- Полный линейный коэффициент ослабления гамма квантов в веществе
- В данной работе численными методами рассматривается задача максимального ослабления гамма — излучения веществом в зависимости от энергии гамма — квантов. Построена зависимость минимума полного линейного коэффициента ослабления гамма — квантов в веществе от порядкового номера элементов – кривая прозрачности. Максимумы данной кривой составляют благородные металлы — никель, родий, осмий с большим коэффициентом поглощения излучения в области прозрачности, имеющие одинаковую закономерность заполнения электронами внешних оболочек.
- Введение
- Постановка задачи
- Вопросы Ответы РГГ. Вопрос ответ РК ОБЩИЙ. 4. Пучки нейтронов преимущественно используются для неразрушающего контроля
- 2. Принципиальное различие между электромагнитным (фотонным) и корпускулярным (электронное, нейтронное) излучением с позиции использования их в дефектоскопии состоит в:
- 35. Принципиальное различие между электромагнитным (фотонным) и корпускулярным (электронное, нейтронное) излучением с позиции использования их в дефектоскопии состоит в:
- 37 Критерием оценки качества изображения плоскопанельного детектора не является:
- 38 Значение произведения мА х мин при рентгенографии определяет:
- 11 Чему равна минимальная чувствительность радиографического контроля K при геометрической нерезкости изображения на снимке Uг = 0,1 мм:
- 12 Величина геометрической нерезкости радиографического снимка:
- 28 Увеличение энергии рентгеновского или γ-излучений:
- 33 Основное различие между радиографией и радиоскопией в том, что:
Полный линейный коэффициент ослабления гамма квантов в веществе
В данной работе численными методами рассматривается задача максимального ослабления гамма — излучения веществом в зависимости от энергии гамма — квантов. Построена зависимость минимума полного линейного коэффициента ослабления гамма — квантов в веществе от порядкового номера элементов – кривая прозрачности. Максимумы данной кривой составляют благородные металлы — никель, родий, осмий с большим коэффициентом поглощения излучения в области прозрачности, имеющие одинаковую закономерность заполнения электронами внешних оболочек.
Введение
Гамма излучение обладает большой проникающей способностью. Гамма кванты взаимодействуют с электронами и ядрами атомов среды и выбывают из пучка в результате фотоэлектрического эффекта,комптон – эффекта и эффекта рождения электрон – позитронных пар[1]. Чем больше действие эффектов, тем меньше проникающая способность гамма излучения. При малых энергиях γ-квантов(до десятых МэВ), сравнимых с энергиией ионизации атома, наблюдается фотоэффект. При энергиях квантов Eγ ≥1.02 МэВ, возникает эффект рождения электрон-позитронных пар. Влияние комптон- эффекта происходит в промежуточной энергетической области[1]. Совместное действие эффектов характеризуется полным линейным коэффициентом ослабления γ-квантов в веществе — τ. Оказывается, что зависимость коэффициента ослабления излучения от энергии фотонов имеет минимум(область прозрачности для излучения)[1].Для данной области проникающая способность γ-квантов особенно велика. Если потребовать ослабления γ-квантов в веществе в диапазоне прозрачности ,то тем более будет ослабляться излучение в остальной области энергий. В данной работе методом численного эксперимента изучаются свойства области прозрачности для различных химически чистых веществ.
Постановка задачи
Полный линейный коэффициент ослабления гамма квантов определяется по формуле[1]:
Где n -концентрация атомов поглотителя в единице объема, σ -полное эффективное сечение ослабления. Интенсивность пучка I(x) меняется от толщины прошедшего слоя x:
I(0) –интенсивность пучка в начале пути. Концентрацию атомов среды n можно выразить через плотность среды ρ ,число Авогадро Na ,молярную массу атомов среды M:
Подставим n из формулы (2) в (1):
Полный линейный коэффициент ослабления τ выражается формулой[1]:
где- σф,σк,σпар -сечения фотоэффекта, комптон – эффекта и эффекта рождения пар соответственно. σк имеет множитель Z в (4), так как рассеивающими центрами для фотонов являются Z электронов в комптон-эффекте, а в остальных эффектах центрами рассеяния являются атомы. Формулы, предложенные преподавателями кафедры общей ядерной физики физического факультета МГУ, для σф, σк, σпар имеют вид[2]:
где:
-безразмерный параметр энергии гамма-квантов,
— классический радиус электрона, Z -заряд ядра
— постоянная тонкой структуры, me * c 2 – энергия покоя электрона.
