Общие характеристики источников излучения

Источником ионизирующего излучения называют объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое устройство, испускающее или способное (при определенных условиях) испускать ионизирующее излучение.
Современные ядерно-технические установки обычно представляют собой сложные источники излучений. Например, источниками излучений действующего ядерного реактора, кроме активной зоны, являются система охлаждения, конструкционные материалы, оборудование и др. Поле излучения таких реальных сложных источников обычно представляется как суперпозиция полей излучения отдельных, более элементарных источников.

Любой источник излучения характеризуется: видом излучении; геометрией источника (формой и размерами); мощностью и её распределением для протяжённых источников; энергетическим спектром; временным распределением излучения; угловым распределением излучения.

Геометрически источники могут быть точечными и протяжёнными. Протяжённые источники могут быть линейными, поверхностными или объёмными.

Физически точечным можно считать такой источник, максимальные размеры которого много меньше расстояния до точки детектирования и длины свободного пробега частиц в материале источника (т.е. ослаблением излучения в самом источнике можно пренебречь) [5].

Поперечные размеры линейных источников должны быть много меньше расстояния до детектора и длины свободного пробега частиц в материале источника [5].

Поверхностные источники имеют толщину много меньшую, чем расстояние до точки детектирования и длина свободного пробега частиц в материале источника [5].

В объёмном источнике излучатели распределены в трёхмерном пространстве и размеры источника больше длины свободного пробега частиц в его материале.

Энергетический спектр излучения источников может быть моноэнергетическим, дискретным или непрерывным.

Моноэнергетическим является, например, гамма-излучение ряда нуклидов, испускающих фотоны только одной энергии, таких как ⁵⁴Mn, ¹³⁷Cs, ²⁰³Hg, аннигиляционное излучение (энергия излучения определяется массой аннигилирующих частиц) и т.д.

Дискретный спектр имеют альфа-частицы и фотоны большей части радиоактивных нуклидов, излучающих альфа-частицы и электромагнитные кванты.

Непрерывный энергетический спектр характерен для бета-излучения нуклидов, тормозного гамма-излучения (возникающего при бомбардировке вещества потоками электронов и других заряженных частиц), нейтронного излучения при реакциях деления и при реакциях (α, n).

По временному распределению источники разделяют на импульсные, стабильные и нестабильные.

Импульсные источники испускают излучение в течение одного или последовательности интервалов времени, каждый из которых существенно меньше общего времени наблюдения.

Стабильные источники испускают ионизирующие частицы, число которых в единицу времени остаётся стабильным (в определённых пределах) в течение времени наблюдения. У нестабильных источников это условие не соблюдается.

По угловому распределению источники излучения можно разделить на изотропные, косинусоидальные пропорциональные cos θ₀, косинусоидальные пропорциональные cos^п θ₀ и мононаправленное [5]. Диаграммы направленностей этих видов излучений представлены на рисунке 2.1.

РРррр

Угловая функция излучения для этих случаев имеет вид [5]:

- изотропное: ; (2.1)

- косинусоидальное пропорциональное cos θ₀ :

; (2.2)

- косинусоидальное пропорциональное cosⁿ θ₀ :

(2.3)

- мононаправленное: . (2.4)

Функция f (θ₀) в данных распределениях нормирована таким образом, чтобы в единицу времени в полупространство в телесный угол 2π стерадиан точечным источником (или линейным, поверхностным или объёмным) соответственно с единицы длины, площади или объёма испускается одна частица, т.е.

. (2.5)

Если функцию f (θ₀) нормировать так, чтобы излучение испускалось в телесный угол 4π стерадиан, то значения f (θ₀) будут в два раза меньше, чем полученные по формулам (2.1 – 2.4).

Распределение (2.3) является наиболее общим. При n = 0 оно преобразуется в (2.1), при n = 1 – в (2.2), а при произвольном n – в распределение (2.4).

Наиболее простым является описание точечного моноэнергетического источника единичной мощности, помещённого в точку с координатами r ₀. Оно описывается выражением [5]:

, (2.6)

где f (Ω) описывает угловое распределение источника излучения;

Е ₀ – энергия частиц источника;

δ(r – r ₀) – дельта функция, определяющая зависимость от расстояния до источника;

δ(E – E ₀) – дельта функция, определяющая зависимость энергии от координат точки детектирования.

Поле точечного изотропного источника в вакууме изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника до детектора.

Излучение плоского моноэнергетического источника с энергией частиц Е ₀ , плоскость которого перпендикулярна некоторому единичному вектору k и проходит через точку r ₀ , а излучатели распределены равномерно по всей поверхности источника с угловым распределением излучения, задаваемым функцией f (Ω), описывается выражением

. (2.7)

Излучение плоских источников нормировано на одну частицу, испускаемую в единицу времени с единичной поверхности источника в телесный угол 2π стерадиан в направлении детектора.

Мононаправленными часто считают точечные изотропные источники, расположенные на значительном расстоянии от облучаемого объекта.