Таблица 5
Значения 61/10(см) тормозного излучения в различных материалах
|
Eo МэВ |
Бетон (р = 2,3 г/103 |
Железо (р = 7,8 г/см3) |
Свинец (р = 11,3 г/103 |
|
0,2 |
8,6 |
|
0,14 |
|
0,25 |
9,0 |
_ |
0,29 |
|
0,3 |
10,0 |
— |
0,57 |
|
0,4 |
10,0 |
_ |
0,82 |
|
0,5 |
13,6 |
— |
1,03 |
|
1 |
17,5 |
— |
2,52 |
|
2 |
23,0 |
_ |
3,9 |
|
4 |
30,1 |
8,1 |
4,9 |
|
6 |
35,2 |
9,8 |
5,1 |
|
10 20 |
41,9 46,0 |
10,5 11,2 |
5,6 |
Таблица 6
Выход фотонейтронов (Q1) из различных мишеней в зависимости от энергии электронов
|
|
|
Qi-lO-*, фотоне |
Йтрон/электрон |
|
|
Eo, МэВ |
Си (50 г/см2) |
Сu(12,7 г/см2) |
Та (12,5 г/см2) |
Рb(23 г/см2) |
|
11 |
_ |
_ |
_ |
1,5 |
|
12 |
— |
— |
0,6 |
|
|
15 |
0,8 |
0,4 |
3,5 |
— |
|
19 |
— |
— |
— |
22 |
|
20 |
6 |
3 |
13 |
__ |
|
28 |
21 |
8 |
|
46 |
|
30 |
— |
— |
40 |
— |
|
34 |
33 |
13 |
— |
79 |
|
35 |
|
14 |
— |
— |
|
100 |
— |
— |
100 |
— |
Примечание. В скобках дана толщина мишеней.
ПРИЛОЖЕНИЕ 29
(Приложение 4 к СП 1858-78)
ОРГАНИЗАЦИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ УСКОРИТЕЛЯ
Для удаления образующихся в рабочей камере ускорителя тепловых избытков в ней должны быть обеспечены следующие минимальные кратности воздухообмена:
Объем рабочей ка- До 100 100—500 500—1000 Свыше 1000
меры, м3
Кратность воз- 15 10 5 2
духообмена, 1/ч
При обеспечении приведенных кратностей воздухообмена в рабочей камере во время работы ускорителя в большинстве случаев концентрации образующихся вредных для человеческого организма веществ значительно превышают предельно-допустимые их концентрации (ПДК). Поэтому после выключения ускорителя для обеспечения безопасности персонала вводится запретный период (Tзапр).
Запретный период в общем случае следует определять по формуле
Tзапр = [ In ( ci / ПДК i(ДКдi) )) / ( К кам + λ i)
где Сг — концентрация иго токсичного (радиоактивного) вещества в рабочей камере в момент прекращения облучения, мг/м3 (Ки/м3); ПДК, — предельно допустимая концентрация г-ro токсичного вещества, мг/м3; ДКАi- — допустимая концентрация i-ro радиоактивного вещества, Ки/м3; Ккaм — кратность воздухообмена в рабочей камере ускорителя, 1/ч; Толщина защиты при Eэф, МэВ λ i — коэффициент, характеризующий химическую (или ядерную) нестойкость i-ro токсичного (радиоактивного) вещества после прекращения облучения, 1/ч.
В результате радиолиза воздуха образуются озон и оксиды азота, являющиеся постоянно сопутствующими факторами опасности при работе ускорителя.
Однако, ввиду того, что при работе ускорителей токсичность продуктов радиолиза воздуха определяется в основном образующимся озоном (ПДК озона в 50 раз ниже ПДК
оксидов азота), все расчеты вентиляции должны основываться на обеспечении снижения концентрации озона.
Продукты радиолиза воздуха на установках с ускорителями электронов образуются лишь в зоне пучка ускоренных электронов. Затем они распространяются в объеме всей камеры (за счет перемешивания воздуха).
Концентрация озона в зоне действия пучка электронов рассчитывается по формуле
C з.о оз = (соI ) / ( Sз.о (λ рад + К з.о.)) ( 1 - е -( λ рад + К з.о.) t з.о. ) мг/м3
где C з.о оз — концентрация озона в зоне облучения (в пучке электронов) во время работы ускорителя; с0=4,2-107 мг/(А-м-ч) коэффициент пропорциональности; t з.о. — время нахождения воздуха в зоне облучения (в пучке электронов), ч; I — ток пучка электронов, A; S3.0. — площадь поперечного сечения зоны облучения (развертки), м2; К з.o— кратность воздухообмена в зоне облучения (в пучке), 1/ч; λ рад — коэффициент, учитывающий радиационную нестойкость озона, величина которого зависит от мощности поглощенной дозы и рассчитывается по формуле
λ рад=1,6-10-2Р°'6 1/ч
Мощность поглощенной дозы ускоренных электронов в воздухе рассчитывается по формуле
Р = 3,6-1010(dE / dx ) ион I / S рад/ч,
где (dE/dx) ион — ионизационные потери, МэВ-см2/г (см. табл. 1).
