- Законы
- Кодексы
- Форум
Санитарные правила устройства и эксплуатации мощных изотопных гамма-установок
¦ ¦Помещения, в которых персонал пре-¦2,8 ¦2,4 ¦ ¦ ¦бывает не более 18 ч в неделю ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Необслуживаемые помещения <*> ¦28 ¦24 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Любые другие помещения учреждения ¦0,1 ¦0,1 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Категория¦Любые помещения и территория в ¦0,03 ¦0,03 ¦ ¦Б ¦пределах наблюдаемой зоны ¦ ¦ ¦ ----------+----------------------------------+---------+----------
--------------------------------
<*> Под термином "необслуживаемые помещения" понимаются помещения, в которых персонал может находиться только при проведении ремонтно-профилактических работ.
А. Расчет толщины защиты
60 137
Толщину защиты от гамма-излучения Co и Cs можно
рассчитать, используя данные таблицы 2.2, которые получены
интерполяцией по энергии данных универсальных таблиц для расчета
защиты, разработанных на основании теории ослабления широкого
пучка гамма-излучения точечного источника. Входным аргументом в
таблицу 2.2 является кратность ослабления (К), определяемая как
отношение рассчитанной по формуле (2.2) мощности экспозиционной
дозы излучения к величине P :
0
P
К = --. (2.1)
P
0
Таблица 2.2
ТОЛЩИНА ЗАЩИТЫ (СМ) В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КРАТНОСТИ
60 137
ОСЛАБЛЕНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ Co И Cs
-------------+-------------------------+-------------------------- ¦ К ¦ Co-60 ¦ Cs-137 ¦ ¦ +------+------+-----T-----+------+------+-----T-----+ ¦ ¦свинец¦железо¦бетон¦вода ¦свинец¦железо¦бетон¦вода ¦ +------------+------+------+-----+-----+------+------+-----+-----+ ¦2 ¦1,55 ¦3,5 ¦13,5 ¦26,5 ¦0,75 ¦2,7 ¦12,5 ¦27,5 ¦ ¦5 ¦3,35 ¦7,0 ¦25 ¦51,5 ¦1,7 ¦5,4 ¦21,5 ¦47 ¦ ¦10 ¦4,6 ¦9,8 ¦32,5 ¦67 ¦2,35 ¦7,0 ¦27,5 ¦59 ¦ ¦20 ¦5,8 ¦11,3 ¦39,5 ¦81 ¦2,95 ¦8,6 ¦32,5 ¦70 ¦ ¦50 ¦7,3 ¦14,0 ¦48,5 ¦99 ¦3,8 ¦10,7 ¦39,5 ¦83,5 ¦ ¦ 2 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦8,5 ¦16,0 ¦55 ¦113 ¦4,4 ¦12,2 ¦44,5 ¦94 ¦ ¦ 2 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2 x 10 ¦9,7 ¦18,0 ¦61,5 ¦126 ¦5,05 ¦13,7 ¦49,5 ¦104 ¦ ¦ 2 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦5 x 10 ¦11,3 ¦20,7 ¦70 ¦143 ¦5,85 ¦15,6 ¦56 ¦117,5¦ ¦ 3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦12,5 ¦22,6 ¦76 ¦156 ¦6,45 ¦17,1 ¦61 ¦127 ¦ ¦ 3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2 x 10 ¦13,7 ¦24,5 ¦82,5 ¦168 ¦7,1 ¦18,5 ¦66 ¦137 ¦ ¦ 3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦5 x 10 ¦15,2 ¦27,1 ¦91 ¦184 ¦7,9 ¦20,2 ¦72 ¦150 ¦ ¦ 4 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦16,4 ¦28,9 ¦97 ¦196 ¦8,45 ¦21,6 ¦76,5 ¦159,5¦ ¦ 4 