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关于空气衰减系数的计算和讨论

来源:无损检测人才网 时间:2012-08-24 作者:梁金昆 浏览量:

射线检测教材,在距离防护部分,讲忽略空气衰减,用平方反比定律进行计算;那么,在日本的福岛和东京之间或日本和我们之间的空气衰减,可以忽略不计么?为了回答我自已的这个疑问,以及有个帖子提出的“在常用管电压100~300KV的前提下,空气的线衰减系数μ值多大?”的问题,我查阅了《美国无损检测手册.射线卷》,发现在该书第93~94页和第1029页,两处提到对应0.02MeV(20KeV)射线能量,空气线衰系数μ=0.00091/cm并给出了计算方法。笔者仿照该书给出的方法,对 0.05MeV(大约相当100KV连续X射线有效能量)0.15MeV(大约相当300KV连续X射线有效能量),以及1MeV能量下的空气衰减系数(大约值),进行了计算,并估算了相应的半价层,并由此讨论了X射线检测使用平方反比定律的条件和核电站核泄漏危害的范围。

1 与计算相关的、空气的物理参数

1.1 空气是混合物,其组成的重量百分比

N2 75.6%

O2 23.1%

Ar2 1.3%

1.2 空气的密度ρ=0.0012g/cm3

2 确定空气的质量衰减系数

首先,查《美国无损检测手册.射线卷》第二十章“衰减系数表”的表20.4、表20.5、表20.10确定不同射线能量下,各元素的质量衰减系数。

2.1 对应0.05MeV能量的质量衰减系数

元素名称 质量衰减系数(cm2/g)

N 0.194

O 0.211

Ar 0.682

计算混合物空气的质量衰减系数(方法是各元素质量衰减系数分别乘其重量百分比)

μ/ρ=0.194X0.756+0.211X0.231+0.682X0.013 =0.2043 (cm2/g)

2.2 对应0.15MeV能量的质量衰减系数

元素名称 质量衰减系数(cm2/g)

N 0.136

O 0.137

Ar 0.142

计算混合物空气的质量衰减系数 (过程略)

μ/ρ= 0.137cm2/g

2.3 对应1MeV能量的质量衰减系数

氮、氧、氩质量衰减系数很接近,不再计算,取空气的质量衰减系数

μ/ρ=0.0636 cm2/g

3 不同能量下的空气的线衰减系数μ、半价层h

计算方法为:μ等于不同能量下空气的质量衰减系数(μ/ρ)乘空气密度(ρ=0.0012g/cm3)h=0.693/μ

3.1对应0.05MeV能量的μh

μ=0.2043 cm2/gX0.0012g/cm3=0.000245/cm

h=0.693/(0.000245/cm)=2828.6cm≈28m

3.2 对应0.15MeV能量μh

μ=0.000164/cm

h=0.693/(0.000164/cm)=4226cm≈42m

3.3 对应1MeV能量μh

μ=0.0000756/cm

h=0.693/(0.0000756/cm)=9167cm≈92m

4 讨论

4.1 射线检测使用平方反比定律的条件

在便携式X射线机使用的能量范围内,空气的半价层大约为28m~42m这可能意味着:当距离超过40多米时,使用平方反比定律,忽略空气衰减,计算偏差(偏大)可能大于50%

对普通X射线而言,平方反比定律的可使用条件,似为距离L20m;对γ射线、高能X射线,,平方反比定律的可使用条件,似为距离L60m。超过这一距离应计入空气衰减因素。

这个问题,可能是计算值和测量值不符的重要原因之一。

4.2 核电反应堆核泄漏危害范围

4.2.1 核辐射范围

广义上的概念指放射性物质原子核衰变造成的射线辐射。本文讨论的核电厂辐射,是泄漏的放射性物质未扩散出厂区的辐射。

假如核电反应堆放射线平均能量大约为1MeV,这就意味着:1公里的距离,大约有10多个空气衰减的半价层,再加上球面扩散的平方反比定律,所以既使强度很大的核电反应堆,其辐射危害范围大概也只有几十公里。

4.2.2 核污染范围

放射性物质进入大气、陆地或海洋,引起扩散型的污染(放射性物质转移),其辐射危害范围那就不是简单计算的问题了。特别是易挥发的放射性碘和铯,进入大气,形成放射性尘埃,随风飘散,虽然浓度随距离增大可减小;但偶然性却与风向有关,范围难以讨论。

以上计算、认识,当否?请指正。

这不是故作客套。由于老眼昏花,进行多位小数乘法时,按计算器,很吃力,算错结果,时有发生,引出的结论是笑话的,也有可能。μ的数值应用10的负4次方表示,但右上标又传不过去,故不得不数“0.0000” “0”个数,也常出错。

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