1.4 Фактор накопления

При расчетах ослабления фотонного излучения в дозиметрии рассматриваются так называемые "узкие" и "широкие" пучки. Примером узкого пучка (коллимированного) может служить γ-излучение, выделенное с помощью диафрагмы (рис.1.6). Диафрагма ограничивает попадание рассеянного излучения в детектор.

Рисунок 1.6 Схема узкого пучка фотонов:

1. — Контейнер;

2. — Источник излучения;

3. — Диафрагма;

4. — узкий пучок фотонов.

Если рассеянное в защите излучение не попадает в точку детектирования, то для любой характеристики G нерассеянного поля излучения, определяемой частицами, не претерпевающими взаимодействия – мощности дозы, плотности потока энергии или частиц, флюенса и др. можно записать простое соотношение:

(1.4.1)

где G₀ - характеристика поля в отсутствии защиты; G_нр - то же при наличии защиты; x - толщина защиты; μ - линейный коэффициент ослабления. Если детектор регистрирует только нерассеянное излучение, говорят о “хорошей геометрии“ пучка, или об измерениях в геометрии узкого пучка.

Узкий пучок используют, например, для градуировки дозиметрических приборов, в установках дефектоскопии металла и т.п.

В большинстве случаев реализуется геометрия широкого пучка (рис. 1.7), т.е. пучки фотонов, где присутствует рассеянное излучение, которым пренебречь нельзя.

Рисунок 1.7 Схема геометрии широкого пучка:

1 — контейнер; 2 — поглотитель;

3 — детектор; 4 — источник излучения;

В этом случае закон ослабления прошедшего через мишень излучения существенно отличается от exp.

Наибольшее отклонение от экспоненциального закона ослабления широкого пучка наблюдается для тех энергий фотонов и тех веществ, для которых комптоновское рассеяние преобладает над фотоэффектом и эффектом образования пар. Вследствие наличия рассеянного излучения, широкий пучок фотонного излучения ослабляется в меньшей мере, чем узкий. Различие между результатами измерений узкого и широкого пучков характеризуется фактором накопления В:

B = G_шир/G_узк (1.4.2)

Фактор накопления зависит от геометрии источника, энергии первичного фотонного излучения, материала, с которым взаимодействует фотонное излучение, и его толщины, выраженной в безразмерных единицах μd, и в общем случае закон ослабления фотонного излучения можно представить в виде:

(1.4.3)

Таким образом, фактор накопления равен кратности превышения характеристик поля нерассеянного (G_узк) и рассеянного (G_шир) излучения над характеристиками поля нерассеянного гамма-излучения:

(1.4.4)

Фактор накопления может относиться к различным измеряемым параметрам γ-излучения: числу фотонов (числовой фактор накопления); интенсивности излучения (энергетический фактор накопления); экспозиционной дозе излучения (дозовый фактор накопления) и поглощенной дозе излучения (фактор накопления поглощенной энергии).

Дозовый фактор накопления:

B_доз = D_шир/D_узк (1.4.5)

Где D_узк, D_шир – значение поглощенной дозы для узкого и широкого пучка соответственно; B_доз - дозовый фактор накопления.

Значения дозовых факторов накопления для различных материалов приводятся в справочниках по радиационной безопасности. В соответствии с данными для В из таблиц справочников следует, что дозовый фактор накопления при больших значениях μd существенно превышает 1, т. е. доза, создаваемая за защитным экраном рассеянным излучением широкого пучка, на много превышает дозу, создаваемую при тех же условиях излучением узкого пучка. Указанное важное обстоятельство необходимо учитывать при расчете защитных экранов от фотонного излучения.

Зависимость фактора накопления от толщины защиты:

При увеличении толщины фактор накопления возрастает, хотя характер возрастания и причины для легких и тяжелых металлов несколько различны. Для высоких энергий у средних и легких элементов скорость возрастания фактора накопления с толщиной близка к линейной. У тяжелых элементов в зависимости от энергии излучения фактор накопления растет либо медленно с расстоянием (при малых энергиях), либо фактор накопления начинает быстро расти (при достаточно больших энергиях).

Зависимость фактора накопления от атомного номера материала:

Для высоких энергий излучения источника и элементов с умеренно-низкими Z скорость возрастания фактора накопления близка к линейной. Для тяжелых элементов фактор накопления растёт медленно с расстоянием.

С увеличением Z фактор накопления в большинстве случаев убывает. Стоит отметить, что фактор накопления поглощённой энергии

обычно используется при расчете тепловыделения в защите.

Зависимость фактора накопления от взаимного расположения источника и детектора:

С увеличением толщины среды между источником и детектором факторы накопления возрастают. Это связано с накоплением числа рассеянных фотонов по мере удаления от источника. На малых расстояниях от источника - это фотоны, испытавшие много рассеяний на малые углы. [6,8-10]