Обоснование радиационной безопасности
размещения линейного ускорителя УЭЛР-8-2Д
Содержание
Введение........................................................................................................................................ 3
Исходные данные........................................................................................................................ 3
Результаты расчета..................................................................................................................... 5
Выводы........................................................................................................................................ 10
Литература.................................................................................................................................. 10
Введение
Проектом предусматривается размещение линейного ускорителя-дефектоскопа УЭЛР-8-2Д производства механический завод» в существующей рентгеновской камере № 2 (РК-2) ЦКХА г. Петрозаводск, вместо эксплуатировавшегося в этой камере линейного ускорителя Линатрон-400 фирмы «Вариан», США (с максимальной энергией электронов до 4 МэВ).
Ускоритель предназначен для просвечивания изделий с толщиной стенки по стали до 200 мм.
При работе ускорителя УЭЛР-8-2Д (максимальная энергия электронов 8 МэВ) основными факторами опасности (с точки зрения радиационной безопасности) является тормозное излучение, возникающее при взаимодействии ускоренных электронов с мишенью ускорителя.
В отчете не рассматривается мощность дозы от нейтронов, т. к., в соответствии с
СанПиН 2.6.1.2573-10 (Гигиенические требования к размещению и эксплуатации ускорителей электронов с энергией до 100 МэВ) и рекомендациями МАГАТЭ [1], для ускорителей с энергий до 10 МэВ нейтроны практически отсутствуют.
Исходные данные
Поток электронов, ускоренных до энергии 8 МэВ в УЭЛР-8-2Д, взаимодействуя с мишенью, создает мощный поток тормозного электромагнитного излучения - мощность дозы на расстоянии 1 м от мишени составляет до 10 Гр/мин [2]. Созданное тормозное излучение ослабевает, проходя защитные барьеры, окружающих стен. Биологическая защита около мишени снижает излучение утечки на 4 порядка.
В качестве операционных физических величин, используемых для измерений уровней за защитными барьерами, государственной системой единства измерений установлены – амбиентный эквивалент дозы - H*(10), Зв; мощность амбиентного эквивалента дозы - H* (10), Зв/ч; поглощенная доза в воздухе - Hвоз, Гр; мощность поглощенной дозы в воздухе - Рвоз, Гр/ч, плотность потока частиц - j, 1/с·см2 и перенос частиц – F, 1/см2 ионизирующих излучений.
, Гр/ч (4)
где k(H/D) – коэффициент (качества) конверсии между поглощенной дозой и амбиентным эквивалентом дозы, Зв/Гр. Коэффициент качества рассматриваемого излучения отличается от 1, менее чем на 10 %, поэтому в расчетах принят 1.
Расположение ускорителя внутри рентгеновской камеры РК-2 и толщина стен приведено на рисунках 1 и 2.
Рисунок 1 – Схема просвечивания в РК-2
Рисунок 2 – Разрез камеры РК-2
При анализе радиационной обстановки вокруг камеры были оценены мощности дозы:
- от прямого прострела излучения через защиту (стена Б приведен на рисунке 1);
- излучение утечки через боковые защиты и перекрытие;
- от отраженного излучения через боковые защиты и перекрытие.
Результаты расчета
Прямое излучение проходит через бетонную защиту (с плотностью 2,3 г/см3) РК-2.
В соответствии с СанПиН 2.6.1.2573-10 для ускорителя с энергией электронов 8 МэВ эффективная энергия тормозного излучения для расчета биологической защиты составляет 4 МэВ.
Для расчетов использовались кратности ослабления излучения в бетоне и железе из графиков (рисунки 3 и 4) для тормозного излучения с энергией 4 МэВ, полученный из СанПиН 2.6.1.2573-10.
Рисунок 3 – Ослабление тормозного излучения в бетоне с энергией 4 МэВ
Рисунок 4 – Ослабление тормозного излучения в железе с энергией 4 МэВ
Расчет радиационной защиты основан на учете кратности ослабления (К) мощности эквивалентной дозы излучения (из рисунков 3 и 4) и мощности дозы в рассматриваемой точке при отсутствии защиты:
Рр = Рср/(R2×К)×(Тиз/Тсм) (1)
где: Рр – расчетная мощность дозы в рассматриваемой точке без защиты, мкЗв/ч;
Рср - средняя мощность дозы на расстоянии 1 м от источника излучения в направлении на расчетную точку, 10 Гр·м2/мин; мощность дозы в других направлениях на 4 порядка меньше[2].
R - расстояние от источника (от мишени) до расчетной точки, 10 м;
Тиз – продолжительность облучения за смену, 3 ч,
Тсм - продолжительность смены, 6 ч,
Исходные данные для расчетов [2] и результаты расчетов приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные и результаты расчета толщины защиты
* Сталь
** Т. к. максимальная высота подъема излучателя составляет 6 м, а первичный пучок расходится на 0,5 на расстоянии 2 м, то защита должна подниматься до отметки 8,500.
- Для оценки мощности дозы от рассеянного излучения за защитой была рассмотрена стена С (защитные ворота).
Мощность дозы Р, являющаяся результатом вторичного излучения, рассеянного стеной, рассчитывается по формуле:
(2)
где P0 – мощность дозы от ускорителя на 1 м, мкЗв/ч;
R – расстояние от источника (мишени) до стены, 11 м;
– коэффициент отражения (альбедо) от стены; Дозовые альбедо были рассчитаны по формуле [1]:
(3)
где aD(E0, q0, q, y) – дозовое альбедо для гамма излучения c энергией E0, угле падения q0, угле отражения q и изменении угла направления y;
коэффициенты С(Е0) и С’(Е0) были использованы из [1],
sCe(E0, qS) – дифференциальное сечение комптоновского рассеивания для энергии фотонов Е0 при угле рассеивания qS [2].
Для излучения, падающего с энергией 4 МэВ, угла падения 25 0, угла отражения 80 0 на бетон альбедо равно 6,8·10-3.
A – площадь рассеяния излучения на стене, 37,4 м2;
dj – расстояние от точки рассеяния излучения на стене до рассматриваемой точки, 5,4 м;
К – кратности ослабления тормозного излучения.
Для расчета энергии излучения после рассеяния, использовалась формула [2]:
, (4)
где: E0 - энергия падающего излучения, 4 МэВ;
- угол между направлением движения падающего и рассеянного квантов, 100 0.
Выводы
Для обеспечения допустимой мощности дозы 1,2 мкЗв/ч (для персонала группы Б) кратность ослабления рассеянного излучения с энергией 0,6 МэВ должна быть 1,64·104. Используя универсальные таблицы из [3] для энергии 0,6 МэВ, находим необходимую толщину защиты бетона – 215 мм железа. Для излучения утечки в этом направлении требуется защита 280 мм, поэтому для других направлений рассеянное излучение не рассматривается.
Выполненные расчеты показали, что при использовании ускорителя УЭЛР-8-2Д в РК-2 для обеспечения безопасности персонала требует дополнительная биологическая защита.
Литература
1 Radiation Protection in the Design of Radiotherapy Facilities. Safety Reports Series № 47. IAEA. VIENNA, 2006.
2 Техническое задание на «Проект размещения линейного ускорителя УЭЛР-8-2Д в рентгенкамере № 2 ЦКХА . 2011.
3 , . Защита от ионизирующих излучений. Справочник. М., Энергоатомиздат. 1995.
