Calcul de la protection contre les rayonnements gamma par le plomb. Calcul de la protection contre les rayonnements gamma

Option "a".

L'effet des rayonnements sur le corps humain est caractérisé par la dose de rayonnement absorbée

où I γ est la constante gamma complète d'un isotope radioactif donné, p cm 2 / mCi h.

C – activité de la source, mCi, t – temps d'exposition, h ;

R est la distance de la source à l'objet irradié, cm. Le passage de l'activité (microcuries) aux équivalents gamma (en équivalents milligrammes de radium G) et vice versa se fait selon la relation avec I γ = G 8,25, où 8,25. – constante d'ionisation du radium.

t = 41 – nombre d'heures de travail par semaine.

Lors de la détermination de l'épaisseur de l'écran, nous partons de la nécessité de minimiser l'intensité du flux de rayonnement. Pour les personnes de catégorie A (personnel - travailleurs professionnels travaillant directement avec des sources de rayonnements ionisants), la dose maximale admissible (MAD), déterminée par les « Normes de radioprotection NRB - 76 et les règles de base pour le travail avec des substances radioactives et autres sources de rayonnement ionisant OSP - 72/80 est égal à 100 mrem/semaine

1 rem est une unité de dose de tout type de rayonnement ionisant dans le tissu biologique du corps, qui provoque le même effet biologique qu'une dose de 1 rad de rayons X ou de rayonnement gamma.

1 rad est une unité hors système de dose absorbée de tout rayonnement ionisant : 1 rad = 0,01 J/kg.

Pour le rayonnement gamma, le rem est numériquement égal à 1 roentgen.

Donc allocation de trafic = 100 m/semaine. L'intensité de rayonnement calculée est de 54 r/semaine, soit dépasse la limite autorisée de 54 · 0,1 = 540 fois. Cela signifie que l'écran doit permettre une atténuation de l'intensité du rayonnement de K = 540 fois. C'est pourquoi:

Option "B".

Dose de rayonnement estimée
r/h,

où M – équivalent isotopique γ en mg – équivalent Ra ; 8,4 – γ – Ra constant avec un filtre en platine de 0,5 mm d'épaisseur, p cm 2 / mCi h.

R – distance de la source au lieu de travail, cm.

Le débit de dose absorbée maximal admissible pour un opérateur de catégorie « A » est P 0 = 0,1 r/semaine = 100 / t, mr/h.

où : t – durée de travail en semaines, avec une journée de travail de 6 heures t = 30 heures.

Rapport d'atténuation requis

Rapport d'atténuation requis en tenant compte du facteur de sécurité

où n est le facteur de sécurité ≥2.

L'épaisseur de l'écran pour atténuer le flux de rayonnement de 3,9 fois est déterminée par la formule :

où  est le coefficient d'atténuation linéaire du rayonnement par le matériau de l'écran.

Pour atténuer les rayonnements de numéro atomique élevé jusqu'à une densité élevée, les éléments suivants conviennent en raison de leurs propriétés protectrices : a) l'acier inoxydable ; b) fonte ; c) béton ; d) tungstène : e) plomb.

Supposons que l'énergie isotopique du rayonnement p soit de 3 M3B. À l'aide de données de référence pour l'énergie de rayonnement P = 3 MzV, nous déterminons les coefficients d'atténuation linéaire (tableau 8.c181) :

pour le fer :  f = 0,259 cm –1 ;

pour le béton :  b = 0,0853 cm –1 ;

pour le tungstène :  in = 0,786 cm –1 ;

pour le plomb :  c = 0,48 cm –1.

Les épaisseurs des écrans, calculées pour une atténuation du rayonnement de 3,9 fois avec un facteur de sécurité de 2, à partir des matériaux considérés seront égales à :

a) fer à repasser :

b) béton :

c) tungstène :

d) diriger :

Ainsi, pour un écran fixe, le plus pratique et le moins cher serait un écran en béton d'une épaisseur d'au moins 24 cm ; pour les écrans mobiles, on peut utiliser du plomb d'une épaisseur d'au moins 4,3 cm, du fer d'une épaisseur d'au moins 8,0 cm ou du tungstène d'une épaisseur d'au moins 2,65 cm ; pour un paravent métallique pliable, vous pouvez utiliser des blocs métalliques en forme de flèche (briques en fonte) d'une épaisseur de paroi d'au moins 8 cm.