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2 x 10 ¦17,5 ¦30,8 ¦103 ¦209 ¦9,05 ¦22,9 ¦81 ¦168,5¦ ¦ 4 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦5 x 10 ¦19,0 ¦33,3 ¦111,5¦225 ¦9,8 ¦24,6 ¦87 ¦181 ¦ ¦ 5 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦20,2 ¦35,2 ¦118 ¦237 ¦10,4 ¦26,0 ¦91,5 ¦190 ¦ ¦ 5 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2 x 10 ¦21,3 ¦37,0 ¦124 ¦250 ¦10,95 ¦27,3 ¦96 ¦199 ¦ ¦ 5 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦5 x 10 ¦22,8 ¦39,5 ¦132,5¦266 ¦11,7 ¦29,1 ¦102 ¦211 ¦ ¦ 6 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦24,0 ¦41,4 ¦138,5¦278 ¦12,3 ¦30,4 ¦106,5¦220 ¦ ¦ 6 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2 x 10 ¦25,1 ¦43,2 ¦145 ¦290 ¦12,85 ¦31,8 ¦111 ¦229 ¦ ¦ 6 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦5 x 10 ¦26,6 ¦45,7 ¦153 ¦307 ¦13,6 ¦33,5 ¦117 ¦241 ¦ ¦ 7 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦27,8 ¦47,6 ¦159,5¦319 ¦14,2 ¦34,9 ¦121,5¦250 ¦ ¦ 7 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2 x 10 ¦28,9 ¦49,5 ¦166 ¦331 ¦14,8 ¦36,2 ¦126 ¦259 ¦ ¦ 7 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦5 x 10 ¦30,4 ¦52,0 ¦174 ¦348 ¦15,55 ¦38,0 ¦132 ¦271 ¦ ¦ 8 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦31,6 ¦53,9 ¦180,5¦360 ¦16,1 ¦39,4 ¦136,5¦280 ¦ ¦ 8 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2 x 10 ¦32,7 ¦55,8 ¦187 ¦372 ¦16,7 ¦40,7 ¦141 ¦289 ¦ ¦ 8 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦5 x 10 ¦34,3 ¦58,3 ¦195 ¦389 ¦17,45 ¦42,5 ¦147 ¦301 ¦ ¦ 9 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦35,4 ¦60,2 ¦201,5¦401 ¦18,05 ¦43,9 ¦151,5¦310 ¦ ¦ 9 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2 x 10 ¦36,6 ¦62,1 ¦207,5¦414 ¦18,6 ¦45,2 ¦156 ¦319 ¦ ¦ 9 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦5 x 10 ¦38,1 ¦64,6 ¦216 ¦430 ¦19,35 ¦47,0 ¦162 ¦331 ¦ ¦ 10 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦10 ¦39,3 ¦66,5 ¦222,5¦443 ¦19,95 ¦48,4 ¦166,5¦340 ¦ -------------+------+------+-----+-----+------+------+-----+------
Таблица составлена для следующих значений плотностей материалов: ро = 11,34 г/куб. см - свинец, ро = 7,89 г/куб. см - железо, ро = 2,3 г/куб. см - бетон, ро = 1 г/куб. см - вода.
Связь между мощностью экспозиционной дозы (дозой) гамма-излучения и активностью источников определяется следующими формулами:
100 x Q x K
гамма
P = ---------------- (мР/ч); (2.2)
2
R
100 x Q x K x t
гамма
Д = -------------------- (мР/ч),
2
R
где:
Q - активность источника, кюри;
K - гамма-постоянная изотопа, P x кв. см/ч x мкюри;
гамма
R - расстояние от источника до точки, для которой
рассчитывается доза (мощность дозы) гамма-излучения, м;
t - время, ч;
P - мощность дозы излучения, мР/ч;
Д - доза излучения, мР.
