Ослабление потока фотонного излучения

Рассмотрим узкий монохроматический пучок гамма–лучей. Пусть интенсивность излучения в точке (К) зарегистрированная прибором в отсутствии поглотителя, равна I₀(рисунок. 17):

Рисунок. 17. Излучение в отсутствии поглотителя и с поглотителем

Если, между источником излучения и прибором (детектором) поместить очень тонкий слой вещества толщиной (Δ_х), то интенсивность излучения в точке (К) изменится на малую величину и станет равной (I). Малое изменение интенсивности обозначим через (ΔI), то есть I₀ – I = – ΔI. Знак минус указывает на то, что происходит уменьшение интенсивности излучения.

Практические измерения показали, что ΔI = μ I Δ_х, то есть при прохождении излучения через тонкие слои поглотителя изменение интенсивности излучения пропорционально толщине слоя вещества и его первоначальной интенсивности, а также зависит от величины (μ), которая является функцией энергии падающего излучения и рода вещества и называется линейным коэффициентом ослабления.Если (Δ_х) измеряется в (см), то (μ) будет измеряться в см^–1. Если Δ_х = 1, тогда μ = ΔI / I.Таким образом, линейный коэффициент ослабления характеризует отношение изменение интенсивности излучения при прохождении через слой вещества толщиной равной единице.

Разделив и умножив правую часть уравнения (1) на (ρ) плотность поглотителя, получим ΔI= μ I Δ_х ρ / ρ. Рассмотрим, что представляет (Δ_х ρ).Плотность (ρ),масса вещества в единице объема выражается в(г/см³). Таким образом (Δ_х ρ) – это масса вещества в цилиндре с площадью основания 1 см²и длиной (Δ_х) см.Если Δ_х ρ = 1,то μ / ρ = ΔI / I. Отношение μ / ρ называется массовым коэффициентом ослабления излучения и характеризует относительное ослабление интенсивности потока излучения при прохождении слоя вещества массой 1 г, заключенного в цилиндре или параллелепипеде с площадью основания, равной 1 см², то есть μ / ρ = .

Из выражения (1) путем интегрирования можно получить соотношение между интенсивностью излучения I₀ и Iв отсутствии поглотителя и после прохождения слоя поглотителя толщиной (d, см) соответственно:

I = I₀ * е ^–μd,

где е = 2,72; d – толщина поглотителя. Экспоненциальная зависимость закона ослабления фотонного излучения в веществе имеет вид, показанный на рисунке 18:

Рисунок. 18. Экспоненциальная зависимость ослабления фотонного излучения

График не соединяется с горизонтальной осью, это означает, что гамма–лучи нельзя полностью поглотить, а можно лишь только ослабить до сколь угодно малой величины.

Толщина поглотителя, после прохождения которого интенсивность излучения уменьшается вдвое, называется слоем половинного ослабления (полуослабления) d_1/2и измеряется в «см». Связь между слоем полуослабления и линейным коэффициентом ослабления имеет вид:

d_1/2 = 0,693 / μ.

Для расчета толщины поглотителя необходимо знать кратность ослабления (k) раз, то есть k = I / I_доп, где I₀ – интенсивность излучения на поверхности источника, I_доп – допустимая доза излучения на рабочем месте. Таким образом, необходимо взять столько слоев полуослабления, сколько раз число 2 входит сомножителем в число (k). Часто используют слой десятикратного ослабления. Это толщина поглотителя, после прохождения которого интенсивность излучения уменьшается в 10 раз, то есть I = I₀ / 10 и обозначается Δ_0,1или d_0,1. Этой величиной удобно пользоваться при расчете защиты для источников большой активности, интенсивность излучения которых необходимо ослабить в сотни и тысячи раз. То есть, чтобы ослабить излучение в 10ⁿ раз ( ( )ⁿнеобходимо, чтобы толщина поглотителя равнялась «n» слоям десятикратного ослабления. В практических расчетах часто используют таблицы, номограммы и графики.

Поиск по сайту: