3.5.1. Изменения поля излучения, вызванные защитой и детектором

В гомогенной бесконечной среде без источников излучения решением уравнения переноса является величина , не зависящая от положения в поле излучения. Однако это не так, если существуют неоднородности, такие как защита или детектор. Процессы взаимодействия, идущие вблизи этих объектов, оказывают влияние на свойства частиц или фотонов различным образом.

Поле излучения за защитой характеризуется уменьшенной плотностью потока с измененной энергией и распределением по направлениям. Возможные пути определения этих величин обсуждались в разделах 3.3.2 и 3.3.3. Например, спектр нейтронов за защитой из железа толщиной 20 см для случая нормального падения нейтронов с энергией 14 МэВ показан на рис. 3.15. Отдельный пик в низкоэнергетической области спектра вызван неупругим рассеянием нейтронов на ядрах железа. Поле излучения перед защитой также изменяется из-за увеличения плотности потока в результате обратного рассеяния частиц или фотонов совместно с изменениями в спектральном распределении.

Обратное рассеяние β-излучения рассмотрено в разделе 3.4.1. Для описания обратного рассеяния фотонов и нейтронов используется альбедо

(3.109),

где – флюенс отраженного излучения, – падающего. Альбедо зависит от энергии и направления падающего излучения, а также от материала и геометрии защиты. Важным частным случаем является обратное рассеяние фотонов и нейтронов при взаимодействии с человеческим телом или фантомом тела. В этом случае поле излучения на поверхности тела может быть вычислено с помощью соответствующих значений альбедо. Показания индивидуальных дозиметров, например, могут быть интерпретированы корректно, только если известно это измененное поле.

Рис. 3.15. Спектр нейтронов за защитой из железа толщиной 30 см для случая нормального падения нейтронов с энергией 14 МэВ.

Так как определение флюенса или плотности потока в случае фотонного излучения является трудной задачей, иногда задаются альбедо, определяемым по аналогии с уравнением (3.109) для экспозиции (см. раздел 3.5.4) или поглощенной дозы в воздухе . На рисунке 3.16 представлена зависимость этой величины от энергии фотонов для фантома МКРЕ (сфера из тканеэквивалентного материала диаметром 30 см и плотностью 1 г·см^–3).

Рис. 3.16. Зависимость экспозиционного альбедо фотонов от энергии

В нейтронных полях происходят значительные изменения величин поля излучения на поверхности защит, а следовательно и поверхности человеческого тела. Большое число процессов рассеяния, особенно на ядрах водорода, приводят к тому, что преобладающий вклад в поле нейтронов, отраженных телом, вносят тепловые нейтроны. Альбедо тепловых нейтронов

(3.110)

определяется как флюенс отраженных тепловых нейтронов, деленный на полный флюенс падающих первичных нейтронов. Величина обладает фундаментальной важностью в альбедной дозиметрии (см. раздел 7.2.3). Альбедо тепловых нейтронов зависит также от энергии и направления первичных нейтронов. В большинстве случаев, тем не менее, энергетическую зависимость принимают во внимание только для граничных случаев «нормального падения нейтронов» и «изотропного падения нейтронов» (см. рис. 3.17). Необходимо также отметить, что при падении нейтронов на водородосодержащую защиту или тело человека, возникает фотонное поле вследствие реакции ¹H(n, γ)²H.

Рис. 3.17. Альбедо тепловых нейтронов как функция энергии

Детекторы или измерительные пробники также являются неоднородностями в поле излучения, поэтому необходима информация о том, как они искажают поле. Только при ее наличии показания детектора могут быть использованы для определения величин неискаженного поля излучения. Например, если моноэнергетическое излучение падает на детектор вертикально, можно достаточно просто оценить изменение поля излучения в результате процессов взаимодействия с детектором. Если распределение плотности потока в направлении внутри детектора , показания детектора будут являться мерой средней плотности потока

(3.111).

Здесь – толщина детектора, – линейный коэффициент ослабления фотонов. Для нейтронов нужно заменить на обратный средний пробег . Используя уравнение (3.111) можно вычислить для неискаженного поля из средней плотности потока, определенной детектором. Из уравнения следует, что искажениями поля можно пренебречь если и . На практике это условие выполняется, если для фотонов можно принять

(3.112),

для нейтронов

(3.113).

Чрезвычайно резкие изменения поля вызываются сильно поглощающими детекторами в поле тепловых нейтронов. Этот тип детекторов влияет на диффузию нейтронов вблизи, так как вследствие сильного поглощения число тепловых нейтронов, рассеянных из детектора, меньше числа нейтронов, рассеянных в детектор. Поэтому детектор выступает как поглотитель в поле нейтронов, и плотность потока в непосредственной близи к детектору имеет меньшее значение, чем дальше от него. Этот эффект, называемый депрессией потока, можно учесть с помощью корректирующих коэффициентов.