Сведения о спектральном составе излучения и величинах K
60 137 гамма
изотопов Co и Cs , использованные при составлении таблицы 2.2,
приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ
60 137
Co И Cs
-------+---------+-------+----------+--------------+-------------- ¦Изотоп¦Период ¦Энергия¦Выход гам-¦Гамма-постоян-¦Полная гамма-¦ ¦ ¦полурас- ¦гамма- ¦ма-квантов¦ная K ¦постоянная ¦ ¦ ¦пада, ¦квантов¦на 100 ¦ гамма i, ¦K , ¦ ¦ ¦T , год¦E, МэВ ¦распадов ¦P x кв. см ¦ гамма' ¦ ¦ ¦ 1/2 ¦ ¦ ¦---------- ¦P x кв. см ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ч x мкюри ¦---------- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ч x мкюри ¦ +------+---------+-------+----------+--------------+-------------+ ¦ 60 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Co ¦5,27 ¦1,172 ¦99 ¦6,11 ¦12,93 ¦ ¦ ¦ ¦1,333 ¦100 ¦6,82 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ -9¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦2,158 ¦1,2 x 10 ¦- ¦ ¦ +------+---------+-------+----------+--------------+-------------+ ¦ 137 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Cs ¦26,6 ¦0,661 ¦82,5 ¦3,10 ¦3,10 ¦ -------+---------+-------+----------+--------------+--------------
Пример расчета защиты
Рассчитать необходимую толщину бетонной защиты (d) от
60 5
гамма-излучения (облучатель Co активностью 6,5 x 10 кюри).
Расстояние от облучателя до наружной поверхности стены R = 4 м.
Допустимая мощность дозы излучения для помещений, в которых
персонал пребывает не более 18 часов в неделю при 36 часовой
рабочей неделе, P = 2,8 мР/ч (категория облучения А).
0
Решение. По формуле (2.2) имеем, что:
5
100 x 6,5 x 10 x 12,93 7
P = ----------------------- = 5,25 x 10 , мР/ч;
2
4
по формуле (2.1) определяем:
7
P 5,25 x 10 7
К = -- = ---------- ~= 1,9 x 10 .
P 2,8
0
Используя данные таблицы 2.2, получаем d = 164 см.
Б. Расчет и проектирование лабиринтной защиты
Типовые схемы лабиринтных защит. При проектировании и разработке мощных гамма-установок необходимо решать вопросы защиты в совокупности с обеспечением непрерывной подачи объектов облучения к облучателю и отбора их после облучения. Лабиринтные входы в рабочие камеры целесообразно использовать для уменьшения дозы гамма-излучения у входной двери в лабиринт, осуществления конвейерной подачи объектов к облучателю, подведения всевозможных коммуникаций и т.п.
На рис. 2.1 (рисунки не приводятся) приведены типовые схемы лабиринтных защит, применяемые в практике мощного радиационного аппаратостроения и технологии.
В некоторых случаях с целью экономии производственной площади целесообразно сооружение защитной поворотной двери с отверстием по диаметру ее для входа в рабочую камеру. Подача объектов на облучение, подводка всевозможных коммуникаций и т.п. может осуществляться также по технологическим каналам различной геометрии.
Методика проектирования лабиринтов в защите
Количество секций лабиринта и их длина определяются следующим
образом. Если известны (из требований технологического процесса на
установке) приближенные значения параметров канала: W - ширина, м;
H - высота, м; пси - угол между (i - 1)-ой и i-ой секциями,
i
град.; r - расстояние от облучателя до выхода из канала
(определяет размеры строительной площадки, см. рис. 2.2); l -
1
расстояние от центра облучателя до центра входа в канал, м (в
дальнейшем l принимается за длину первой секции канала); Q -
1
активность облучателя, Ки; E - энергия гамма-излучения
гамма
облучателя, Мэв, и P - мощность экспозиционной дозы излучения на
0
выходе из канала, мР/ч.
Число секций канала (N) и их длину (l ) определяют следующим
i
образом:
1. Находят ориентировочное число n секций канала (округляя до
ближайшего целого числа N) по формуле:
0,6 1,4
P (1,55 + 1,3 lgE ) x l x W x эпсилон x ро
0 гамма 1
lg[-----------------------------------------------------] - 3,0
Q x K
гамма
n >= ---------------------------------------------------------------, (2.3)
2,2
эпсилон x ро x W
lg[-------------------] - 1,1
2,2
l
1
где:
H x W
эпсилон = -----;
2W
ро(пси ) - коэффициент, учитывающий ухудшение защитных свойств
i
канала при угле изгиба между секциями пси < 90°. Для значений
i
40° <= пси <= 90° ро(пси ) = ро*(пси ). Для 40° > пси
i i i i
значения ро(пси ) находят по формуле:
i
ро*(пси )
i
ро(пси ) = ----------. (2.4)
i 2/3
эпсилон
Значения ро*(пси ) приведены в таблице 2.4.