Таблица 1
Ионизационные потерн при прохождении ускоренных электронов различной энергии в воздушной среде
|
Ео МэВ |
(dE/dx) ион МэВ-см2/г |
Ео МэВ |
(dE/dx) ионМэВ-см2/Т |
|
0,2 |
2,46 |
6,0 |
1,88 |
|
0,3 |
2,08 |
8,0 |
1,93 |
|
0,4 |
1,90 |
10,0 |
1,98 |
|
0,6 |
1,74 |
20,0 |
2,13 |
|
0,8 |
1,70 |
30,0 |
2,22 |
|
1,0 |
1,66 |
40,0 |
2,29 |
|
1,5 . |
1,66 |
60,0 |
2,38 |
|
2,0 |
1,68 |
80,0 |
2,45 |
|
3,0 |
1,74 |
100,0 |
2,50 |
|
4,0 |
1,79 |
|
|
Для наиболее эффективного удаления образующихся вредных газов и аэрозолей целесообразно устанавливать местные отсосы вблизи мест их образования.
При эксплуатации ускорителя с индивидуальной радиационной защитой продукты радиолиза воздуха образуются в небольшом объеме. В этом случае важно предотвратить распространение этих продуктов в пультовую и другие помещения, где постоянно находится персонал. Для этого местный отсос из зоны облучения должен быть такой, чтобы он обеспечил скорость движения воздуха в местах подсосов (вход и выход транспортера в зону облучения, щели и т. п.) не менее 0,5 м/с. Обычно это условие соблюдается при местном отсосе 500-1000 м3/ч.
Существует несколько вариантов местной вентиляции из зоны облучения, а именно:
а) отсос воздуха на уровне действия пучка электронов по краю его развертки (с одной или обеих сторон технологического канала); б) отсос воздуха с обеих сторон ускорителя на выходе и входе технологического канала в зону облучения; в) отсос воздуха сверху радиационной защиты (индивидуальная защита ускорителей играет роль вытяжного зонта).
Ускоритель может быть введен в действие лишь при включении местной вентиляции. Система местного отсоса из зоны облучения должна работать от отдельного вентилятора. Вентилятор должен быть вынесен за пределы помещения.
Ввиду малого объема зоны облучения на ускорителе электронов с индивидуальной защитой снижение концентрации газообразных продуктов радиолиза или активации в технологическом канале до предельно допустимой концентрации для лиц категории А при работающем отсосе происходит практически за несколько секунд после выключения ускорителя, поэтому понятие запретного периода в данном случае теряет смысл.
Выброс воздуха, не содержащего, кроме продуктов его радиолиза (озона и оксидов азота), никаких других токсических или радиоактивных компонентов, в атмосферу может производиться без предварительной очистки.
При наличии воздухообмена в зоне облучения образование озона и его распространение в объеме камеры при включенном ускорителе происходит непрерывно. Причем концентрация озона в воздухе зависит от организации вентиляции, объема камеры, места расположения ускорителя в рабочей камере, направления пучка электронов по отношению к направлению движения воздушных потоков. Поэтому точно концентрацию озона в воздухе рабочей камеры ускорителя можно рассчитать лишь исходя из конкретных условий.
Линейная скорость движения воздуха в рабочей камере
v=Ккам1 м/ч,
где Ккам — кратность воздухообмена в рабочей камере, 1/ч; Z — длина камеры, м.
В случае, когда пучок электронов направлен перпендикулярно направлению движения воздуха в рабочей камере, время нахождения каждой порции воздуха в пучке электронов составит
T з.о. =a / v = √S з.о. / KKaмll, ч,
где а — средняя ширина сечения пучка электронов, м.
Тогда кратность воздухообмена в зоне облучения составит
K3.0.=1/tз.оa.=KKaM l /√Sз.о. 1/ч.
Таким образом определяются все параметры (t3.о., К3.0., aрад), необходимые для расчета концентрации озона в зоне пучка электронов.
Количество озона, образующегося за 1 ч, будет равно
Qо.з = С033.0. V.3.o. Kз.о. =С033.0.dS s.0 . K s,0_мг/ч .
За 1 ч через рабочую камеру проходит L м3 воздуха:
L=VкамKкам м3/ч.