Сечение рождения электрона — позитронных пар σпар в формулах (7) и (8) выполнено в асимптотике при ε ≫1. Сечение реакции σ имеет смысл площади препятствия потоку частиц в расчете на один атом. Физический смысл имеет только σ ≥ 0.В формуле (7) σпар ≥0 при ε ≥ 6.7 .Хотя пары рождаются при энергиях гамма-квантов Eγ ≥1.02 МэВ, или
Это ограничивает диапазон применимости формулы (7).Однако для тяжелых ядер область прозрачности (минимум полного линейного коэффициента поглощения гамма- квантов τ(ε)) достигается даже при ε -1 ) и (εmin=7.733, τmin=35.77м -1 ) соответственно. Заметим, что значение τmin=35.77м -1 не изменилось при малом изменениии εmin после операции сглаживания. Действительно ,в точке локального экстремума для гладкой функции изменение ее значения есть величина более малого порядка , чем изменение аргумента. Толщину половинного ослабления найдем по формуле:
Эти значения неплохо согласуется с табличными данными поглощения гамма-квантов свинцом.
Построение функций прводилось для 87 химически чистых элементов ,исключая газы с низкой температурой сжижения и элементы с неизвестной плотностью. Находились координаты экстремальных точек (εmin, τmin ), для некоторых элементов Z ( рис.3). Для легких элементов Z ≤ 40 эти координаты для обычной и сглаженной кривой совпадают. Как сказано выше ,значение τmin мало зависит от операции сглаживания для всех Z. На рис.4 дана графическая зависимость τmin (Z) сглаженная по значениям точек рис.3 программой dcscon. Назовем эту кривую кривой прозрачности для гамма — квантов.
Кривые рис.3 и рис.4 имеют глубокие минимумы в точках, соотвтствующих щелочным металлам: калий K19 τmin = 2.208м -1 (вн. электронная оболочка 4s 1 ),
рубидий Rb37 τmin = 4.275м -1 (вн.оболочка 5 S 1 ),
цезий Cs55 τmin = 5.209м 1 (вн.оболочка 6 S 1 ). Исключением в данной группе оказался радон. Rn86 τmin = 14.15м -1 (вн.оболочка 6 S 1 6p 6 )-поскольку для ближайшего к нему щелочного франция нет значения плотности в таблицах [3] и точки на рис.4.
Возможно,для франция должен быть последний локальный минимум на рис.4
Кривая рис.4 имеет максимумы в точках, соотвтствующих переходным(благородным) металлам :
1) Максимум для никеля Ni28 τmin = 26.01м -1 (вн.электронная оболочка 3d 8 4s 2 ), следующий за ним элемент
медь Сu29 (вн.электронная оболочка 3d 10 4s 1 )
2) максимум для родия Rh45 τmin = 35.47м -1 (вн.оболочка 4 d 8 5S 1 ), следующий элемент палладий Pd46 (вн. электронная оболочка 4d 10 4s 1 )
3) максимум для иридия Ir77 τmin = 76.6м -1 (вн.оболочка 5 d 7 6S 2 ), следующий элемент платина Pt78 (вн. электронная оболочка 5d 9 6s 1 ) .
Одинаковая закономерность в заполнении внешних электронных оболочек дает уверенность в правильном определении элементов в экстремальных точках кривой рис.4 для Ni28 , Rh45, Ir77.
Рис.3 Минимальные значения полного линейного коэффициета ослабления
Рис.4 Кривая прозрачности для гамма- квантов.
Анализируя точки экстремума, видим, что минимумы на рис.4 образованы щелочными металлами с небольшой энергией ионизации. Именно их внешние электроны взаимодействуют с гамма квантами, возможно, механизмом комптон- эффекта. Максимумы рис.3 занимают благородные металлы 8 группы таблицы Д.И.Менделеева.
У них заполняются 3d,4d,5d электронные оболочки. Все они увеличивают номер d-орбитали на 2 единицы при увеличении заряда ядра на единицу. Одновременно, как правило, происходит уменьшние номера s-орбитали на единицу при увеличении заряда ядра на единицу. В этом случае происходит изменение состава сразу двух оболочек. Возможно, их электроны имеют близкие энергии и сопоставимые веро-роятности взаимодействия с гамма- квантами. Таких элементов в таблице всего три.