i
Таблица 2.4
ЗНАЧЕНИЯ ро*(пси )
i
-----------+----T----+----T----+---T----+----T----+----T----+----- ¦пси, град.¦90 ¦75 ¦70 ¦65 ¦60 ¦55 ¦50 ¦45 ¦40 ¦35 ¦30 ¦ +----------+----+----+----+----+---+----+----+----+----+----+----+ ¦ро*(пси ) ¦1,0 ¦1,3 ¦1,55¦1,75¦2,0¦2,35¦3,0 ¦4,2 ¦5,6 ¦8,0 ¦12 ¦ ¦ i ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ -----------+----+----+----+----+---+----+----+----+----+----+-----
2. По известным значениям N, W, пси и r проектируют канал с
i
учетом конкретных условий. При этом определяются длины каждой
секции канала l (L = l / W), которые должны удовлетворять
i i i
условию:
0,5L
(i-1)
L >= ----------------------- + 0,5. (2.5)
i L x sin пси - 0,5
(i-1) i
3. Для данных значений L и ро(пси ) вычисляют коэффициент
i i
ослабления (бета ) гамма-излучения в защите с каналом по формуле:
N
l
(N - 2) 3 1 2 N 2,2
9,5 x (1,55 + 1,3 lgE ) L x sin [пи (--) ] П x L
гамма l i=3 i
бета = -----------------------------------------------------------------, (2.6)
N 2 N 0,2 W
(r / l) П эпсилон x ро(пси ) x L (1 - -)
i=R i i i H
______
/2 2
где l = \/l + l . Сравнивают величину бета с требуемым
1 2 N
коэффициентом ослабления К, определяемым по формуле:
2
10 x K x Q
гамма
К = ----------------. (2.7)
2
r x P
0
Если бета >= К, то проектирование канала в защите закончено.
N
Если бета < К, то корректируют параметры W, H, пси и r. Для
N i
новых значений L и пси по формуле (2.6) вычисляют значение
i i
бета . Расчет проводят до тех пор, пока не получат бета >= К.
N N
4. Оценивают толщины защитных выступов, разделяющих секции
канала. Размеры каждого выступа должны быть такими, чтобы мощность
дозы прямого излучения в конце каждой секции канала не превышала
0,1 мощности дозы отраженного излучения в той же точке,
рассчитанной по формуле (2.6).
Пример. Спроектировать входной лабиринт, если известны
значения следующих величин: W = 0,9 м; H = 2,2 м; пси >= 65°; r =
i
4 60
5,65 м, l = 1,30 м; Q = 2,35 x 10 Ки, источник Co , P = 40
1 0
мР/ч, материал лабиринта - бетон.
Решение: 1. Находим ориентировочное число секций канала:
40 x 1,68 x 1,24 x 0,86 x 1,72 x 1,75
lg[-------------------------------------] - 3,0
4
2,35 x 10 x 12,93 6,95
n ~= ----------------------------------------------- = ---- = 6,4.
1,72 x 1,75 x 0,79 0,98
lg[------------------] - 1,1
2,24
Округляем до ближайшего целого числа - N = 6.
2. Для известных значений N, W, пси и r проектируем канал с
i
привязкой к конкретным условиям (см. рис. 2.2). Получим следующие
значения длин секций и углов между ними:
l = 1,95 м; l = 1,35 м; l = 1,5 м; l = 2 м; l = 1,25 м;
2 3 4 5 6
пси = пси = 65°; пси = пси = пси = 90°, которые
3 4 2 5 6
удовлетворяют условию (2.5).