Calcul de la protection contre les rayonnements alpha et bêta

Méthode de protection du temps.

Méthode de protection à distance ;

Méthode de protection barrière (matérielle) ;

La dose de rayonnement externe provenant des sources de rayonnement gamma est proportionnelle à la durée d'exposition. De plus, pour les sources qui peuvent être considérées comme ponctuelles, la dose est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Par conséquent, la réduction de la dose de rayonnement reçue par le personnel provenant de ces sources peut être obtenue non seulement en utilisant la méthode de protection barrière (matérielle), mais également en limitant la durée de fonctionnement (protection temporelle) ou en augmentant la distance entre la source de rayonnement et le travailleur (distance protection). Ces trois méthodes sont utilisées pour organiser la radioprotection dans les centrales nucléaires.

Pour calculer la protection contre les rayonnements alpha et bêta, il suffit généralement de déterminer la longueur maximale du trajet, qui dépend de leur énergie initiale, ainsi que du numéro atomique, masse atomique et la densité de la substance absorbante.

La protection contre les rayonnements alpha dans les centrales nucléaires (par exemple, lors de la réception de combustible « frais ») en raison des courtes distances de trajet dans la substance n'est pas difficile. Les nucléides alpha-actifs ne représentent le principal danger que lors de l'irradiation interne du corps.

Le libre parcours maximal des particules bêta peut être déterminé à l'aide des formules approximatives suivantes, voir :

pour l'air - R β =450 E β, où E β est l'énergie limite des particules bêta, MeV ;

pour les matériaux légers (aluminium) - R β = 0,1E β (à E β< 0,5 МэВ)

R β = 0,2E β (à E β > 0,5 MeV)

Dans la pratique, dans les centrales nucléaires, il existe des sources de rayonnement gamma de différentes configurations et tailles. Leur débit de dose peut être mesuré avec des instruments appropriés ou calculé mathématiquement. En général, le débit de dose provenant d'une source est déterminé par l'activité totale ou spécifique, le spectre émis et les conditions géométriques - la taille de la source et la distance qui la sépare.

Le type d'émetteur gamma le plus simple est une source ponctuelle . Il s'agit d'un émetteur gamma pour lequel, sans perte significative de précision de calcul, ses dimensions et l'auto-absorption du rayonnement qu'il contient peuvent être négligées. En pratique, tout équipement émetteur gamma à des distances supérieures à 10 fois sa taille peut être considéré comme une source ponctuelle.

Pour calculer la protection contre le rayonnement photonique, il convient d'utiliser des tables universelles de calcul de l'épaisseur de protection en fonction du facteur d'atténuation K du rayonnement et de l'énergie des rayons gamma. De tels tableaux sont donnés dans des ouvrages de référence sur la radioprotection et sont calculés sur la base de la formule d'atténuation dans la matière d'un large faisceau de photons provenant d'une source ponctuelle, en tenant compte du facteur d'accumulation.

Méthode de protection par barrière (géométrie du faisceau étroit et large). En dosimétrie, il existe des concepts de faisceaux de rayonnement photonique « larges » et « étroits » (collimatés). Un collimateur, comme un diaphragme, limite l'entrée du rayonnement diffusé dans le détecteur (Fig. 6.1). Un faisceau étroit est utilisé, par exemple, dans certaines installations pour calibrer des instruments dosimétriques.

