Коротко и по делу.
1) Какие излучения учитываются
- Основное (прямое) фотонное поле: полезное тормозное излучение.
- Утечка из корпуса (leakage) — обычно принимают как доля от первичного: $W_L\approx 1\times 10^{-3}W$ (т.е. $0.1\%$).
- Рассеянное от пациента/фантома (patient scatter) — угловая и энергетическая зависимость, задаётся таблицами/коэффициентами рассеяния $\alpha (\theta )$.
- Фотонные гаммы захвата нейтронов (capture γ) — важны если есть нейтроны.
- Нейтроны фотопроизводства при энергиях нацела выше порога ($\gtrsim 10\text{MV}$).
- Активированное излучение и вторичные продукты (встроенные компоненты, воздуховоды) — эксплуатационные аспекты.
2) Эффективные материалы и принципы
- Для фотонов (мощная затухаемость по энергии): тяжёлая бетонная перегородка, свинец, сталь. Высокая атомная масса (Z) эффективна для ослабления мощности и гамма‑лучей.
- Для нейтронов: водородсодержащие материалы (полиэтилен, полиэтилен с бором — borated polyethylene) для замедления; бораты для поглощения тепловых нейтронов.
- Для поглощения гамм после захвата нейтронов: тонкий слой свинца/стали внешне (после BPE) для подавления capture‑γ.
- Слойность: сначала водородсодержащее для замедления, затем борированное для захвата, затем свинец/бетон для захвата гамм.
- Конкретно: бетон (удобно, дешёво) для больших толщин; для ограниченного пространства — комбинация свинец + полипропилен/БРА; для нейтронов — $10-50\text{cm}$ BPE в зависимости от потока (оценочно).
3) Как рассчитывать толщину экрана — алгоритм и формулы
- Задайте параметры: рабочая нагрузка $W$ (отдача дозы в точке источника, обычно в $\text{Gy/нед}$ или $\text{cGy/нед}$), коэффициент использования $U$, фактор занятости $T$, допустимая доза за расчётный период $P$ (например для сотрудников $P\approx 0.1\text{mSv/нед}$, для публики $P\approx 0.02\text{mSv/нед}$).
- Для каждой компоненты (прямое поле / утечка / рассеяние) вычислите требуемую передачу (пропускание) $B$:
$$B=\frac{P{d}^2}{W_{\text{eff}}UT},$$ где $d$ — расстояние от источника до точки расчёта (в тех же единицах), а $W_{\text{eff}}$ — соответствующая «нагрузка»: для первичного поля $W_{\text{eff}}=W$; для утечки $W_{\text{eff}}=W_L\approx 10^{-3}W$; для рассеяния используйте $W_{\text{eff}}=W\cdot \alpha (\theta )$ (коэффициент рассеяния из таблиц).
- Перевод B в толщину с использованием TVL (tenth‑value layer):
сначала число десятков (TVL) $n=-{\log }_{10}B={\log }_{10}\left(\frac{1}{B}\right)$. Если учтён первый TVL (TVL${}_1$) и последующие TVL:
$$t={\text{TVL}}_1+(n-1)\text{TVL},$$ либо приближённо
$$t=\text{TVL}\cdot n.$$ TVL и TVL${}_1$ берутся из справочников (NCRP‑151, IAEA и т.д.) для соответствующей энергии и материала.
- Альтернативно через линейный коэффициент ослабления $\mu$:
$$t=\frac{1}{\mu }\ln \left(\frac{1}{B}\right).$$ Для нейтронов аналогично, но вместо $\mu$ используют макроскопический коэффициент удаления ${\Sigma }_R$:
$$t=\frac{1}{{\Sigma }_R}\ln \left(\frac{1}{B}\right).$$
4) Практические замечания и порядок расчёта
- Шаги: задать $W,U,T,P,d$; для каждого типа излучения найти $W_{\text{eff}}$ (утечка, рассеяние); вычислить $B$; перевести в толщину через TVL или $\mu$. Сложение вкладов: для разных компонентов суммируйте дозы (не толщины) на точке контроля — выбирайте толщину, дающую суммарную дозу $\le P$.
- Для энергий $\gtrsim 10\text{MV}$ обязательно рассчитывайте нейтроны; для меньших энергий нейтроны обычно пренебрежимы.
- Используйте официальные таблицы TVL/µ и коэффициенты рассеяния (NCRP‑151, IAEA SRS) — эти значения зависят от энергии.
- Учитывайте отверстия, двери, окна, вентиляцию, сервисные каналы и возможную активацию — для них нужны отдельные расчёты и конструирование лабиринтов/чёрных ходов.
- Проверяйте расчёт экспериментальными измерениями при вводе в эксплуатацию.
5) Источники/нормативы (рекомендация)
- NCRP Report No. 151 (Radiation Protection for Particle Accelerator Facilities) — основной справочник.
- IAEA Safety Reports / SRS по защите при мед. ускорителях.
Если нужно — могу сделать пример расчёта (с вашими входными данными: $W,U,T,P,d$, энергия ускорителя, материал экрана).