Концентрация озона в воздухе камеры при установившемся режиме будет равна
С озкам= Q о.з / L = ( 4,2*107 I dKо.з ) / ( (λ рад + Коз )* V кам K кам) ( 1 - e -( λ рад + К з.о.) tз.о. ) мг/м3
Для охлаждения фольги выходного окна ускорителя ее обдувают струей сжатого воздуха. Расход воздуха ~100 м3/ч. Практически весь этот воздух проходит через пучок ускоренных электронов. Каждая порция воздуха будет находиться в зоне облучения около 1 с (t 3.о.=0,0003 ч, К 3.0.=3600 ч-1). Подставляя значения £3.0. и Кзл. в выражение для Созкам, можно рассчитать концентрацию озона.
На ускорителях электронов высоких энергий (более 10 МэВ) происходит активация облучаемых компонентов среды и материалов по реакциям (γ, n), (-γ, p) и существует опасность внутреннего облучения персонала за счет активирования компонентов воздуха. Так, энергетический порог реакций 14N(γ, n), '3N и 160(γ, n), 150 составляет 10,6 и 15,7 МэВ соответственно.
Концентрация радиоактивного газа в воздухе зоны облучения во время работы ускорителя может быть рассчитана по формуле
Са= (с0' Еo IdKоз ) / ( Kоз .+0.693 / F1/2) VKaM*KkaM *[1- е-(K3.0.+о,693 / Т 1/2.) t зо.|Ки/м3
где с0' — постоянная скорости образования радиоактивного газа в воздухе (Ки/(ч-МэВ-А-м)), зависимость с0' от энергии электронов приведена на рис. 1; Т>/, — период полураспада образующегося радиоизотопа; Е0 — энергия электронов, МэВ.
Рис. 1. Зависимость постоянной скорости образования (со') радиоизотопов I3N и 150 от энергии электронов (вольфрамовая мишень)
В табл. 2 приведены значения запретного периода входа в рабочую камеру ускорителя, рассчитанные но приведенным в данном Приложении формулам для /=1 мА, кратности воздухообмена в камере ККАМ=25 l/ч, объеме камеры FKaM= =560 м3, d=5 м. Расчет проводился, исходя из образования озона, 13N и 150.
При энергиях электронов до 30 МэВ расчет запретного периода следует вести по озону, а при энергиях свыше 30 МэВ — по накоплению радиоактивных газов.
Таблица 2
Величины запретного периода
|
Ео, МэВ |
Tзапр, мин |
|
Ео, МэВ |
Тзапр, мин |
|
|
|
13N |
15О |
|
13N |
15О |
|
10 15 20 |
0 3 5,5 |
0 0 2 |
25 30 35 |
7 9 11 |
5 7 10 |
Примечание. ГзаПр для озона при всех значениях Ео равно 7 мин.
Если запретный период, обусловленный необходимостью снижения мощности дозы излучения от активированных конструкционных материалов и объектов облучения до допустимого уровня (Тзапр), превышает Т3апР, рассчитанный по формуле, приведенной выше, то запретный период определяется Тактзапр
акт L запр'
Пример:
Ускоритель электронов (E0=30 МэВ, /=10~3 А) размещен в рабочей камере объемом VKaM=600 м3, с кратностью воздухообмена .Kкам=10 1/ч. Расстояние от выходного окна ускорителя до мишени d=5 м, средняя площадь развертки пучка электронов S3 0 =0,05 м2. Определить запретный период входа персонала в рабочую камеру.
Решение:
а) Рассчитаем запретный период, исходя из образования озона
Tзапр оз = [In (соз кам / ПДК03)]/(Kкам + λакам),
акам — коэффициент, учитывающий химическую нестойкость озона после отключения ускорителя (акам=1,2 1/ч), не зависит от условий облучения;
с03 кам = ( 4,2 * 10 7 IdK з.о.) / ((λ рад + К з.о.) V кам К кам) * ( 1 - е - (λ рад + Кз.о.) мг/м3,
К з.о. = ( К кам l кам) / (S з.о. ) = (К кам V кам ) / (S з.о. ) *(10 * 8,5)/0,23= 370 1/ч
Тогда 1 tз.о =1/370=0,0027 ч,
λрад=1,6-10-2Р0,6 l/Ч,
Р = 3,6 - 1010 (dE / dx)ион I / S з.0. = = 3,6 • 1010.2,22 • 103 / 0,05 = 1600 Мрад/ч,
λрад = 1,6 • 10-2 (1,6 *109)°.6 = 5330 ч-1
скам°3 (4,2*107*10-3*5*370 ) / ((5330 + 370)*600*10) * (1- е -(5330+370)*0,0027 = 2,3 мг/м3
Т зanp оз= ln * ( 2,3 / 0,1) / (10+l,2) = (ln23) / ll,2= =3,13/11,2 = 0,28 ч = 17 мин.
б) Рассчитаем запретный период, исходя из образования радиоактивных газов.