Riz. 6.1. Schéma d'un faisceau de photons étroit

1 - récipient; 2 - source de rayonnement ; 3 - diaphragme; 4 - faisceau étroit de photons

Riz. 6.2. Atténuation d'un faisceau étroit de photons

L'affaiblissement d'un faisceau étroit de rayonnement photonique dans le bouclier en raison de son interaction avec la matière se produit selon une loi exponentielle :

je = je 0 e - m x (6.1)

où I® est une caractéristique arbitraire (densité de flux, dose, débit de dose, etc.) du faisceau étroit initial de photons ; I - caractéristique arbitraire d'une poutre étroite après passage à travers une protection d'épaisseur x , cm;

m - coefficient d'atténuation linéaire, qui détermine la fraction de photons monoénergétiques (ayant la même énergie) qui ont subi une interaction dans la substance de protection par trajet unitaire, cm -1.

L'expression (7.1) est également valable lors de l'utilisation du coefficient d'atténuation de masse m m au lieu du coefficient linéaire. Dans ce cas, l'épaisseur de la protection doit être exprimée en grammes par centimètre carré (g/cm 2), le produit m m x restera alors sans dimension.

Dans la plupart des cas, lors du calcul de l'atténuation du rayonnement photonique, on utilise un faisceau large, c'est-à-dire un faisceau de photons où un rayonnement diffusé est présent, ce qui ne peut être négligé.

La différence entre les résultats de mesure des faisceaux étroits et larges est caractérisée par le facteur d'accumulation B :

B = Ilarge/Inarrow, (6.2)

qui dépend de la géométrie de la source, de l'énergie du rayonnement photonique primaire, du matériau avec lequel le rayonnement photonique interagit et de son épaisseur, exprimée en unités sans dimension mx .

La loi d'atténuation pour un large faisceau de rayonnement photonique est exprimée par la formule :

I largeur = I 0 B e - m x = I 0 e - m largeur x ; (6.3),

où m, m shir est le coefficient d'atténuation linéaire pour les faisceaux de photons étroits et larges, respectivement. Les valeurs de m et DANS pour diverses énergies et matériaux sont donnés dans les ouvrages de référence sur la radioprotection. Si les ouvrages de référence indiquent m pour un large faisceau de photons, alors le facteur d'accumulation ne doit pas être pris en compte.

Les matériaux suivants sont le plus souvent utilisés pour la protection contre le rayonnement photonique : plomb, acier, béton, verre au plomb, eau, etc.

Méthode de protection barrière (calcul de protection par couches de demi-atténuation). Le facteur d'atténuation du rayonnement K est le rapport entre le débit de dose efficace (équivalent) P mesuré ou calculé sans protection et le niveau admissible du débit de dose efficace (équivalent) annuel moyen P moy au même point derrière un écran de protection d'épaisseur x. :

P av = PD A /1 700 heures = 20 mSv / 1 700 heures = 12 μSv/heure ;

où P av – niveau admissible du débit de dose efficace (équivalent) annuel moyen ;

PD A - limite de dose efficace (équivalente) pour le personnel du groupe A.

1700 heures – fonds de temps de travail pour le personnel du groupe A pour l'année.

K = P mes / P moy ;

où Rmeas est le débit de dose efficace (équivalent) mesuré sans protection.

Lors de la détermination de l'épaisseur requise de la couche protectrice d'un matériau donné x (cm) à l'aide de tableaux universels, vous devez connaître l'énergie photonique e (MeV) et le facteur d'atténuation du rayonnement K. .

En l'absence de tableaux universels, une détermination rapide de l'épaisseur approximative de la protection peut être effectuée à l'aide de valeurs approximatives de la valeur de demi-atténuation des photons dans la géométrie du faisceau large. La couche de demi-atténuation Δ 1/2 est une épaisseur de protection qui atténue la dose de rayonnement de 2 fois. Avec un facteur d'atténuation K connu, il est possible de déterminer le nombre requis de demi-couches d'atténuation n et, par conséquent, l'épaisseur de la protection. Par définition K = 2 n En plus de la formule, nous présentons une relation tabulaire approximative entre le facteur d'atténuation et le nombre de couches de demi-atténuation :

Avec un nombre connu de couches de demi-atténuation n, l'épaisseur de la protection est x = Δ 1/2 n.

