Семинар-7. Защита от гамма-излучения

Задача 7.1. Рассчитать длину релаксации, слой половинного ослабления, массовый, атомный и электронный коэффициенты ослабления g-квантов ⁶⁰Со при прохождении через железо. Расчет провести для средней энергии g-излучения ⁶⁰Со, равной 1,25 МэВ. Плотность железа 7,87 г/см³.

Задача 7.2. Экспериментальная зависимость I₀/I_d (I₀ — интенсивность излучения без защиты и I_d — после защиты) как функция толщины свинцовой защиты d для узкого пучка моноэнергетического источника g-излучения выразилась прямой линией, наклоненной под углом 34,7° к оси абсцисс. При всех измерениях детектор находился на одном и том же расстоянии от источника. Определить, какому моноэнергетическому нуклиду можно приписать эту зависимость.

Задача 7.3. Вычислить дозовый фактор накопления, характеризующий прохождение гамма-излучения точечного изотропного источника ¹³⁷Cs в бесконечной защите из железной стружки плотностью 5,7 г/см³, если расстояние между детектором и источником равно d=14,3 см.

Вычисления произвести, используя табличные данные по величине фактора накопления и экспоненциальное представление фактора накопления.

Задача 7.4. Защитный сейф для хранения радиоактивных препаратов, излучающих кванты с максимальной энергией 1,4 МэВ имеет переднюю защитную свинцовую плиту толщиной 6 см. Определить кратность ослабления g-излучения по экспозиционной дозе передней защитной плитой, считая источник изотропным. Источник и точка детектирования находятся на одной нормали к барьеру вблизи защиты с противоположных сторон. Определить двумя способами (по универсальным таблицам и фактору накопления).

Задача 7.5 Определить необходимую толщину бетонной защиты, если на расстоянии 4,5 м от оператора находится точечный изотропный источник ⁶⁰Со активностью 2,38 Ки, измерения проводят 24 часа в неделю.

Задача 7.6 Толщина стенки свинцового защитного домика для измерения активности радиоактивных препаратов составляет 60 мм. Определить во сколько раз свинцовые стенки снизят гамма-фон внутри домика от внешнего источника Cs-137, находящегося на большом расстоянии от домика, что позволяет считать источник плоским мононаправленным. Расчет провести тремя способами: по универсальным таблицам и табличному барьерному фактору накопления и фактору накопления в экспоненциальной форме.

Задача 7.7. Определить, какой материал выгоднее применить – свинец (стоимостью 0,6 евро за 1 кг) или железо (стоимостью 0,04 евро за 1 кг) для защиты от g-излучения точечного изотропного источника ⁶⁰Co, если он должен ослабить экспозиционную дозу g-излучения в 2.10⁴ раз. Считать, что источник и детектор помещены на одной нормали к барьеру вплотную к защите с противоположных сторон.

Задача 7.8. Гамма-установка для радиационно-химических исследований представляет собой свинцовую защитную кабину, на рабочий стол которой из свинцового контейнера-хранилища выводится точечный изотропный источник ¹³⁷Cs, Гамма-эквивалент которого равен 70000 г-экв Ra. Рассчитать необходимую толщину защитной бетонной стенки кабины, если расстояние от оператора до источника в выведенном положении равно 4 м, а защита должна обеспечить предельно допустимые условия облучения для половины времени пребывания персонала. Расчет провести по универсальным таблицам. Проверить расчет по величине барьерного фактора накопления в экспоненциальном представлении.

Задача 7.9 Рассчитать толщину свинцового стекла (плотность 7,0 г/см³) для условий задачи 7.8.

Задача 7.10. Промышленная установка рассчитана на использование источника ¹³⁷Сs, гамма-эквивалент которого равен 100 г-экв Ra. Рассчитать необходимую защиту из свинца, чтобы на расстоянии 1,5 м от источника мощность дозы не превышала предельно допустимой для условий постоянного пребывания персонала. Зависимость фактора накопления от взаимного положения источник — детектор — защита в расчетах не учитывать. Источник точечный. Расчет провести по универсальным таблицам. Оценить получившийся фактор накопления и сравнить с табличным по таблице для барьерного фактора накопления.

Задача 7.11. При помощи фотоконтроля дозиметрический пункт показал, что в связи с изменением условий работы оператор за бетонной защитой толщиной 15 см получает на рабочем месте в день за 6 часов 2,7 мЗв. На сколько сантиметров надо увеличить защиту, если эффективная энергия точечного изотропного источника излучения равна 0,9 МэВ и защита должна обеспечить соблюдение предельно допустимой дозы облучения персонала в условиях постоянного облучения. Изменением фактора накопления в зависимости от взаимного положения источник–защита–детектор в расчетах пренебречь.