Удивительны свойства благородных металлов. У них малый эффективный атомный радиус. Малые эффективные атомные радиусы имеют соседние окружающие Ni28 , Rh45, Ir77 элементы. Электроны таких элементов имеют значительную энергию связи с ядром. Большой модуль Юнга ENi = (200-220)ГПа, ERh = 385ГПа, EIr = (520-590)ГПа ( и большой коэффициент жесткости образца). Следовательно, трудно деформировать электронные оболочки благородных элементов[3]. У Ni28 , Rh45, Ir77 похожие электрические и тепловые свойства
Все сказанное выше показывает, что у благородных металлов Ni28 , Rh45, Ir77 с гамма – квантами эффективно взаимодействуют электроны d-оболочек и s-оболочек. Причем энергии электронов этих оболочек сравнимы.
Результаты :
1)Рассмотрена численная задача зависимости полного линейного коэффициента поглощения гамма квантов веществом от энергии последних .
2)Задача учитывает прежде всего спектр энергии излучения проникающей радиации.
3)Построена зависимость полного линейного коэффициента поглощения от заряда ядер в области прозрачности гамма- квантов.
4) Минимумы кривой прозрачности заполняют щелочные металлы.
5)Максимумы кривой прозрачности соответствуют благородным металлам Ni28 , Rh45, Ir77 ,имеющим одинаковую закономерность заполнения внешних электронных оболочек
6) Металлы Ni28 , Rh45, Ir77 образуют центры групп близких по Z элементов с большим полным линейным коэффициентом поглощения гамма- квантов. Данные элементы или их сплавы с более распространенными элементами можно эффективно использовать для поглощения гамма радиации.
Литература
1.Сивухин Д.В. «Атомная и ядерная физика». В 2-х ч. Ч.2.Ядерная физика. — М.: Наука. Гл. ред. физ. — мат. лит.1989.-416с. — (Общий курс физики; Т.5).
2.O.И.Василенко, Н.Г.Гончарова, В.К.Гришин, Ф.А.Живописцев, Б.С.Ишханов, И.М.Капитанов, Э.И.Кэбин, Ж.М.Селиверстова, Н.А.Сотникова, В.Г.Сухаревский, Н.И.Тулинова, А.В.Шумаков “Субатомная физика. Вопросы. Задачи. Факты”: Учеб. Пособие/под ред. Б.С.Ишханова, — М: Изд-во МГУ,1994 – 224 с.
3.Физические величины: Справочник/ А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина, А.М.Братковский и др.: Под ред. И.С.Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.; Энегоатомиздат, 1991.-1232 с. 4.Бартеньев О.В. «Математическая библиотечка IMSL». :(Ч.3).- М.: Диалог-МИФИ,2001.368с.
Источник
Вопросы Ответы РГГ. Вопрос ответ РК ОБЩИЙ. 4. Пучки нейтронов преимущественно используются для неразрушающего контроля
Название | 4. Пучки нейтронов преимущественно используются для неразрушающего контроля |
Анкор | Вопросы Ответы РГГ |
Дата | 22.04.2020 |
Размер | 68.51 Kb. |
Формат файла | |
Имя файла | Вопрос ответ РК ОБЩИЙ.docx |
Тип | Документы #118762 |
С этим файлом связано 1 файл(ов). Среди них: Вопросы для дефектоскопистов РГГ с ответами.docx. Показать все связанные файлы Подборка по базе: Суперкомпьютеры используются для решения интенсивных вычислением, Особо опасные инфекции с преимущественно водным путем передачи.d, Спектрометрия нейтронов.docx 2. Принципиальное различие между электромагнитным (фотонным) и корпускулярным (электронное, нейтронное) излучением с позиции использования их в дефектоскопии состоит в:
4.Пучки нейтронов преимущественно используются для неразрушающего контроля:
9. Двумя факторами, в значительной степени влияющими на выбор материала для изготовления мишени анода рентгеновской трубки, являются:
10. Наиболее эффективный способ охлаждения рентгеновской трубки стационарного аппарата состоит в:
11. По мере роста высокого напряжения, приложенного к рентгеновской трубке:
12. Влияние рассеянного излучения на качество радиографического контроля заключается в:
13. Проникающая способность рентгеновского излучения, в основном, определяется:
15. Эффективным фокусным пятном рентгеновской трубки является:
14. Ослабление пучка излучения материалом определяется:
18. Экспозиционная доза излучения, воздействующая на объект контроля:
20. По мере проникновения излучения в материал объекта контроля:
21. Фильтрация рентгеновского излучения трубкой зависит от:
22. Термин, используемый для определения размера наименьшего фрагмента изображения эталона чувствительности, видимого на снимке:
23 Тренировка рентгеновских трубок дефектоскопической аппаратуры проводится для:
24 Укажите величину экспозиционной дозы H, необходимую для получения оптической плотности радиографической пленки D = 0,85 единиц, обладающей чувствительностью S =8,0*Р-1:
25 Во время проведении контроля стального ОК радиационной толщиной 14 мм рентгеновским аппаратом с постоянным напряжением 150 кВ при экспозиции 8 мА·мин плотность почернения пробного снимка на мелкозернистой плёнке с коэффициентом контрастности γ=4 составила только D0 = 0,85 . Какая экспозиция необходима для получения более качественного снимка с плотностью почернения D = 2.5 в тех же условиях:
29 Проникающая способность рассеянного излучения при радиографическом контроле:
30 В чем проявляется отрицательное воздействие рассеянного излучения на качество радиографического снимка:
31 Величина геометрической нерезкости радиографического снимка:
32 Двумя факторами, влияющими на чувствительность радиоскопического контроля с использованием флуороскопических экранов являются:
34 Повышение контраста изображения внутренней структуры объекта контроля при применении усиливающих экранов связано:
37 В каких условиях следует производить зарядку и сканирование фосфорных пластин:
38 Какова должна быть при расшифровке с помощью негатоскопа яркость за снимком со стороны, обращенной к глазу оператора?
40 Сигнал – шум изображения, полученного цифровым плоскопанельным детектором, определяется:
1. В системе СИ единицей поглощенной дозы является:
3 Что ограничивает применение импульсных рентгеновских аппаратов?
5 Как изменится интенсивность излучения рентгеновской трубки с постоянным напряжением питания анода при увеличении величины анодного тока в 2 раза:
8 Какой из перечисленных ускорителей дает наименьшее поле облучения?
9 В виде чего наблюдается на рентгенограмме различия в интенсивностях рентгеновского пучка?
10 Листы свинцовой фольги, находящиеся в плотном контакте с радиографической пленкой во время экспонирования, увеличивают плотность почернения снимка вследствие того, что они:
11 Изображение полученное с цифрового детектора прямого преобразования:
14. Ослабление пучка излучения материалом определяется:
15 Какой тип излучения имеет значение для дефектоскопии?
16 По сравнению с системами сканирования многоразовых пластин цифровые плоскопанельные детекторы:
4Что происходит при чрезмерном увеличении фокусного расстояния?
21 Двумя факторами, влияющими на чувствительность радиоскопического контроля с использованием флуороскопических экранов являются:
28 В каком из перечисленных случаев при радиографическом контроле нецелесообразно применение металлических усиливающих экранов:
31 Какое значение яркости J освещенного поля негатоскопа необходимо для расшифровки радиографического снимка оптической плотностью D = 3.7Б единицы:
34. По мере проникновения излучения в материал объекта контроля:
35. Принципиальное различие между электромагнитным (фотонным) и корпускулярным (электронное, нейтронное) излучением с позиции использования их в дефектоскопии состоит в:
38 Назначение системы охлаждения анода рентгеновской трубки заключается в:
40 Принцип работы плоскопанельного детектора заключается в том, что:
2. Для каких целей используют понятие «слой половинного ослабления»?
8 Какова должна быть при расшифровке с помощью негатоскопа яркость за снимком со стороны, обращенной к глазу оператора?
32 Двумя факторами, влияющими на чувствительность радиоскопического контроля с использованием флуороскопических экранов являются:
23 Укажите минимальный размер дефекта σ, который можно обнаружить на снимке, если абсолютная чувствительность радиографического контроля составляет Kабс = 0,3 мм:
24 Из-за геометрических факторов, таких как размер фокусного пятна источника, расстояние «источник-объект контроля» и расстояние «объект контроля-пленка», возникает размытость изображения, которая называется:
31 Основное назначение высокоэнергетической радиографии:
. 2. Двумя факторами, в значительной степени влияющими на выбор материала для изготовления мишени анода рентгеновской трубки, являются:
3 Значения коэффициентов ослабления тормозного излучения для различных элементов снижаются, когда:
6 Моноэнергетический рентгеновский пучок излучения представляет собой:
7Какие химические элементы называются изотопами:
8 Для получения Излучения пучков: а)электронов; б) позитронов; в) альфа- частиц г) нейтронов; 10 Какой тип излучения имеет значение для дефектоскопии?