Par exemple, la couche de demi-atténuation Δ 1/2 pour le plomb est de 1,3 cm, pour le verre au plomb - 2,1 cm.

Méthode de protection à distance. Le débit de dose du rayonnement photonique provenant d’une source ponctuelle dans un vide varie inversement au carré de la distance. Par conséquent, si le débit de dose Pi est déterminé à une distance connue Ri , alors le débit de dose Px à toute autre distance Rx est calculé par la formule :

P x = P 1 R 1 2 / R 2 x (6,4)

Méthode de protection du temps. Méthode de protection du temps (limitation de la durée pendant laquelle un salarié reste sous l'influence de rayonnement ionisant) est le plus largement utilisé dans les travaux à risque radiologique dans la zone d'accès contrôlé (CAZ). Ces travaux sont documentés dans un ordre de travaux de dosimétrie, qui indique la durée autorisée pour les travaux.

Chapitre 7 MÉTHODES D'ENREGISTREMENT DES RAYONNEMENTS IONISANTS

Au numéro moyens techniques la protection comprend l'installation de divers écrans constitués de matériaux réfléchissants et absorbants rayonnement radioactif.

Le terme « écran » désigne des écrans mobiles (Fig. 8.1) ou fixes destinés à absorber ou atténuer les rayonnements ionisants. Les écrans sont les parois des conteneurs pour le transport des isotopes radioactifs, les parois des coffres-forts pour les stocker, les parois des caisses (Fig. 8.2), etc.

Lors du calcul des écrans de protection, leur matériau et leur épaisseur sont déterminés, qui dépendent du type de rayonnement, de l'énergie des particules et des quanta et du facteur d'atténuation requis. Les caractéristiques des matériaux de protection et l'expérience avec les sources de rayonnement permettent de définir les domaines d'utilisation préférentiels d'un matériau de protection particulier. Le métal est le plus souvent utilisé pour la construction d'appareils mobiles, et Matériaux de construction(béton, brique, etc.) - pour la construction de dispositifs de protection fixes.

Les matériaux transparents sont le plus souvent utilisés pour les systèmes de visualisation et doivent donc avoir non seulement de bonnes propriétés de protection, mais également des propriétés optiques élevées. Les matériaux suivants répondent bien à ces exigences : verre au plomb, verre à la chaux, verre avec charge liquide (bromure de zinc, chlorure de zinc).

Le caoutchouc au plomb est utilisé comme matériau de protection contre les rayons gamma.

Le calcul des écrans de protection repose sur les lois d'interaction divers types rayonnement avec la matière. La protection contre les rayonnements alpha n'est pas une tâche difficile, puisque les particules alpha d'énergies normales sont absorbées par une couche de tissu vivant de 60 microns, tandis que l'épaisseur de l'épiderme (peau morte) est de 70 microns. Une couche d'air de quelques centimètres ou une feuille de papier constitue une protection suffisante contre les particules alpha.

Lorsque le rayonnement bêta traverse une substance, un rayonnement secondaire se produit, il est donc nécessaire d'utiliser des matériaux légers (aluminium, plexiglas, polystyrène) comme matériaux de protection, car l'énergie de bremsstrahlung augmente avec l'augmentation du numéro atomique du matériau.

Pour se protéger contre les particules bêta (électrons) hautes énergies des écrans en plomb sont utilisés, mais le revêtement intérieur des écrans doit être constitué d'un matériau de faible numéro atomique afin de réduire l'énergie initiale des électrons, et donc l'énergie du rayonnement émis dans le plomb.

L'épaisseur de l'écran de protection en aluminium (g/cm 2 ) est déterminée à partir de l'expression

où E max est l'énergie maximale du spectre bêta d'un isotope radioactif donné, MeV.

Lors du calcul des dispositifs de protection, il faut d'abord prendre en compte la composition spectrale du rayonnement, son intensité, ainsi que la distance de la source où se trouve le personnel d'exploitation, et le temps passé dans la zone d'exposition aux radiation.