3. Вычисляем коэффициент ослабления излучения для
спроектированного лабиринта:
4 2,2 2,2 2,2 2,2
9,5 x 17,4 x 0,83 x 1,50 x 1,67 x 2,22 x 1,4
бета = --------------------------------------------------------- =
6 5 2 0,12
8,1 x 1,72 x 1,75 (2,16 x 1,5 x 1,67 x 2,22 x 1,4)
4 = 3,4 x 10
и сравниваем его с требуемым коэффициентом ослабления:
6
2,35 x 10 x 12,93 4
К = ------------------ ~= 3,2 x 10 .
2
5,65 x 40
4. Оцениваем толщины защитных выступов. Так, первый выступ
3
должен ослабить прямое излучение не менее чем в 3,4 x 10 раз (10
x бета ), что соответствует толщине защиты, равной ~ 85 см (имеем
4
140 см). Оба выступа должны иметь коэффициент ослабления 3,4 x
5
10 , что соответствует толщине ~ 130 см (имеем 230 см).
Расчет мощности экспозиционной дозы гамма-излучений в
лабиринте
Мощность дозы гамма-излучения в любой точке лабиринта
определяется из следующего выражения:
P = P + P , (2.8)
пр отр
где:
P - прямое излучение, прошедшее сквозь выступы лабиринта,
пр
вычисляемое по универсальным таблицам (Приложение 2);
P - мощность дозы, создаваемая отраженным гамма-излучением.
отр
На рис. 2.2 показана схема расчета дозы гамма-излучения в лабиринте.
При проектировании и расчетах обычно выбирают главные рассеивающие площадки, которые определяются максимальной "видимостью" облучателя, минимальными расстояниями между рассеивающими поверхностями и точкой детектирования. В этом случае мощность дозы отраженного гамма-излучения будет определяться из выражения:
K x Q S x cos ТЭТА x альфа (ТЭТА , E)
гамма n i i i i
n P = ---------- П ---------------------------------. (2.9)
отр n i=1 2 2
(2 пи) R x R
1 i+1
При i = 1, E = E , при i > 1, E = 100 кэВ.
0
В точку детектирования, расположенную после первого, второго и т.д. поворота лабиринта, приходит многократно отраженное гамма-излучение, которое довольно трудно учесть.
В том случае, если выступы лабиринта не ослабляют прямое излучение до допустимых величин или близких к ним, при расчете необходимо учитывать гамма-излучение, прошедшее сквозь выступы лабиринта и претерпевшее отражение от поверхности бетонной защиты. Суммарная мощность дозы в лабиринте в общем виде может быть определена из выражения:
-мю d
e x В(E мю d, Z) 1 n
P = K x Q [--------------------- + -------] П
гамма 2 n i=1
R (2 пи)
S x cos ТЭТА x d (ТЭТА E)
i i i i,
-----------------------------, (2.10)
2 2
R x R
1 i+1
где:
ТЭТА - угол падения гамма-излучения (угол между нормалью к
i
площадке S и направлением P);
i
R - расстояние от центра облучения до центра площадки S , см;
i i
альфа (ТЭТА , E) - дозовое альбедо гамма-квантов с энергией E
i i
для угла падения ТЭТА ;
i
S - главные рассеивающие площадки, кв. см;
i
мю - линейный коэффициент ослабления узкого пучка гамма-лучей,
-1
см ;
B(E мю d, Z) - дозовый фактор накопления гамма-излучения для
бетона;
d - толщина защиты, см;
R - расстояние от центра облучателя до точки детектирования,
см;
E - энергия первичного гамма-излучения, МэВ;
0
E - энергия отраженного гамма-излучения, равная 100 кэВ.
Индекс у альбедо альфа (ТЭТА , E) и угла ТЭТА означает
i i i
кратность отражения.
Принимается, что интенсивность отраженного гамма-излучения
2
уменьшается пропорционально 1 / R .
Значения альфа (ТЭТА , E) для различных значений E и ТЭТА
i i i
для бетона приведены в таблице 2.5.
