Основные факторы вредного воздействия ускорителей

Если защита ускорителя выполнена правильно и достаточны размеры санитарно-защитной зоны (для больших ускорителей), то действие вредных факторов от ускорителя на окружающую среду небольшое. По характеру воздействия вес вредные факторы воздействия ускорителя можно разделить на следующие две группы:

• 1. Факторы, связанные с мгновенным импульсным ионизирующим излучением (возникают только при работе ускорителя).
• 2. Факторы, связанные с остаточным излучением от наведенной активности (сохраняются и после выключения ускорителя).

Импульсное мгновенное излучение. Скайшайн

Импульсное мгновенное излучение генерируется непосредственно при взаимодействии ускоряемых частиц с мишенями и частями ускорителя. При защите от мгновенного излучения (первичное, вторичное, рассеянное) следует учитывать и детально прорабатывать наиболее проникающие компоненты этого излучения. Для протонных ускорителей на большие энергии это нейтроны всех энергий, протоны и п -мезоны, а для энергий более ЮГэВ еще мюоны и электрон-фото иные ливни. Для электронных ускорителей это тормозное излучение и фотонейтроны, а при энергии более 1 ГэВ еще мюоны высоких энергий и ЭФЛ. Для ускорителей ионов это нейтроны и протоны.

В некоторых случаях, в зависимости от применения ускорителя и величины ускоряемого тока, возникают проблемы переноса излучения через проемы и лабиринты в защите. Для ускорителей, туннели которых не находятся глубоко под землей, возникает проблема распространения излучения на большие расстояния от источника за счет рассеяния излучения в слое воздуха над ускорителями. Это явление, как известно, носит название скайшайн (см. Лекция 10).

Повышенное радиационное поле от скайшайн часто наблюдается на крупных ускорителях, на которых трудно выполнить сплошную однородную защиту. (Эффект скайшайн наблюдается, например, на У-70, который находится в полузаглубленном туннеле, верхняя радиационная защита которого выполнена из грунта толщиной 950 г/см² [4].) В биологической защите таких ускорителей есть большие сквозные проемы и на ее поверхности всегда есть локальные выходы вторичного излучения, значительно превышающие ДМД. Причиной этого являются мощные локальные источники вторичного излучения, например места расположения мишеней, поворотных магнитов, поглотителей пучка и т. д.

Измерения, выполненные на различных протонных и электронных синхротронах большой энергии показывают, что основной компонентой, определяющей поле скайшайн, являются нейтроны. Почти 90% полной эквивалентной дозы от скайшайн определяется быстрыми (0,1 < Т< 20 МэВ) и сверхбыстрыми (Т> 20 МэВ) нейтронами. Если считать, что спектр нейтронов, выходящих из защиты, имеет форму ~ 1/Гво всей энергетической области и нейтроны выходят из защиты изотропно в конусе с половинным углом 78°, то связь эквивалентной дозы на поверхности земли от скайшайн с расстоянием от центра источника можно представить с помощью эмпирического выражения [30]:

в которое значения г и А, надо подставлять в метрах.

В формуле (20.28) величина Л. — это эффективная длина поглощения рассеянных нейтронов в воздухе. Значения X как функции от максимальной энергии нейтронов со спектром ~ ИТ приведены на рис. 20.17. Для оценок эквивалентной дозы по формуле (20.27) необходимо знать полное число нейтронов, выходящих из защиты в воздух над ускорителем от локального источника вторичных частиц.

Рис. 20.17. Зависимость эффективной длины поглощения от Т_пт [30].

Отметим, что задачи защиты от скайшайн решаются не только с помощью строительства соответствующей защиты, но и путем создания санитарно-защитной зоны вокруг ускорителя.