Actuellement, sur la base des données calculées et expérimentales disponibles, des tableaux de facteurs d'atténuation sont connus, ainsi que différents types de nomogrammes permettant de déterminer l'épaisseur de protection contre les rayonnements gamma de différentes énergies. A titre d'exemple sur la Fig. 8.3 montre un nomogramme pour calculer l'épaisseur de la protection en plomb à partir d'une source ponctuelle pour un large faisceau de rayonnement gamma Co 60, qui garantit une réduction de la dose de rayonnement au maximum admissible. L'axe des abscisses représente l'épaisseur de protection d, l'axe des ordonnées représente le coefficient K1,égal

(8.1)

Où M- équivalent gamma du médicament, mEq Ra ; t- durée de fonctionnement dans la zone d'exposition aux rayonnements, h ; R.- distance de la source, cm.

Riz. 8.3. Nomogramme pour le calcul Fig. 8.4. Nomogramme pour le calcul

épaisseur de protection en plomb par rapport à épaisseur de protection contre les rayonnements gamma

source ponctuelle pour un facteur d'atténuation large

faisceau de rayonnement gamma Co 60

En remplaçant les valeurs de M, R. Et t dans l’expression (8.1), on définit

D'après le nomogramme (voir Fig. 8.3), nous obtenons que pour K1= 2,5. 10 -1 épaisseur de protection en plomb ré= 7 cm

Un autre type de nomogramme est présenté sur la Fig.

où ré 0 - dose créée par une source de rayonnement en un point donné en l'absence de protection ; D- dose qui doit être créée à un moment donné après le dispositif de protection.

Supposons qu'il soit nécessaire de calculer l'épaisseur des murs de la pièce dans laquelle se trouve l'unité gamma-thérapeutique, chargée du médicament Cs 137 à 400 g-eq Ra (M= 400 000 mEq Ra). La distance la plus proche de la pièce adjacente dans laquelle se trouve le personnel de service est L = 600 cm. Selon les normes sanitaires, dans les pièces adjacentes dans lesquelles se trouvent des personnes ne travaillant pas avec des substances radioactives, la dose de rayonnement ne doit pas dépasser 0,03 rem/semaine ou pour le rayonnement gamma environ 0,005 rad par jour de travail, soit ré = 0,005 rad par t= 6 heures Pour estimer le facteur d'atténuation, nous utilisons la formule (8.2)

D'après la fig. 8.4 nous déterminons que pour K = 1.1. 10 4 l'épaisseur de la protection en béton est d'environ 70 cm.

Lors du choix d'un matériau de protection, vous devez être guidé par ses propriétés structurelles, ainsi que par les exigences relatives à la taille et au poids de la protection. Pour housses de protection divers types(gamma thérapeutique, détection des défauts gamma), lorsque la masse joue un rôle important, les matériaux de protection les plus avantageux sont ceux qui atténuent le mieux le rayonnement gamma. Plus la densité et le numéro de série de la substance sont élevés, plus le degré d'atténuation du rayonnement gamma est élevé.

Par conséquent, aux fins ci-dessus, le plomb et parfois même l'uranium sont le plus souvent utilisés. Dans ce cas, l'épaisseur de la protection est moindre qu'en cas d'utilisation d'un autre matériau, et donc le poids du boîtier de protection est moindre.

Lors de la création d'une protection stationnaire (c'est-à-dire la protection des pièces dans lesquelles des travaux avec des sources gamma sont effectués), garantissant le séjour des personnes dans les pièces adjacentes, il est plus économique et plus pratique d'utiliser du béton. S'il s'agit de rayonnements doux, dans lesquels l'effet photoélectrique joue un rôle important, des substances à numéro d'ordre élevé, notamment de la barytine, sont ajoutées au béton, ce qui permet de réduire l'épaisseur de la protection.

L'eau est souvent utilisée comme matériau de protection pour le stockage, c'est-à-dire que les médicaments sont immergés dans une piscine d'eau dont l'épaisseur de la couche assure la réduction nécessaire de la dose de rayonnement à des niveaux sûrs. S'il existe une protection contre l'eau, il est plus pratique de charger et de recharger l'appareil, ainsi que d'effectuer des travaux de réparation.