Таблица 2.5
ДОЗОВОЕ АЛЬБЕДО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ БЕТОНА
----------+------------------------------------------------------- ¦cos ТЭТА ¦ E, МэВ ¦ ¦ i+-----------------+-----------------+------------------+ ¦ ¦ 0,1 ¦ 0,661 ¦ 1,25 ¦ +---------+-----------------+-----------------+------------------+ ¦ 0 ¦ 0,52 ¦ 0,38 ¦ 0,32 ¦ ¦ 0,1 ¦ 0,45 ¦ 0,29 ¦ 0,24 ¦ ¦ 0,2 ¦ 0,37 ¦ 0,23 ¦ 0,18 ¦ ¦ 0,3 ¦ 0,33 ¦ 0,19 ¦ 0,14 ¦ ¦ 0,4 ¦ 0,29 ¦ 0,16 ¦ 0,11 ¦ ¦ 0,5 ¦ 0,27 ¦ 0,13 ¦ 0,08 ¦ ¦ 0,6 ¦ 0,23 ¦ 0,11 ¦ 0,08 ¦ ¦ 0,7 ¦ 0,22 ¦ 0,09 ¦ 0,05 ¦ ¦ 0,8 ¦ 0,2 ¦ 0,08 ¦ 0,05 ¦ ¦ 0,9 ¦ 0,18 ¦ 0,07 ¦ 0,04 ¦ ¦ 1,0 ¦ 0,17 ¦ 0,06 ¦ 0,04 ¦ ----------+-----------------+-----------------+-------------------
Расчет бетонной лабиринтной защиты может быть выполнен также с помощью эмпирических формул (2.11) и (2.12):
_
m x K x Q
i гамма
i P = ---------------, (2.11)
отр 2 3 2
L x П r
i=1 i
где:
_ 2 5
m - эмпирические коэффициенты, равные 6 x 10 ; 2,8 x 10 ;
i
8
3,3 x 10 для первого, второго и третьего поворота лабиринта
соответственно;
L - расстояние от центра облучателя до центра площадки S , см;
1
r - расстояние между рассеивающими площадками (или до
i
расчетной точки), см;
n-1 2
П C W
i o i
i
n P = Q x K ----------- x эпсилон, (2.12)
отр гамма 2
П R
i i
где:
R - расстояние вдоль оси 1-го, 2-го и т.д. звена лабиринта,
i
см;
W - ширина лабиринта, см;
H + W
эпсилон = -----,
2W
где:
H - высота лабиринта, см;
C - константа для данной энергии и материала защиты.
o
i
На рис. 2.3 показана энергетическая зависимость константы C
o
i
для бетона.
После второго поворота лабиринта величина C принимается
o
i
равной C при E = 0,1 МэВ.
o
i
Максимально относительные ошибки расчета по отношению к
экспериментальным данным не превышают +50%.
Пример. Определить P, создаваемую отраженным гамма-излучением
на входе в лабиринт в точке Д (рис. 2.2), и необходимую толщину
защитной двери (материал - железо), если облучатель собран из
60 4
источников Co суммарной активностью 2,35 x 10 Ки, высота
лабиринта H = 2,2 м, материал лабиринта - бетон, P = 1,4 мР/ч.
0
Решение. Мощность дозы в точке Д создается
трехкратно отраженным гамма-излучением, приходящим с площадок S и
3
S' . Вклад в полную мощность дозы в т. Д от излучения, отраженного
3
от пола и потолка лабиринта, учитывается с помощью коэффициента q
= 2.
По рис. 2.2 R = 1,75 м; R = 4,2 м; R = 2,2 м; R' = 2,95 м;
1 2 3 3
R = 1,7 м; R' = 1 м; cos ТЭТА = 1; cos ТЭТА = 0,5; cos ТЭТА =
4 4 1 2 3
0,09; cos ТЭТА' = 0,97; S = 4,1 кв. м; S = 3,5 кв. м; S = 3,1
3 1 2 3
кв. м; S' = 3,4 кв. м.
3
Величины альфа (ТЭТА , E) в зависимости от энергии
i i
гамма-излучения, падающего на площадку, и косинусов углов падения
определяем по табл. 2.5.