Задача 7.12. Какую толщину свинцовой защиты требуется предусмотреть, чтобы снизить в 1.10⁵ раз мощность экспозиционной дозы g-излучения ⁵⁴Mn. Расчет провести по слоям половинного ослабления в геометрии широкого пучка и по универсальным таблицам. В чем приближенность решения задачи по слоям половинного ослабления? Почему при использовании слоев ослабления результат получается завышенным.

Ответ: 1) по универсальным таблица для энергии до 0,842 Мэв толщине 13,8 см достаточно для обеспечения защиты; 2) Толщина защиты 13,8 обеспечивает коэффициент защиты 10⁵ для энергии 0,842 МэВ.

2) Фактор накопления для слоя толщиной D_1/2 и 2D_1/2 не одинаков (см. соответствующие таблицы), так как фактор накопления В(2mD_1/2.)> В(mD_1/2.), но менее, чем в 2 раза.

3) Расчет по слоям половинного ослабления дает гарантированное избыточное снижение МД до необходимой величины

Задача 7.13 В лаборатории фон излучения от цезиевых источников равен 12,8 мкР/с. Для проведения эксперимента с заданной точностью требуется снизить фон до 0,1 мкР/с. Какой толщины защиту для железного домика надо предусмотреть. Задачу решить через слои половинного ослабления и по универсальным таблицам.

Задача 7.14. Кусок твэла РБМК длиной 100 см (время пребывания в реакторе 720 суток, время выдержки 1800 суток), эффективная энергия g-излучения которого равна 0,7 МэВ, лежит на дне водной шахты промежуточного хранения. Выход гамма-квантов 1,6 на распад. Рассчитать гамма-постоянную и определить требуемую толщину водной защиты, если расстояние от источника до оператора 2 м и можно считать, что оператор находится над серединой источника. Защита должна обеспечить предельно допустимые условия облучения персонала в условиях постоянного пребывания. Поглощением и рассеянием излучения в источнике и в воздухе пренебречь. Задачу решить через кратность ослабления с помощью универсальных таблиц.

Задача 7.15. Определить толщину защиты из бетона, расположенную параллельно линейному круговому источнику диаметром 200 см с удельным g-эквивалентом 13,6 мг-экв Ra/см, если эффективная энергия g-излучения 1 МэВ.

Защита должна обеспечивать на расстоянии 0,9 м над центром источника мощность дозы, не превышающую предельно допустимую для персонала при 18-часовой рабочей неделе(помещение периодического пребывания). Поглощением и рассеянием излучения в источнике и в воздухе пренебречь. Задачу решить используя универсальные таблицы.

Задача 7.16. Определить толщину защиты из обычного бетона, расположенную параллельно дисковому источнику диаметром 200 см с удельным g-эквивалентом 13,6·10^-3 мг-экв Ra/см², если эффективная энергия g-излучения 1 МэВ.

Защита должна обеспечивать на расстоянии 0,9 м над центром дискового источника мощность дозы, не превышающую предельно допустимую для персонала при 18-часовой рабочей неделе (помещение периодического пребывания). Поглощением и рассеянием излучения в источнике и в воздухе пренебречь. Задачу решить используя универсальные таблицы.

Задача 7.17. Труба площадью сечения 15 см² тянется вдоль стены на 4,2 м. По трубе протекает раствор радиоактивного вещества с удельным гамма-эквивалентом 49,6 мг-экв Ra/см³ и эффективной энергией гамма-излучения 0,8 МэВ. Определить необходимую толщину защиты из бетона, чтобы обеспечить в точке А на расстоянии 250 см от оси трубы на нормали к центру трубы условия работы для постоянного пребывания персонала. Защиту расположить параллельно стене. Поглощением и рассеянием излучения в источнике и воздухе пренебречь. Задачу решить в точечном представлении источника, линейном и цилиндрическом (для последнего учесть самопоглощение в источнике).