Dans certains cas, les conditions de travail avec des sources de rayonnement gamma peuvent être telles qu'il est impossible de créer une protection stationnaire (lors du rechargement d'installations, du retrait d'un médicament radioactif d'un conteneur, du calibrage d'un appareil, etc.). Ce que l'on entend ici, c'est que l'activité des sources est faible. Pour protéger le personnel de service contre l'exposition aux radiations, il est nécessaire d'utiliser, comme on dit, une « protection temporelle » ou une « protection à distance ». Cela signifie que toutes les manipulations avec des sources ouvertes de rayonnement gamma doivent être effectuées à l'aide de longues poignées ou supports. De plus, telle ou telle opération ne doit être effectuée que pendant la période pendant laquelle la dose reçue par le travailleur ne dépasse pas celle établie. règles sanitaires normes. Ces travaux doivent être effectués sous la supervision d'un dosimétriste. Dans le même temps, aucune personne non autorisée ne doit se trouver dans la pièce et la zone dans laquelle la dose dépasse le maximum autorisé pendant le travail doit être clôturée.

Il est nécessaire de surveiller périodiquement la protection à l'aide d'instruments dosimétriques, car avec le temps, elle peut perdre partiellement ses propriétés protectrices en raison de l'apparition de certaines violations imperceptibles de son intégrité, par exemple des fissures dans le béton et les clôtures en béton baryté, des bosses et des ruptures. feuilles de plomb, etc.

Le calcul de la protection contre les neutrons est effectué à l'aide de formules ou de nomogrammes appropriés. Pour se protéger des rayonnements neutroniques, des matériaux contenant de l'hydrogène (eau, paraffine), ainsi que du béryllium, du graphite, etc. sont utilisés. Pour se protéger des neutrons de basse énergie, des composés de bore sont introduits dans le béton : borax, colémanite, etc. la protection contre les neutrons et les rayons gamma utilise des mélanges de matériaux lourds avec de l'eau ou des matériaux contenant de l'hydrogène, ainsi que des écrans en couches constitués de matériaux lourds et légers (plomb - polyéthylène, fer - eau, etc.).

Il n’existe pratiquement pas de flux de neutrons purs. Dans toutes les sources, en plus des neutrons, de puissants flux de rayonnement gamma se forment lors du processus de fission, ainsi que lors de la désintégration des produits de fission. Par conséquent, lors de la conception d’une protection contre les neutrons, il est toujours nécessaire de prévoir simultanément une protection contre les rayonnements gamma.

Le critère de calcul des paramètres de protection contre les rayonnements externes est la limite de dose efficace, qui pour les personnes travaillant avec des substances radioactives (personnel de catégorie A) est de 20 mSv par an (tableau

67). Bien que la limite de dose hebdomadaire ne soit actuellement pas réglementée, dans les calculs, il est plus pratique d'utiliser la dose hebdomadaire qui, avec une distribution uniforme de l'exposition annuelle, est de 0,4 mSv.

En substituant la valeur de la dose hebdomadaire, en ajustant les unités de mesure et en exprimant la distance en mètres, vous pouvez obtenir une formule simplifiée de calcul des principaux paramètres de protection :

où m est l'activité de la source de rayonnement, en Bq ; t - durée d'irradiation par semaine de travail, en heures ; R est la distance à la source de rayonnement, en m ; 1,8 x 10 8 - facteur de conversion.

Parce que cette formule reflète la relation entre l'activité de la source, la distance et le temps d'exposition dans des conditions de fonctionnement sûres, il peut être utilisé pour calculer les paramètres de protection de base.

La protection quantitative consiste à déterminer l'activité maximale admissible d'une source pouvant être manipulée sans écran pendant un temps donné et à une distance donnée.