Так как E = 1,25 МэВ и E' = E" = ... = E = 0,1 МэВ, то
0 n
альфа (ТЭТА , E ) = 0,04; альфа (ТЭТА , E) = 0,27; альфа (ТЭТА ,
1 1 0 2 2 3 3
E) = 0,47 и альфа'(ТЭТА', E) = 0,17. Полученные данные подставляем
3 3
в формулу (2.9) и получаем, что P ~= 20 мР/ч. С учетом
отр
коэффициента q = 2 P ~= 40 мР/ч. Доза, создаваемая в точке Д
отр
прямым излучением и рассчитанная с помощью данных раздела "А"
настоящего Приложения, пренебрежительно мала.
Определяем толщину защитной двери при P = 1,4 мР/ч:
0
необходимая кратность ослабления K = 40 / 1,4 ~= 30, из
универсальных таблиц для K = 30 и E = 0,1 МэВ находим толщину
гамма
защиты из железа d = 2,4 см.
При проектировании защитных поворотных дверей следует
учитывать прострел рассеянных гамма-квантов вдоль щелей,
образующихся между дверью и защитными стенами. Ширина этих щелей
изменяется от 30 до 150 мм в зависимости от конструкции дверей,
точности их монтажа, строительных дефектов и т.д. Для типовых
защитных дверей (диаметры дверей 1700 и 2800 мм, ширина входного
проема - 900 и 1600 мм соответственно) кратность ослабления
6
излучения, прошедшего через такие щели, составляет ~ 10 . В
отдельных случаях снизить величину мощности дозы гамма-излучения,
выходящего из щелей, до допустимого уровня можно путем уменьшения
ширины щелей (наваривание на грани дверей или обечайки листовой
стали, покрытие их свинцом). Покрытие участков стенок щелей (на
выходе из них) свинцом толщиной 3 - 5 мм позволяет в 10 раз
уменьшить интенсивность выходящего из щелей излучения.
Приложение 3
ВЕНТИЛЯЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ МОЩНЫХ ГАММА-УСТАНОВОК
Проектирование вентиляции помещений мощных гамма-установок, определение объема выбросов вентиляционного воздуха в атмосферу и способов его очистки следует производить в соответствии с требованиями настоящих Правил.
Расчет воздухообмена в помещениях мощных гамма-установок
Кратность воздухообмена (К) и расхода воздуха (L) в зависимости от объема рабочей камеры установки определяются из следующих формул:
-3 -2/3 -1
К = 3,1 x 10 Q x V , ч ; (3.1)
-3 1/3
L = 3,1 x 10 Q x V , куб. м/ч, (3.2)
где:
Q - активность облучателя, кюри;
V - объем рабочей камеры, куб. м.
На рис. 3.1 приводится номограмма для определения кратности
2 6
воздухообмена при Q = 2 x 10 x 10 кюри. На этих номограммах
2
выделены области значений К, ограниченные в пределах 3 <= К <= 10
2
и 10 <= V <= 2 x 10 .
В отдельных случаях рассчитанные по формулам (3.1) и (3.2)
значения К становятся настолько большими, что их практическое
осуществление может оказаться нереальным. В таких случаях
вентилируют помещение камеры при более низкой, чем требуется по
расчету (К) кратности воздухообмена, К , но и при этом в течение
ф
некоторого времени ("запретного периода") после перемещения
облучателя из рабочего положения в хранилище доступ в камеру
должен быть запрещен.
При наличии в рабочей камере установки только окислов азота и
озона величина запретного периода (t ), на протяжение которого
1
камера вентилируется с кратностью (К ), определяется по
ф
соотношению:
К
ln --
К
ф
t = -----, ч. (3.3)
1 К
ф
В том случае, если в рабочей камере помимо постоянно
образующихся окислов азота и озона выделяются еще и другие вредные
вещества из облученных объектов и к моменту удаления облучателя в
хранилище концентрация любого из них равна q мг/л, то для
i
снижения суммарной концентрации всех присутствующих в воздухе
камеры вредных веществ к моменту разрешения входа в нее людей
необходимый запретный период (t ) может быть определен по формуле:
2
К n
ln(-- + 2 SUM P )
К i i
ф
t = -----------------, ч, (3.4)
2 К
ф
где P = q / q (q - ПДК отдельного i-го вредного
i i o o
i i
вещества).
