А. Расчет толщины барьерной защиты
А. Расчет толщины барьерной защиты 
Пробег бета-частиц, испускаемых радиоактивными изотопами, в конденсированных средах (твердых телах и жидкостях) зависит от максимальной энергии бета-частиц и для всех встречающихся в практике случаев составляет величину не более 1,0 + 2,0 г/см2. Вследствие этого защита персонала от собственно бета-излучения не представляет технических трудностей. Например, для полного поглощения бета-излучения источника на основе изотопов стронций-90 + иттрий-90 любой активности достаточно экрана, выполненного из органического стекла (полиметилметакрилата) толщиной 12 мм или алюминия толщиной 4 мм. Максимальные пробеги бета-частиц в г/см2 для некоторых распространенных бета-излучателей приведены в приложении 2.
Однако в подавляющем большинстве случаев бета-излучению, используемому для технологических целей, неизбежно сопутствует жесткое электромагнитное излучение, интенсивность и энергия которого и определяют необходимую толщину биологической защиты. В общем случае при эксплуатации бета-установок имеют место следующие виды электромагнитных излучений:
а) тормозное излучение, возникающее при взаимодействии быстрых электронов с электрическими полями излучающих (внутреннее тормозное излучение) или посторонних (внешнее тормозное излучение) ядер.
Спектр тормозного излучения непрерывен, определяется аналитически сложными зависимостями: его форма зависит от спектра электронов (непрерывный бета-спектр или линейчатый - электронов внутренней конверсии); максимальная энергия соответствует максимальной энергии бета-частиц; интенсивность зависит от энергии бета-частиц и порядкового номера вещества, в котором тормозятся электроны; радиационная мощность тормозного излучения может составлять несколько процентов от мощности бета-излучения. Источниками тормозного излучения являются: радиоактивное вещество, конструкционные материалы бета-источника, облучателя и бета-установки; облучаемые объекты и биологическая защита;
б) гамма-излучение, сопутствующее бета-распаду основного или дочернего изотопа (в том числе при изомерных переходах), имеет линейчатый спектр; интенсивность характеризуется дифференциальными и суммарной гамма-постоянными (см. приложение 2);
в) гамма-излучение примесных радиоактивных изотопов, в том числе и радиоактивных изотопов того же элемента, к которому принадлежит основной изотоп, характеризуется теми же параметрами, что и в п. б), а также процентным содержанием (по весу, активности или мощности излучения) в основном изотопе, которое приводится в паспорте или ТУ на бета-источники.
Защита облучателей мощных бета-установок должна предусматривать защиту от всех видов внешнего излучения.
1. Безопасные условия работы с бета-источниками определяются по соотношению:
7
Q x 3,7 x 10 n 720
-------------- e - мюd <= ---.
2 t
4пиR
Это соотношение справедливо при условии, что выполняется экспоненциальный закон ослабления бета-частиц в защитном экране толщиной d (см), а энергия бета-частиц не превышает 10 МэВ.
-1
мю - коэффициент ослабления бета-частиц в веществе (см );
Q - активность (мкюри);
R - расстояние от источника (см);
t - время работы с источником (ч/неделя);
n - число бета-частиц на распад.
2. Интенсивность тормозного излучения для бета-частиц <*>, обладающих непрерывным спектром, определяется из соотношения:
--------------------------------
<*> Формула не учитывает самопоглощения бета-частиц в источнике.
-4 - m 2
I = 1,23 x 10 (Z + 3) SUM n E МэВ/распад,
бета i=1 бета бета
i i
при торможении моноэнергетических электронов:
-4 - m
I = 5,77 x 10 Z SUM n E МэВ/распад,
c i=1 c c 2
i i
m 2
SUM Z
i=1a i
- i
где Z = -------- - эффективный атомный номер вещества, в котором происходит
n
SUM a Z
i=n i i
торможение электронов;
a - доля общего числа атомов соединения, имеющих атомный номер Z ;
i i
n , n - выход бета-частиц и моноэнергетических электронов на один
бета c
i i
распад ядра;
E , E - максимальная энергия бета-спектра и энергия электронов
бета c
i i
конверсии соответственно, МэВ;
m - число линий бета-частиц или электронов конверсии в спектре изотопа.
3. Мощность экспозиционной дозы тормозного излучения <*> в случае точечного изотропного источника определяется по формуле:
--------------------------------
<*> Спектральные распределения энергии излучения источников, применяемых в бета-установках, приведены в сб. "Радиационная техника", вып. 6, 1971, стр. 49.
7 -
Q x 3,7 x 10 x 1 x гамма (hипсилон)
P = ------------------------------------ бета/c,
2 4
4пиR x 7,1 x 10
-
где гамма (hипсилон) - линейный коэффициент истинного поглощения в воздухе,
взятый для эффективной энергии гамма - квантов тормозного излучения
-1 4
см ; 7,1 x 10 - энергетический эквивалент рентгена, МэВ/р;
I - энергия тормозного излучения (МэВ/распад), определяемая по вышеприведенным формулам <*>.
--------------------------------
<*> Для расчетов можно использовать также данные справочника Л.Р. Кимеля и В.П. Машковича "Защита от ионизирующих излучений".- М., Атомиздат, 1972 и работу В.Ф. Баранова в сб. "Вопросы дозиметрии и защиты от излучений". Под ред. Л.Р. Кимеля. Вып. 7.- М., Атомиздат, 1967, стр. 41.
Для плоских бета-облучателей может быть использовано выражение для расчета мощности дозы над поверхностью эквивалентного диска.
P
4. Определяется кратность ослабления К = ----; по универсальным
P
пду
таблицам для эффективной энергии E находят необходимую толщину защиты
эфф
для выбранного материала. С достаточной для практических расчетов точностью
можно считать, что эффективная энергия квантов тормозного излучения равна
половине максимальной энергии тормозящихся бета-частиц при E <= 10 МэВ
макс
и одной трети максимальной энергии, если 10 МэВ <= E <= 30 МэВ.
макс