Exemple. L'opérateur travaille en permanence à une distance de 1 m de la source de rayonnement pendant 36 heures par semaine. Quelle est l’activité maximale de la source de rayonnement avec laquelle il peut fonctionner ? En utilisant la formule, nous calculons :

La protection du temps consiste à déterminer la période de travail avec substance radioactive pendant la semaine, ce qui crée des conditions de sécurité (sans dépasser PD) pendant le fonctionnement continu.

Exemple. En laboratoire, ils travaillent avec une source d'irradiation d'une activité de 5,8x10 7 Bq à une distance de 1 m de celle-ci. Il est nécessaire de déterminer la durée de fonctionnement autorisée (par semaine). En utilisant la formule, nous calculons :

La protection par distance consiste à déterminer la distance entre le travailleur et la source de rayonnement à laquelle (compte tenu de la source et du moment) il est possible de travailler en toute sécurité.

Exemple. Une infirmière du service de radiologie prépare chaque jour pendant 6 heures des préparations au radium avec une activité de 5,8x10 b Bq. A quelle distance de la source doit-il fonctionner ?

La protection du bouclier repose sur la capacité des matériaux à absorber les rayonnements radioactifs. L'intensité d'absorption du rayonnement γ est directement proportionnelle densité spécifique matériaux et leur épaisseur et est inversement proportionnelle à l’énergie du rayonnement.

Lors d'une irradiation externe avec des particules a, aucun blindage n'est nécessaire, car les particules a ont une courte portée dans l'air et sont bien retenues par d'autres matériaux (une feuille de papier ne laisse pas passer les particules a).

Pour se protéger des rayonnements β, il convient d'utiliser des matériaux légers : aluminium, verre, plastiques, etc. Une couche d'aluminium de 0,5 cm d'épaisseur bloque complètement les particules β.

Pour se protéger des rayons γ, des écrans en métaux lourds: plomb, fonte et autres matériaux lourds (béton). Vous pouvez également utiliser de la terre, de l'eau, etc.

L'épaisseur de l'écran de protection, qui atténuera la puissance du rayonnement γ aux niveaux maximaux admissibles, peut être calculée de deux manières : 1) à l'aide de tableaux (prenant en compte l'énergie du rayonnement) ; 2) selon la couche de demi-atténuation (sans tenir compte de l'énergie du rayonnement).

Calcul de l'épaisseur de l'écran à l'aide de tableaux. En fonction de l'énergie du rayonnement γ, sa capacité de pénétration sera différente. Par conséquent, pour calculer avec précision l'épaisseur des écrans de protection, des tableaux spéciaux ont été établis qui prennent en compte le facteur d'atténuation et l'énergie de rayonnement (tableau 68).

Exemple. Un employé de laboratoire emballant de l'or radioactif 198 Au avec une énergie de rayonnement de 0,8 MeV recevra une dose de rayonnement de 2,0 mSv sans protection en une semaine. Quelle épaisseur de tamis en plomb faut-il utiliser pour créer des conditions de travail sûres pour un assistant de laboratoire ?

La valeur du coefficient d'atténuation (facteur d'atténuation) est déterminée par la formule :

où K est le facteur d'atténuation ; P - dose reçue ; P 0 - dose maximale admissible.

Épaisseur de l'écran de protection en plomb (mm) en fonction du facteur d'atténuation et de l'énergie du rayonnement γ (faisceau large)

Tableau 68

Fin du tableau 68

Dans notre exemple :

68 à l'intersection des lignes correspondant au facteur d'atténuation de 5 et à l'énergie de rayonnement de 0,8 MeV, on constate que l'épaisseur requise de l'écran de plomb doit être de 22 mm.

Si les données sur le facteur d'atténuation et l'énergie de rayonnement ne coïncident pas avec celles indiquées dans le tableau, le résultat est trouvé par interpolation ou des nombres ultérieurs sont utilisés pour offrir une protection plus fiable.

Sélectionnez la section transversale de la traverse et du câble pour soulever la broche du laminoir.

Donnée initiale:

Poids de la broche Q=160 kN ;

longueur de traverse l=6m ;

la poutre transversale se plie.

