Глава 9. Классификация защит и характеристики защитных материалов

 

Классификация защит

Защитой называют любую среду (материал), располагаемую между источником и областью размещения персонала или оборудования для ослабления потоков ионизирующих излучений.

Проектирование радиационной защиты – комплексный процесс, включающий в себя выбор материалов защиты, компоновку защиты и ее конструирование. При этом необходимо учитывать и экономическую целесообразность. Безусловной составной частью всех этапов проектирования является анализ полей излучения в защитных материалах.

Принципы проектирования защиты, в первую очередь, зависят от используемого источника ионизирующего излучения и его назначения. Конструкция защиты будет существенно различна даже для реакторов разного типа[41]. Однако можно выделить некоторые требования к защите, общие для всех источников ионизирующих излучений. Общей также можно считать классификацию защит. Так, принято классифицировать защиту по следующим признакам: по назначению, типу, компоновке, форме и геометрии.

По назначению защита может быть

биологической – для обеспечения допустимого уровня мощности излучений в помещении работы персонала (эта защита предназначена для безопасности человека и считается основной);

радиационной – для обеспечения допустимого уровня радиационного повреждения конструкционных и защитных материалов[42];

тепловой – для обеспечения допустимых уровней радиационного энерговыделения, температуры и термических напряжений в конструкционных и защитных материалах[43];

активационной – для обеспечения допустимого уровня активации оборудования и теплоносителя, наведенной нейтронным облучением. Наведенная радиоактивность конструкционных материалов и материалов защиты определяет радиационную обстановку во время ремонта или замены отдельных элементов защиты или оборудования. Наведенная радиоактивность обусловлена поглощением нейтронов в различных материалах.

Радиационная и тепловая защиты необходимы только для мощных источников излучения (например, реактор); конструкционно они часто совмещены. При работе с радиоактивными источниками эти защиты обычно не требуются.

Существует несколько типов компоновки защиты реактора:

сплошная защита, целиком окружающая источник излучения (например, реактор) со всеми его компонентами;

раздельная защита состоит из первичной, окружающей источник излучения (например, активную зону ядерного реактора), и вторичной, предназначенной для защиты от источников излучения, находящихся между ней и первичной защитой (например, система теплоносителя ядерного реактора);

теневая защита, при которой определенные участки вблизи источника защищаются экранами и, таким образом, находятся в «тени» защиты;

  частичная защита – ослабленная защита в направлениях с повышенными допустимыми уровнями облучения (например, для областей ограниченного доступа персонала). Частичная защита устанавливается, например, на подлодках – в направлении дна.

По компоновке защита может разделяться на

гомогенную, состоящую из одного материала;

гетерогенную, состоящую из различных материалов.

По форме внешней поверхности наиболее часто используются плоская, сферическая, цилиндрическая защиты.

Если критерием классификации является геометрия защиты, то можно выделить следующие ее виды: бесконечная, полубесконечная, барьерная и ограниченная (рис. 9.1). Критерий бесконечности защиты можно сформулировать следующим образом: если добавление дополнительных слоев снаружи защиты не изменяет показаний детектора, то защита может считаться бесконечной. Как правило, это означает не менее четырех − шести длин свободного пробега за детектором или источником по линии, их соединяющей, и две − три длины свободного пробега перпендикулярно к этой линии[44]. Полубесконечная защита образуется, если отсечь плоскостью АВ, нормальной к прямой источник-детектор, часть среды с детектором D на границе среды и источником S в среде (рис. 9.1 б) или с источником S на границе среды и детектором D в среде (рис. 9.1 в). Барьерная геометрия (рис. 9.1 г) получится, если отсечь части среды со стороны источника и детектора. Под ограниченной (рис. 9.1 д) понимается среда, у которой хотя бы один из поперечных размеров не может быть принят за бесконечный.

 

Рис. 9.1. Геометрия защит и типичные траектории рассеянных в среде частиц: а) – бесконечная защита; б) и в) – полубесконечные; г) – барьерная; д) - ограниченная

Изменение в геометрии защиты при фиксированных других параметрах влияет лишь на рассеянное излучение, так как вклад в показание детектора нерассеянных частиц зависит только от количества вещества, находящегося на прямой источник-детектор. Наибольшее число рассеянных частиц, попадающих в детектор, очевидно, будет в бесконечной геометрии; это значение уменьшается по мере ограничения защиты, поскольку становится меньше возможностей для рассеяния и попадания рассеянного излучения в детектор.

К корректному учету именно рассеянного в среде излучения и сводятся обычно задачи теории переноса излучений. В расчете поля рассеянного излучения заключается основная трудность решения задач физики радиационной защиты.