Климанов Сборник задач по теории переноса, дозиметрии и засчите 2011

В.А. Климанов, А.И. Ксенофонтов, Н.Н. Могиленец, М.П. Панин, В.В. Смирнов; под ред. В.А. Климанова. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. 196 с.

В книге представлены задачи по четырем дисциплинам, изучаемым студентами НИЯУ МИФИ по специальности «Радиационная безопасность человека и окружающей среды»: «Введение в теорию переноса ионизирующих излучений», «Численные методы теории переноса ионизирующих излучений», «Дозиметрия ионизирующих излучений» и «Защита от ионизирующих излучений». Задачи распределены по трем главам, каждая глава разделяется на тематические разделы. В начале каждого раздела дается краткое изложение теории и основные формулы, необходимые для решения задач. В конце книге приводятся ответы к задачам и в приложении содержатся дополнительные справочные материалы.

Книга написана преподавателями кафедры «Радиационная физика и безопасность атомных технологий» НИЯУ МИФИ, имеющими большой опыт в преподавании этих четырех курсов, Книга предназначена для студентов, преподавателей и аспирантов инженерно-физических и физико-технических вузов, специализирующихся в области радиационной физики и радиационной безопасности, а также для слушателей курсов повышения квалификации.

Пособие подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.

Рецензент д-р физ.-мат. наук, проф. В.Т. Самосадный

© Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2011

Глава 1. Теория переноса ионизирующих

1.Характеристики поля излучений. Взаимодействие

излучения с веществом……………………………

Уравнения переноса для нейтронов и фотонов

Аналитические методы решения…………………….

Численные детерминистские методы…………….

Глава 2. Дозиметрия ионизирующих излучений………….. 54

Основные дозирметрические величины……………

Ионизационный метод дозиметрии…………………

Дозиметрия фотонов и β-частиц…………………

Энергетическая зависимость чувствительности

(ЭЗЧ) дозиметров в полях фотонного излучения……

Сцинтилляторы в дозиметрии ионизирующих

Дозиметрия излучений инкорпорированных

Оценка погрешностей дозиметрических

Некоторые полезные соотношения………………

Задачи для решения в вычислительной системе

Глава 3. Защита от ионизирующих излучений

Радиационные характеристики источников

Методы расчета защиты от гамма-излучения

18. Защита от нейтронов…………………………………. 118

19. Альбедо излучений…………………………………… 126

20. Защита от α и β -излучения…………………………… 133

Приложение (Справочный материал)………………………. 136

Ответы и указания

Почти двадцать лет прошло после последнего (четвертого) издания книги «Сборник задач по дозиметрии и защите от ионизирующих излучений» (авторами 4-го издания были В.И. Иванов, В.А. Климанов, В.П. Машкович). Задачник за эти годы стал основным учебным пособием для семинарских и практических занятий у студентов в России, обучающихся по специальности «Радиационная безопасность человека и окружающей среды». Однако с течением времени вследствие физического износа и других естественных причин книга стала практически библиографической редкостью. Вместе с тем простое переиздание задачника было бы нецелесообразным, так как за эти годы нормирование радиационной безопасности в России претерпело существенное изменение, была разработана и реализована на практике новая концепция эффективной дозы, появилось много новых рекомендаций международных и национальной организаций, связанных с регулированием и обеспечением радиационной безопасности. Важно также, что в настоящее время происходит переход обучения на двухуровневую систему бакалавр-магистр и на образовательные стандарты третьего поколения, что также требует создания новой учебной литературы.

Данные причины обусловили издание новой книги, предназначенной для семинарских и практических занятий по нескольким дисциплинам, входящим в Государственный образовательный стандарт специальности «Радиационная безопасность человека и окружающей среды». К этим дисциплинам относятся: «Введение в теорию переноса ионизирующих излучений», «Численные методы теории переноса», «Дозиметрия ионизирующих излучений» и «Защита от ионизирующих излучений».

К нашему глубокому сожалению, заведующий кафедрой «Радиационная физика, биофизика и экология» МИФИ (теперь кафедра «Радиационная физика и безопасность атомных технологий» НИЯУ МИФИ) профессор В.И. Иванов и профессор В.П. Машкович преждевременно ушли из жизни. Авторы настоящего пособия - преподаватели той же кафедры, они многие годы работали под руководством и совместно с В.И. Ивановым и В.П. Машковичем, некоторые из них являются их учениками, и все имеют большой опыт преподавания указанных выше дисциплин. Поэтому в книге сохранены методические принципы, структура и стиль изложения материала. Задачник по-прежнему состоит из трех глав, каждая из которых содержит несколько тематических разделов. В начале всех раз-

делов даются краткое изложение теории и основные формулы, необходимые для решения задач. Вместе с тем изменено название задачника, что более точно отвечает содержанию книги. В первой главе появилось значительное количество новых задач, тексты оставшихся же, учитывая опыт преподавания, пересмотрены. В остальных главах учебного пособия все задачи являются новыми.

В первую главу, авторами которой являются профессор В.А. Климанов и доцент М.П. Панин, вошли задачи по теории переноса ионизирующих излучений. В ней приведены задачи по определению основных характеристик поля излучения, по расчету сечений взаимодействия ионизирующих излучений с веществом, получению различных форм и аналитических решений уравнения переноса в приближениях элементарной теории диффузии, элементарной теории замедления, теории возраста, по методу последовательных столкновений и получению численных решений уравнения переноса детерминистскими методами и методом Монте-Карло.

Вторая глава - доцент В.В. Смирнов и ст. преподаватель Н.Н. Могиленец - посвящена дозиметрии ионизирующих излучений. Она содержит задачи по расчетам и оценкам основных физических процессов взаимодействия излучений с веществом, обусловливающих передачу и поглощение энергии в различных средах, по методикам установления связей измеренных различными детекторами величин с соответствующими дозиметрическими величинами, по расчетным методам определения параметров дозных полей для частиц различного вида, по оценкам погрешностей дозиметрических величин. Представлен ряд задач дозиметрии, решаемых в рамках вычислительной системы Mathcad .

Третья глава - доцент А.И.Ксенофонтов и ст. преподаватель А.А. Званцев - посвящена защите от ионизирующих излучений. В эту главу включены следующие разделы: расчет защиты от фотонов, нейтронов, заряженных частиц и от смешанного излучения, радиационная безопасность и альбедо излучений.

ГЛАВА 1 . Теория переноса ионизирующих излучений

1. Характеристики поля излучения. Взаимодействие излучения

Наиболее полная информация о стационарном поле ионизирующего излучения задается пространственной энергетически-угловой

плотностью потока частиц ϕ ( r , E , Ω ) . Эта величина представляет

собой отнесенное к единичному энергетическому интервалу число частиц с энергией E , движущихся в направлении единичного векто-

ра Ω в единичном телесном угле и пересекающих за единицу времени помещенную в точке r пространства единичную площадку,