12 Удельная активность радионуклида Кобальт-60 зависит от:
14 Назначение циркулирующего масла в некоторых видах рентгеновских аппаратов состоит в:
21 Назначение системы охлаждения анода рентгеновской трубки заключается в:
28 Укажите основные преимущества использования многоразовых запоминающих (фосфорных) пластин в качестве детектора рентгеновского излучения:
34 Основным источником электронов в высоковакуумных рентгеновских трубках является:
35 Направление распространения рассеянного излучения:
36 Применение свинцовых усиливающих экранов при радиографическом контроле:
18 Какой из перечисленных факторов является определяющим для получения требуемого радиографического контраста снимка?
9 Неравномерное распределение проявленных частиц в эмульсии обработанного снимка создает субъективное ощущение:
11 Как меняется плотность потемнения пленки при воздействии непрерывного потока излучения?
13 Какова должна быть при расшифровке с помощью негатоскопа яркость за снимком со стороны, обращенной к глазу оператора?
17 Сумма зарядов ионов одного знака, возникающих в облученном объеме воздуха при полном торможении всех ионизирующих частиц, деленная на массу этого объема, называется:
18 Форма характеристической кривой радиографической пленки:
20 Основным видом взаимодействия фотонов γ-излучения радионуклида Кобальт-60 с веществом объекта контроля является:
21 В системе СИ единицей активности радионуклида является :
22. В микрофокусной рентгенографии используются:
23 По мере увеличения времени проявления радиографической пленки ее характеристическая кривая:
33 Радиографические пленки с крупным размером зерна эмульсии:
34. Особая форма рассеяния, возникающая вследствие дифракции рентгеновского излучения в крупнозернистой структуре образца, проявляется:
37 Критерием оценки качества изображения плоскопанельного детектора не является:
38 Значение произведения мА х мин при рентгенографии определяет:
39 Во время проведении контроля стального ОК радиационной толщиной 14 мм рентгеновским аппаратом с постоянным напряжением 150 кВ при экспозиции 8 мА·мин плотность почернения пробного снимка на мелкозернистой плёнке с коэффициентом контрастности γ=4 составила только D0 = 0,85 . Какая экспозиция необходима для получения более качественного снимка с плотностью почернения D = 2.5 в тех же условиях:
40 Особый радиографический метод, требующий двух раздельных экспозиций из разных точек одного и того же ОК и позволяющий получить 3-мерное изображение этого ОК при одновременном рассматривании двух снимков в оптическом приборе, носит название:
3 Фильтр, установленный между источником и объектом контроля:
11 Чему равна минимальная чувствительность радиографического контроля K при геометрической нерезкости изображения на снимке Uг = 0,1 мм:12 Величина геометрической нерезкости радиографического снимка:
14 При одинаковой толщине и энергии проникающего излучения, при контроле 2-х образцов из различных материалов разница в ослаблении интенсивности будет зависеть от:
20 С помощью какого метода можно оценить глубину залегания дефекта в объекте контроля?
4 метод получения двойного изображения (параллаксная радиография). 24 Укажите правильную зависимость интенсивности I узкого пучка моноэнергетического излучения от коэффициента ослабления в веществе μ и толщины просвечиваемого объекта x:
26 Определите оптимальное время экспозиции для рентгеновского аппарата на 300кВ, с максимальным током 6 мА для фокусного расстояния 350 мм, если по номограмме, экспозиция составляет 12 мА х мин., а фокусное расстояние 700 мм :
27 Определите минимальное расстояние «источник-объект контроля» f при проведении радиографического контроля, если максимально допустимая геометрическая нерезкость Uг = 0,2 мм, размер фокусного пятна источника Ф = 1,5 мм, радиационная толщина объекта h = 16 мм, пленка прилегает к поверхности объекта:
28 Увеличение энергии рентгеновского или γ-излучений:
33 Основное различие между радиографией и радиоскопией в том, что:
Источник |