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)和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μ、h
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能量的μ、h
μ=0.000164/cm
h=0.693/(0.000164/cm)=4226cm≈42m
3.3 对应1MeV能量μ、h
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L≤20m;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L≤60m。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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