Задача 7.18. В лаборатории в вертикальном положении установлена цилиндрическая емкость диаметром и высотой 136 см, заполненная водным раствором соли ⁶⁰Со с удельной активностью 0,5 мКи/см³. Определить необходимую толщину боковой защиты из бетона, обеспечивающую на расстоянии 1,8 м по перпендикуляру от середины высоты цилиндра предельно допустимую дозу для персонала постоянного пребывания, если с источником работы проводятся по 18 часов в неделю (помещение периодического пребывания). Защиту расположить перпендикулярно прямой, соединяющей точку детектирования и середину высоты цилиндра. Самопоглощение в источнике учитывать. Многократно рассеянным в источнике излучением пренебречь.

Задача 7.19. Пол помещения постоянного пребывания персонала размером 5х5 м загрязнен радионуклидом ⁶⁰Co до уровня 550000 бета-частиц/мин.см². Определить толщину бетонного покрытия для того, чтобы мощность дозы в центре помещения на высоте 1 м не превышало допустимой.

Задача 7.20 В процессе сухого хранения ТВС в газовую среду контейнера возможно выделение радиоактивности. Для негерметичного твэла можно ожидать следующей концентрации: ⁸⁵Kr ¾ 7.10¹⁰ Бк/л; ¹³⁷Cs ¾ 7.10⁸ Бк/л. Для измерения мощности дозы в крышке контейнера имеется трубка из нержавеющей стали диаметром 3 мм и длиной 10 см, толщина стенки 1 мм. Требуется оценить мощность дозы вплотную к трубке на середине ее высоты.

Задача 7.21. После дезактивации в барабан-сепараторе остался равномерно распределенный осадок, состоящий в основном из ⁹⁵Zr и ⁹⁵Nb. Оценить поверхностное загрязнение барабан-сепаратора ⁹⁵Zr и ⁹⁵Nb. Мощность дозы на расстоянии 40 см от стенки перпендикулярно оси барабан-сепаратора на торце (у основания) составляет 15 мкР/с. Барабан-сепаратор заполнен водой. Барабан-сепаратор имеет размеры: Длина 30 м; диаметр ¾ 3 м, толщина стенки 8,5 см. Принять E g =0,75; K g =4,1 Расчет произвести по двум вариантам: 1. Цилиндр заполнен водой, активность распределена равномерно в объеме. 2. Цилиндр пуст, активность распределена равномерно по поверхности

Расчет провести без учета многократного рассеивания в защите (без фактора накопления). Самопоглощение в среде учитывать в 1 варианте. Активность на торцевых поверхностях не учитывать.

Задача 7.22. После дезактивации в барабан-сепараторе остался равномерно распределенный налет, состоящий в основном из ⁹⁵Zr и ⁹⁵Nb. Оценить поверхностное загрязнение барабан-сепаратора ⁹⁵Zr и ⁹⁵Nb, мощность дозы в центре БС составила 5000 мкР/с. Барабан-сепаратор осушен. Барабан-сепаратор имеет размеры: Длина 30 м; диаметр ¾ 3 м. Определить количество активности на поверхности БС. Активность на торцах не учитывать.

Задача 7.23

Рассчитать толщину бетонной защиты для верхней крышки вертикального бака высотой и радиусом 300 см, содержащим раствор 20 г-экв-Ra/л продуктов деления. Удельная адсорбированная активность составляет 20 мг-эквRa/см². Точка детектирования расположена на оси источника на расстоянии 250 см от верхней крышки. Защита должна обеспечивать норматив для полуобслуживаемых помещений. Толщина стенок бака 1,5 см. Спектр гамма-излучения: Е=2,25 Мэв (10 %); 1,56 (30 %); 0,76 (60 %). Вкладом остальных групп гамма-квантов в мощность дозы пренебречь. Многократное рассеяние не учитывать. Самопоглощение в источнике учитывать только для объемной активности. Адсорбированная активность на крышке бака отсутствует. Адсорбированную активность на днище бака не учитывать.

Задача 7.24

Решить задачу 7.23 используя метод конкурирующих линий. Величину слоев половинного ослабления определить по универсальным таблицам. Кратность ослабления для каждой линии и толщину требуемой защиты взять из задачи 7.23. Проверить результат решения задачи 7.23. Величину слоя половинного ослабления в бетоне определить по таблице Д-7 по коэффициентам линейного ослабления излучения.

Задача 7.25 Кусок твэла длиной 1,2 м упал на дно бассейна выдержки. Время облучения в реакторе 1 год; время после извлечения из реактора – 1 сутки. Глубина бассейна 2 м. Определить мощность дозы на расстоянии 0,5 м от воды по нормали к центру твэла. Учесть многократное рассеяние в воде по гамма-методу.