6
Пример. Облучатель с активностью Q = 3,25 x 10 кюри помещен в
рабочую камеру объемом V = 60 куб. м. Найти необходимые для
данного случая L и К, а также величину запретного периода t , если
2
-1
фактическая кратность воздухообмена К = 30 ч . В камеру облучения
выделяется также фтористый водород из облученных объектов,
-3
концентрация которого в воздухе равна q = 1 x 10 мг/л (ПДК
i
-4
фтористого водорода q = 5 x 10 мг/л).
o
i
В соответствии с расчетом по формулам (3.1) и (3.2) L = 4
расч
4 -1 -1
x 10 куб. м x ч при К = 660 ч ; т.к. К < К, то вводится
ф
запретный период времени, равный:
-3
660 1 x 10
ln(--- + 2 x --------)
30 -4
5 x 10
t = ---------------------- ~= 6,5 мин.
2 30
Таким образом, для создания безопасных концентраций окислов азота, озона и фтористого водорода в этом случае достаточно вентилирования помещения камеры в течение 6,5 минут после удаления облучателя в хранилище. Вход в рабочую камеру во время запретного периода должен быть исключен. Это обеспечивается применением специальной системы блокировки входной двери.
Гремучая смесь. Определенную опасность при водном и смешанном способах хранения облучателя представляет выделение водорода, создающего с воздухом взрывоопасную смесь. Максимальное время безопасного накопления водорода и минимальная кратность воздухообмена (К) в этих случаях определяются из следующих формул:
6
t = 0,29 x 10 V / Q, ч; (3.5)
max
-6 -1
К = 3,24 x 10 Q / V, ч . (3.6)
min
При больших объемах помещений и незначительной активности облучателя этот фактор опасности не имеет существенного значения, ибо образующийся водород будет полностью удален при проветривании помещения с кратностью воздухообмена, определенной расчетом для этого фактора. Однако следует иметь в виду, что при наличии крышки над бассейном, в котором под водой хранятся источники излучения, объем между зеркалом воды и крышкой будет намного меньше объема камеры установки. Это же может быть и в некоторых случаях при создании ограниченных замкнутых объемов около облучателя с теми или иными технологическими целями. При этих условиях названный фактор может приобрести серьезное значение.
5
Пример. При активности облучателя Q = 6,5 x 10 кюри и V =
0,03 куб. м из формул (3.5) и (3.6) следует, что t ~= 0,0134 ч,
max
-1
а К = 70 ч . Следовательно, такие небольшие объемы должны
min
постоянно усиленно вентилироваться с обеспечением в данном случае
-1
кратности воздухообмена, равной 70 ч , а время, в течение
которого такой объем может оставаться без проветривания,
составляет всего 0,8 мин.
Вентиляция в помещениях установок
Установки с подвижным облучателем. При эксплуатации мощных гамма-установок вредности, например, окислы азота и озон могут распространяться по всему объему рабочей камеры. При разработке проекта вентиляции таких помещений для эффективного удаления этих и других возможных вредностей необходимо так организовать направление движения воздушного потока в лабиринте и рабочей камере установки, чтобы было обеспечено наиболее полное их проветривание. Это достигается удалением воздуха из объема камеры от трех зон - верхней, средней и нижней. Рекомендуемое размещение вытяжных отверстий и их размеры показаны на рис. 3.2.
При данном размещении вытяжных отверстий (рис. 3.2) обеспечивается устойчивое движение воздушного потока с достаточно равномерным его распространением по всему объему лабиринта и рабочей камеры установки. При соотношении объемов приточного и вытяжного воздуха, равном 1:3, обеспечивается наиболее равномерное проветривание помещений установки.
Установки с неподвижным облучателем и с сухим способом защиты. В таких установках образование озона и окислов азота возможно лишь в рабочем объеме. Поэтому в помещениях, где расположены такие установки, следует предусматривать лишь общеобменную приточно-вытяжную вентиляцию.
Комментарии
Комментирование через социальные сервисы Facebook и Вконтакте:
Федеральное