,00129

= 1,61 10 пар ионов.

при этом поглощается 1,61-102-33 эв = 85 эрг.

Эта величина была взята за основу для определения единицы дозы других видов ионизирующего излучения, а именно, физического эквивалента рентгена. Однако в настоящее время этой единицей не пользуются, так как воздействие на облученный объект правильнее характеризовать поглощенной дозой, выраженной в радах.

Наряду с единицами рентген и рад существуют соответствующие производные единицы - миллирентген [гпг или мр) и микрорентген (цг или мкр), а для мощностей дозы - рентген в секунду (р/сек), микрорентген в секунду (мкр/сек) и т. д.

§ 2. МОЩНОСТЬ ДОЗЫ и АКТИВНОСТЬ ИСТОЧНИКА

Допустим, что имеется точечный источник, активность которого равна q кюри. Обозначим через ei, t-i, ез-..е и ai, аг... а соответственно энергии фотонов, испускаемых источником, и числа фотонов на один акт радиоактивного распада. Поток лучистой энергии в секунду через квадратный сантиметр, перпендикулярный к направлению лучей на расстоянии г от источника, равен

, q 3.7 10 о o/i 1П9 9 V

/ - ~-L а, г, = 2,94 10 - 2 а, е,.

4 It/-а

(77)

Из формулы ослабления потока лучистой энергии (49) следует

= ji/oe = ji/ = ([inor/ + (J-pacc)-

Убыль энергии на единице пути в потоке с сечением, равным единице площади, представляет собой убыль энергии в единице объема. Эта убыль состоит из двух слагаемых, из которых первое- это энергия, поглощенная в единице объема, а второе - рассеянная энергия. Таким образом, первое слагаемое представляет собой мощность дозы, т. е. отношение дозы D и времени экспозиции i:

Р = -у = 1 Рпог- (78)

Если мы в формулу (78) подставим выражение (77) и значение Цпог для воздуха н помножим на коэффициент перехода от единиц энергии к рентгенам, то получим

2,94 109 q

6.87 10 = 4,28 10

-я, S/!J-nor

(79)

Здесь е,выражено в Мэв, а Р в р/сек. Чтобы перейти к рентгенам в час, нужно коэффициент помножить на 3600, т. е.

Р= 1,545- 10 - 2 а, 3, (80)

На рис. 19 отложено значение ii ot для воздуха как функция

энергии квантов.

В табл. 1 приведены числа фотонов и их энергия, приходящиеся на один распад радия, находящегося в состоянии равновесия со своими продуктами распада.

Спектр радия и его продуктов распада

Таблица 1

Энергия фотонов Мэв

Число фотонов иа распад

Коэффициент поглс;Щ1ния в всздухе XI О

Вклад в мощность] дозы, р/час

% к сумме

0,184 0,241 0,294

0 350 0,607 0,766 0,933 1,120

1 238 1.379 1,761 2,198

0,012 0,115 0,258 0,450 0.658 0,065 0,067 0,206 0.063 0,064 0,258 0,074

3,35 3,.57 3,68 3 77 3,81 3,73 3 66 3,50 3,45 3,37 3,11 2,93

Итого