ВКЛАД ИЗЛУЧЕНИЙ В МОЩНОСТЬ ДОЗЫ И ПОТОК ЗА БЕТОННОЙ ЗАЩИТОЙ СИНХРОЦИКЛОТРОНА
Основываясь на экспериментах (разд. 5.1 и 5.3) и расчетах, был установлен вклад различных излучений е мощность дозы и поток за защитой из бетонов плотностью 2300, 3200 и 4600 кг/м3. Падающий на бериллиевую мишень поток протонов имел начальную энергию Ер = 660 Мэв. Спектр нейтронов, выходящих с мишени, уже обсуждался в гл. 2.
В зданиях ускорителей часто допустимой величиной является как доза, так и суммарный поток излучений (см. разд. 5.5), поэтому интересно сопоставить вклады различных видов излучения в дозу и поток за защитой. При постоянной толщине и одинаковом количестве водорода в бетоне (в данном случае ~0,3 вес. %) наибольший вклад в суммарную дозу и поток дают промежуточные нейтроны, образовавшиеся в результате замедления сверхбыстрых нейтронов (табл. 8.1).
Таблица 8.1
Излучения за бетонной защитой синхроциклотрона, % *
* Суммарная доза или поток приняты за 100%, кратность ослабления—200.
** Химические составы бетонов см. в табл. .5.4.
*** В числителе — вклад в мощности дозы, в знаменателе — в поток.
Тепловые нейтроны и захватное гамма-излучение дают очень небольшой вклад в дозу. Однако в допустимый поток тепловые нейтроны могут давать вклад до 17,5% суммарного потока всех излучений.
При постоянной плотности бетона перераспределение вклада различных излучений ускорителя происходит следующим образом в зависимости от количества водорода в бетоне.
Бетон плотностью 2300 кг/м3. Основное излучение в защите ускорителя — промежуточные нейтроны (рис. 8.2, а). Если водорода в бетоне больше 0,3 вес. %, вклад промежуточных нейтронов в мощность дозы становится одинаковым с вкладом сверхбыстрых нейтронов, а затем сверхбыстрые и быстрые нейтроны становятся
Рис. 8.2. Относительное изменение мощности дозы излучений ускорителя за защитой постоянной толщины из бетона плотностью 2300 кг/м3 (а)· 3200 кг/м3 (б); 4200 кг/м3 (в) с увеличением количества водорода:
1 — сверхбыстрые нейтроны (— 20—600 Мэв); 2 —быстрые нейтроны (1,5—20 Мэв); 3 — промежуточные нейтроны (1,5 Мэв — 0,025 эв); 4 — тепловые нейтроны; 5 —захватное гамма-излучение; 6 — суммарная мощность дозы.
Рис. 8.3. Относительное изменение потоков излучений ускорителя за защитой постоянной толщины из бетонов плотностью 2300 кг/м3 (а); 3200 кг/м3 (б); 4200 кг/м3 (в):
1 — сверхбыстрые нейтроны; 2 — быстрые нейтроны; 3 — промежуточные нейтроны; 4 — тепловые нейтроны; 5 — захватные гамма-кванты; 6 — суммарный поток излучения.
Тепловые нейтроны и захватное определяющими. Однако в суммарный поток (рис. 8.3, а) промежуточные нейтроны вносят основной вклад при любых концентрациях водорода. Вклад тепловых нейтронов мало зависит от количества водорода в бетоне.
Бетон плотностью 3200 кг/м3. С изменением количества водорода с 0,1 до 0,6 вес.% суммарная мощность дозы за постоянной защитой падает на 45% (рис. 8.2, б), а суммарный поток — на 58% (рис. 8.3, б). Здесь роль промежуточных нейтронов более существенна, а следовательно, более значительна роль водорода. Поток за защитой в основном состоит из промежуточных нейтронов. Поток тепловых нейтронов мало зависит от количества водорода в бетоне.
Бетон плотностью 4600 кг/м3. Вклад промежуточных нейтронов в дозу и поток за защитой из этого бетона еще более значителен (рис. 8.2, в и 8.3, в), поэтому роль водорода также возрастает. Например, с изменением количества водорода с 0,1 до 0,6 вес.% суммарная мощность дозы уменьшается на 55%, а поток на 75%. Так же как и в других бетонах, тепловые нейтроны и захватные гамма-кванты играют очень незначительную роль при расчете общей толщины защиты синхроциклотрона.
На основе проведенного анализа и по аналогии с выражением (8.2) можно записать, что
Здесь Р1 и Ф1 — соответственно мощность дозы и поток сверхбыстрых нейтронов.
Поток тепловых нейтронов можно приближенно определить из выражения
(8.9)
Фактор накопления тепловых нейтронов по отношению к сверхбыстрым можно вычислить по формуле
(8.10)
где п — выход быстрых нейтронов на один сверхбыстрый нейтрон (см. табл. 2.12); ехр [— h (и)] — вероятность избежать резонансного захвата [3]. Тогда выражения (8.7) и (8.9) можно представить в таком виде:
(8.11)
(8.12)
Величиной обозначено отношение суммы потоков тепловых и быстрых нейтронов к потоку сверхбыстрых нейтронов.
Из рис. 8.2 и 8.3 следует, что факторы накопления В и мало зависят от количества водорода и плотности бетонов. Для практических расчетов их можно принять следующими:
С увеличением плотности бетонов происходит дальнейшее изменение величин Β.