Faites un schéma d'élingage.

Sélectionnez la section de la traverse, le type et la section du câble.

Solution:

Schéma d'élingage avec une traversée en deux points.

Riz. 21 – Schéma d'élingage. 1 – centre de gravité de la charge ;

2 – traverser; 3 – rouleau ; 4 – élingue

Détermination de la force de tension dans une branche de l'élingue

S = Q / (m cos) = k Q / m = 1,42 160 / 2 = 113,6 kN.

où S est la force de conception appliquée à l'élingue sans tenir compte de la surcharge, kN ;

Q – poids de la charge levée, kN ;

 – l'angle entre la direction d'action de la force de conception de l'élingue ;

k – coefficient, dépendant de l'angle d'inclinaison de la branche de l'élingue par rapport à la verticale (à =45 o k=1,42) ;

m- nombre total branches d'élingue.

Déterminer la force de rupture dans la branche de l'élingue :

R = S · k з = 113,6 · 6 = 681,6 kN.

où k з est le facteur de sécurité de l'élingue.

Nous choisissons une corde de type TK 6x37 d'un diamètre de 38 mm. Avec une résistance à la traction calculée du fil de 1 700 MPa, ayant une force de rupture de 704 000 N, c'est-à-dire la plus proche de la force de rupture requise par le calcul de 681 600 N.

Sélection de la section de la traverse

Fig. 22 – Schéma de conception de la traverse

P = Q k p k d = 160 1,1 1,2 = 211,2

où k p est le coefficient de surcharge, k d est le coefficient dynamique de charge.

Moment de flexion maximal en traversée :

M max = P a / 2 = 211,2 300 / 2 = 31680 kN cm,

où a est le bras transversal (300 cm).

Moment résistant requis de la section transversale de la traverse :

W tr > = M max / (n R de ) = 31680 / (0,85 21 0,9) = 1971,99 cm 3

où n = 0,85 – coefficient des conditions de travail ;

 – coefficient de stabilité en flexion ;

R de – résistance de calcul à la flexion dans la traverse, Pa.

Nous sélectionnons la conception de la poutre transversale à section traversante, composée de deux poutres en I reliées par des plaques d'acier n° 45 et déterminons le moment résistant de la traverse dans son ensemble :

L p x = 1231 cm 3

L x = 2 · L d x = 2 · 1231 = 2462 cm 3 > L tr = 1971,99 cm 3,

qui satisfait à la condition de résistance pour la section transversale de conception de la traverse.

9. Calculs de structure et de résistance

9.1. Calcul du carter de protection d'un tour semi-automatique vertical multibroches Exemple 37

Donnée initiale:

Le carter de protection d'un tour semi-automatique vertical multibroches est une structure rectangulaire en acier d'une longueur de l = 750 mm, d'une largeur de b = 500 mm et d'une épaisseur de S. Elle est serrée dans des supports aux extrémités de sorte que le système peut être considéré comme une poutre reposant sur deux supports.

Les copeaux ont un poids G = 0,2 g et volent vers le boîtier à une vitesse de V = 10 m/s et frappent le boîtier perpendiculairement à son milieu.

Distance du lieu de séparation des copeaux dans la zone de coupe jusqu'au carter :

Déterminez l'épaisseur de la feuille à partir de laquelle l'enveloppe de protection peut être réalisée.

SOLUTION:

Sous l’effet des copeaux, le boîtier se déforme. La plus grande déviation sera causée par des copeaux coincés en son milieu. La pression qui correspond à cette déflexion est :

,

où E est le module élastique du matériau du boîtier. Pour la tôle d'acier :

E = 2,10 6 kg/cm2;

I – moment d'inertie de la poutre – caisson. Pour une section rectangulaire :

f – flèche du boîtier au point d’impact :

l – longueur du boîtier.

L'énergie accumulée dans le boîtier est égale à :

Au moment de la déflexion maximale du boîtier, la force sera entièrement convertie en énergie potentielle de déformation du boîtier, c'est-à-dire